[发明专利]金属熔盐电解用陶瓷基阳极及其制备与组装方法

说明书

技术领域

本发明属于有色金属的熔盐电解法提取用陶瓷基阳极及其制备领域，特别涉及金属熔盐电解用陶瓷基阳极及其制备与组装方法。

背景技术

现行熔盐电解制备有色金属的工艺中多采用碳素阳极材料，不仅消耗大量优质碳素材料，排放大量温室效应气体CO₂和致癌性碳氟化合物，造成严重的环境污染，而且采用碳素阳极也是现行铝电解工艺的高能耗、高成本等问题的主要原因，而非自耗阳极或称惰性阳极因能解决上述问题而有望实现熔盐电解技术的革命。非自耗阳极的使用在生产过程中不需要周期性地更换阳极，因而生产稳定，电解槽维护费用低；非自耗阳极电解过程析出氧气，不排放CO₂和致癌性碳的氟化合物，满足了熔盐电解技术的环保要求；通过优化电解槽结构，降低阳极极距，非自耗阳极可有效降低金属电解生产的用电成本，并实现电解过程的低能耗目标。

熔盐电解对其所采用的非自耗阳极提出了严格的要求，主要包括：阳极在其所应用的电解质环境下可耐受电解质的腐蚀，溶解度小；能耐受新生态氧的氧化腐蚀；有良好的导电性能；机械强度高，抗热震性强，使用过程中不易发生脆裂；容易加工成型，易于与金属导体连接；原料易得，造价低廉。目前，陶瓷基阳极因具有较强的耐腐蚀性能和良好的导电性能而成为最有希望实现工业化应用的非自耗阳极，但由于陶瓷基阳极存在材料致密度低、与金属导杆连接困难及连接结构电解工作稳定性差、阳极组装结构设计不合理、电解工艺技术不完善等问题，导致陶瓷基阳极难以实现规模化电解应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属熔盐电解用陶瓷基阳极及其制备与组装方法，采用本专利技术所制备的陶瓷基阳极具有96％以上的相对密度，具有较好的耐腐蚀性能、导电性能和力学性能，在解决电解质对阳极的渗透腐蚀问题的同时大幅度提高了陶瓷基阳极的综合性能；具有较高的电连接强度和较好的连接稳定性，解决了陶瓷基阳极电连接困难和电解应用稳定性差的问题；本发明优化设计了陶瓷基阳极组的组装方法，使其更加适用于现有电解槽的槽型结构，为其规模化电解应用提供了保障。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种金属熔盐电解用陶瓷基阳极，其特征在于，包括阳极本体和金属导杆，所述的阳极本体的一端设有纵向内孔；所述的金属导杆插在所述的纵向内孔中，阳极本体和金属导杆通过扩散焊接的方式实现连接。

所述的阳极本体的材料组分为：镍铁氧体：75~95wt％；氧化亚镍：0~15wt％；氧化锌：0~2wt％；氧化铜：0~5wt％；氧化镱：0~2wt％；氧化钇：0~2wt％；氧化锆：0~2wt％；金属镍：0~25wt％；金属铜：0~25wt％；金属钴：0~5wt％；金属银：0~5wt％；金属铝：0~2wt％；组分中的金属相为元素粉末混合物或合金粉末；所述陶瓷基阳极的外形为含有纵向内孔的圆柱体、长方体或棱柱体。

金属导杆材料为由Ni，Fe，Cu，Al，Zn，Mg，Ti，Co，Sn，Si，Li，Zr，Nb，Ta，Cr，Ti，W，Hf，Y中三种或多种组合物所构成的合金材料；所述金属导杆采用真空铸造制备，金属导杆的外形为带有T型端部的圆柱体，导杆上部具有纵向凹槽或径向凹槽或螺纹结构。

所述的阳极本体的制备方法包括以下步骤：

1)混料

按照以下配比称取物料：镍铁氧体：75~95wt％；氧化亚镍：0~15wt％；氧化锌：0~2wt％；氧化铜：0~5wt％；氧化镱：0~2wt％；氧化钇：0~2wt％；氧化锆：0~2wt％；金属镍：0~25wt％；金属铜：0~25wt％；金属钴：0~5wt％；金属银：0~5wt％；金属铝：0~2wt％；将所称取的物料与分散介质、有机添加剂一同进行球磨混料，有机添加剂的加入量小于物料总质量的3wt％；分散介质的加入质量与物料总质量的比值为0.6~1.5∶1；所述的分散介质为：酒精、汽油或去离子水；所述的有机添加剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酸脂、甲基纤维素、石蜡、橡胶、硬脂酸、硬质酸锌中的至少一种；球磨后所得浆料经干燥处理后，得到粒度为50~200微米的混合料粉末；

2)成形

阳极本体采用钢模压制或冷等静压成形；钢模压制、冷等静压成型的压制压力为80~200MPa，在成形后的阳极上直接加工阳极纵向内孔后获得阳极压坯；

3)有机物脱除与烧结