[发明专利]一种熔盐电解铝惰性阳极及其制备方法和应用

说明书

技术领域：

本发明涉及一种熔盐电解铝惰性阳极及其制备方法和应用，属金属陶瓷复合材料技术领域。

背景技术：

除了钢铁以外，铝是世界上产量最大，消费量最多的金属。铝不仅是必不少的生产和生活资料，而且是必不少的战略物资，因此铝的生产技术进步和生产成本的降低，一直是世界各产铝大国的重要研究课题。

在电解铝中，除了电能耗外，碳素阳极的消耗在铝电解成本中所占比例为最大(约1600元/吨铝)。而且用碳素阳极进行铝电解时，除了不断的燃烧和消耗碳素阳极外，还同时产生CO₂、CO和CF₄、C₂F₆及HF、SO_x、NOx等有害气体，这些有害气体的排放，不仅影响生产人员的健康，而且造成大气环境的污染。

二十世纪九十年代，在当时的第一产铝大国(美国)曾有人设想用惰性阳极(即电解过程中不被氧化燃烧，也不受腐蚀而消耗的阳极)，取代当今使用的碳素阳极，这一设想受到美国政府和铝企业的大力支持，先后投资了几十亿美元进行惰性阳极的研制及其应用研究。

在美国能源部和美国工业技术局所制定的“铝工业技术革命发展战略规划中”^[1]，把惰性阳极的研究放在第一位，为重中之重的发展方向，该战略规划的有效期是2020年^[1]。

在上述战略规划和经费的支持下，美国的研究人员在惰性阳极的材料合成方面做了许多研究，并发表了较多的专利和论文。例如美国专利^[2]公佈了由多元氧化物粉末与金属粉末合成的金属陶瓷惰性阳极。其中多元氧化物有(NiFe₂O₄·ZnFe₂O₄)，(NiFe₂O₄·NiO)，(NiFe₂O₄·ZnFe₂O₄·ZnO)，(ZnNi)Fe₂O₄、(ZnNi)Fe₂O₄·NiO，(ZnNi)Fe₂O₄·ZnO，(ZnNi)Fe₂O₄·ZnO·NiO，等多种组合。而与上述金属氧化物混合的金属可从Ni、Cu、Co、Zn、Cr、Ag、Ti、Al、Sc、Zr、No.V.Mn.Y.La等金属中选取。上述氧化物粉末与金属粉末混合后，经过压制和烧结成为金属陶瓷惰性阳极。美国专利^[3]则报导了一种由Fe₂O₃、NiO、 等 氧化物组成陶瓷相，而由Cu、Ag、Pd、Pt、Au中选取其中一种或两种组成其金属相。上述氧化物粉末与金属粉末混合后，经过压制烧结成为惰性阳极材料。

中国研究者于先进等人则研究了铁锌尖晶石ZnFe₂O₄惰性阳极及CuO，CeO₂，Ni₂O₃和ZnO等添加剂对惰性阳极导电性和抗腐蚀性的影响^[4]，他们的研究结果表明，ZnFe₂O₄金属陶瓷惰性阳极对铝电解质具有好的腐蚀阻力，但这种材料的导电性不佳，不能作为理想的惰性阳极。但加入CuO、CeO₂、Ni₂O₃和ZnO等氧化物添加剂后，则惰性阳极的导电性有所改善，但是加入了上述添加剂后，惰性阳极对铝电解质的抗腐蚀性又有所降低。