[发明专利]一种铝电解用合金惰性阳极及其制备方法

说明书

技术领域

一种铝电解用合金惰性阳极及其制备方法，涉及一种带有高温抗氧化和耐腐蚀涂层的低温铝电解用合金惰性阳极及其制备方法。

背景技术

现行铝行业生产铝的方法都是采用Hall- Herout电解槽方法，使用自耗碳阳极，其主要反应为：2Al₂O₃+3C=6Al_（l）+3CO₂↑，除了产生大量的 CO₂温室气体外，往往还伴随有致癌物质沥青烟气、酸性气体二氧化硫以及 强温室气体CF_n的排放。另外，因为是自消耗阳极，生产单位吨铝消耗优质碳素材料达500kg，碳阳极的导电性能差，电能效率低，电能消耗特别大，目前我国铝工业吨铝平均电耗高达13900kWh，巨大的能源消耗和环境负荷严重制约着铝电解工业的发展。

基于以上原因，人们一直在努力寻找与研制惰性阳极，使用这种阳极铝电解主要反应为：2Al₂O₃=6Al_（l）+3O₂↑，节约大量用于碳阳极的成本，减少用地面积，其最大的好处是消除温室气体CO₂、致癌物质沥青烟气、酸性气体二氧化硫以及强温室气体CFn的排放，同时，还获得有实用价值的副产品氧。这一系列优点，使得研制出合适的惰性阳极成为改善传统铝生产方法的重要一环。

目前，惰性阳极的研究主要集中在氧化物陶瓷、金属陶瓷、金属及其合金等三类材料。由于氧化物陶瓷与金属陶瓷导电性和抗热震性能差，不易连接等缺点，限制了这类材料作为惰性阳极材料的应用。而金属及其合金因强度高、导电性能好、抗热震性强、不易脆裂、易于加工成形、易实现与金属导杆间连接等优点，成为国内外重点关注的候选惰性阳极材料体系。然而，金属及其合金材料抗高温氧化和耐熔盐腐蚀性能较差。以金属或合金作为铝电解惰性阳极材料，必须解决其高温抗氧化和耐熔盐腐蚀问题。表面涂层是解决其高温氧化与熔盐腐蚀的有效途径。

文献1“于先进，张丽鹏，董云会，李德刚. 铝电解用碳化硅涂层惰性阳极的制备与性能研究，中国稀土学报，26（9）：435～438”公开了一种以石油焦碳素材料为基体，通过表面渗硅制备铝电解用碳化硅涂层惰性阳极的方法。制备的SiC涂层有效保护了碳基体，具有良好的耐高温氧化和抗冰晶石熔盐腐蚀性能。然而，该阳极的基体材料仍为碳素材料，自身的导电性能较差，表面涂上SiC陶瓷后，导电性能进一步降低。使用该阳极进行铝电解生产，电能效率仍然很低，电能消耗大。因此，该材料无法满足新型铝电解惰性阳极材料的要求。

文献2“专利号是200810233649.2的中国发明专利”公开了一种涂层复合惰性阳极材料及其制备方法，采用电镀技术将WC粉末与Ni涂覆316L不锈钢，而后利用等离子火焰对WC粉末与Ni扫描重熔，最终制备出WC-Ni涂层惰性阳极材料。但是，该阳极抗熔盐腐蚀性能较差，经过30小时熔盐电解铝试验，阳极的腐蚀速率达到36.9～38.4mm/年。

文献3“专利号是201010034207.2的中国发明专利”公开了一种用于铝电解的贵金属陶瓷复合涂层惰性阳极及制备方法，该方法制备的惰性阳极由合金基体、合金表面的氧化物薄膜和外层的贵金属-氧化铝复合层结构组成，贵金属-氧化铝复合层具有贵金属包覆氧化铝颗粒的结构，其具有贵金属的理想惰性阳极的特性，表现出良好的抗高温氧化与耐熔盐腐蚀性能。贵金属可以在实验室内用作惰性阳极的涂层材料，然而，因为成本太高无法应用于工业铝的生产。

文献4“专利号是03801990.6的中国发明专利”公开了一种用于铝生产的贵金属涂覆惰性阳极，该方法采用SCX低温溅射工艺在合金丝涂覆贵金属，作为铝电解的惰性阳极，该阳极具有良好的高温抗氧化和耐腐蚀能力，经900℃熔盐腐蚀17小时后，结构保持完整。但这种技术存在两大缺陷，一方面是采用贵金属做涂层材料大大提高了阳极的成本，两一方面贵金属涂层太薄，无法为合金基体提供长期稳定的高温氧化和腐蚀防护。因此，该涂覆贵金属的惰性阳极并没用获得工业化应用。

发明内容

本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种能够有效抵抗冰晶石熔盐的腐蚀，抗高温氧化和耐腐蚀能力强的铝电解用合金惰性阳极及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。