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铝电解用惰性可润湿性TiB_2/C复合阴极材料的制备与性能研究

方静  
【摘要】:本文在广泛的文献调查和作者所在研究团体已有工作的基础上,研制了一种新型的铝电解用惰性可润湿性TiB_2/C复合阴极材料,并对其性能与优化进行了研究。主要研究内容与成果如下: (1)通过测定TiB_2粉末的性质,选择了以B_4C为硼源生产的TiB_2粉末为原料;确定了混合树脂为粘结体系;选择了冷压烧结工艺制备TiB_2/C复合阴极材料;对材料性能检测方法进行了系统研究,其中着重改进了钠膨胀测试仪。 (2)通过测定材料的电解钠膨胀率,对材料的抗钠渗透性等性能进行了较为系统的研究。在此基础上,结合SEM等方法,系统地研究和分析了TiB_2含量对材料抗钠渗透性的影响及机理。研究表明,随着TiB_2含量的升高,TiB_2/C复合阴极材料的抗钠和电解质渗透性、与铝液的润湿性以及导电性均变好,但从材料的性能与成本两方面综合考虑,TiB_2含量控制在50%~70%为好。TiB_2/C复合阴极材料良好的抗钠和电解质渗透性主要是由于材料能为铝液很好地润湿以及TiB_2本身能很好地抵抗钠和电解质的渗透。 (3)探讨了烧结温度、碳素原料和碳纤维对材料抗钠渗透性的影响,并对所研制的TiB_2/C复合阴极材料进行了优化。优化后的配方为:TiB_2粉末:50 mass%;碳素粉末:45 mass%(其中无烟煤35 mass%,电极石墨10 mass%);增强剂短碳纤维:0.5 mass%;粘结剂:4.5 mass%,烧结温度1200℃。优化后的测试结果表明,材料的各项性能均达到或优于铝电解用阴极材料的标准,有望作为惰性可润湿性 硕士学位论文 阴极材料用于新型铝电解槽。 (4)首次提出了在TIBZ/C复合阴极材料中预混含钠材料以提高 材料抗钠渗透性的设想,并利用废阴极内衬作原料进行了探索研究。 实验证明,在TIBZ/C复合阴极材料中添加废内衬原料不仅可以减缓 材料电解过程中的钠渗透速率,而且还为阴极废内衬的再利用提供了 一个具有环保效益的积极办法。


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