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铝电解惰性金属阳极和金属—氧化铝阳极的研制与测试

石忠宁  
【摘要】: 惰性阳极的研发是目前铝电解技术发展的重点与热点。本文结合目前铝电解工业发展的现状,追踪目前国内外的最新研究动态,选用了金属和金属-氧化铝惰性阳极材料作为本论文的研究目标。 结合工业铝电解应用的实际情况,首先选用Cu-Ni基合金和Fe-Ni基合金作为金属阳极的研究材料,并逐渐过渡到Fe-Ni(-Co)-Al_2O_3复合材料阳极,该类阳极是本论文自行研制创新的材料。电解研究所用的电流强度从几安培到100A以至300A,最后研究这些阳极的电化学性质。本文的写作按上述顺序进行。 对Cu-Ni基合金进行了抗氧化、耐静态冰晶石熔盐腐蚀和低温电解研究,并采用X-射线衍射研究了阳极表面在氧化中形成的物相结构。Cu-Ni-Al的合金阳极的抗氧化性好,相比之下Cu-Ni-Fe合金稍差些;Cu-Ni-Al阳极电解过程中,电解质中氧化铝的浓度对合金基体表面膜的生成与溶解影响较大。Cu-Ni-Fe阳极在静态电解质中腐蚀速率随温度增高、NaF/AlF_3摩尔分子比降低而增大。Cu-Ni-Cr合金阳极在低温铝电解中的腐蚀较大。较低的温度可减小合金的腐蚀速率,有助于增大阳极的抗蚀能力。 采用Fe-Ni合金阳极作实验研究,结果表明,阳极的腐蚀速率与阳极中的Fe、Ni含量变化相关,腐蚀速率随合金中Fe/Ni质量比的增大而减少,达到最低点之后又随Fe/Ni质量含量比的增大而增大,最低年平均腐蚀速率为20.75mm/a,相应阳极成分比为Fe/Ni=1.42;用扫描电镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)对阳极横断面的氧化膜分析发现,阳极表面在电解过程中形成了NiO、Fe2O3和NiFe2O4等氧化物,这些氧化物在阳极表面形成保护膜,对增强阳极的抗氧化、耐腐蚀性能起到了一定的作用。Fe-Ni金属阳极的电解铝产品质量达到97.7%~99.1%。 在研究合金阳极的基础之上,研制了一种新型的金属基复合材料。该材料以Fe-Ni(-Co)合金作为基体,Al_2O_3作为增强相,制备了Fe-Ni(-Co)-Al_2O_3金属基复合功能材料(氧化铝颗粒增强抗氧化、耐腐蚀性能),并研究其综合性能。 Fe-Ni(-Co)-Al_2O_3阳极电解后,采用电子探针微分析仪(EPMA)、扫描电子显


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