[发明专利]一种熔盐电解用惰性阳极及其制备方法

说明书

技术领域

一种熔盐电解用惰性阳极及其制备方法，涉及一种采用熔盐电解法生产有色金属（Al、稀土和高熔点金属等）的电极，特别是陶瓷-合金陶瓷-合金惰性阳极材料及其制备方法。

    背景技术

随着工程科学、材料科学和化学工艺的发展，熔盐电解法取得了巨大进展，但其所固有的缺点日渐突出，尤其是采用消耗式碳阳极的金属冶金熔盐电解工业。以铝电解为例，其主要表现在：大量优质碳的消耗(实际生产中吨铝碳耗量近500kg)，需要庞大的附属碳阳极生产工厂，投资和生产成本因此而上升；吨铝综合电耗～14000kWh；环境负荷严重；电解生产工艺过程复杂等。

经过多年的探索，国际铝业界已趋于接受，在保持传统Hall-Héroult熔盐电解法炼铝优越性的基础上，采用惰性电极铝电解技术，有望改革现有生产工艺，达到节能和保护环境的目标。主要具有以下优点：

 (1) 节约阳极碳耗，占生产成本的12～15%；降低能耗(包括碳阳极生产能耗)，当与惰性可湿润性阴极结合使用，并采用新型结构铝电解槽时，可以减少能耗15～25%；

(2) 阳极不再需要更换或更换周期延长，生产控制过程变得更为简单，劳动强度减小，电解槽热平衡不会受到干扰，生产运行更加稳定；

(3) 阳极产生的O₂可以作为副产品销售，其价值约为原Al价值的3%；

(4) 惰性阳极的应用将减少碳阳极生产时沥青烟（PAH）、CO₂，以及碳阳极使用时CO₂、SO₂和碳氟化合物CF₄、C₂F₆的排放，取之以环境友好的O₂，环境问题大为改观；

(5)惰性阳极可以采用更紧凑的电解槽结构，提高单位面积槽产能。

目前，在所研究的惰性阳极材料中，大致可分为以下三种：金属/合金、氧化物陶瓷和金属陶瓷。金属合金阳极导电性能好，但抗腐蚀性能较差；氧化物陶瓷抗腐蚀良好，但导电性能不佳；金属陶瓷以陶瓷为基体，并添加一定量的金属相，从而达到综合金属与陶瓷优点的效果，但在实施中仍然存在加工困难、不易连接、抗热震性能差等缺点。

专利 CN 101255569A描述了一种电解铝用纳米金属陶瓷惰性阳极材料及其制备方法，该阳极材料是由铜粉、氧化铁粉、氧化亚镍粉组成，各组分质量分数是：Cu 14.8％～15.1％，Fe₂O₃ 35％～36％，NiO 47％～50％；纳米NiO添加量为NiO质量的4％～14％；专利CN 102732769A描述了一种铁酸镍-铜金属陶瓷惰性阳极材料，包括陶瓷相、金属相；所述金属相由金属铜与氧化亚铜组成，所述陶瓷相为铁酸镍或铁酸镍基复合陶瓷，材料按质量百分比组成：陶瓷相 60—85%，金属相15—40%；专利CN 1301344C 描述了一种用于铝电解的尖晶石型铝酸镍基金属陶瓷惰性电极，其特征在于金属陶瓷阳极与阳极的金属相中采用的Cu-Ni基系列合金的重量百分比为：NiAl2O4基金属陶瓷∶Cu-Ni基系列多元合金＝80-88％∶12-20％，NiAl2O4与NiFe2O4复合金属陶瓷∶Cu-Ni基系列多元合金＝80-88％∶12-20％。专利CN 100507091C描述了一种铝电解用金属基复合材料惰性阳极及其制备方法，它是用铁、镍、钴、铬、钛、铜、银等金属形成的合金为金属相，以氧化铝、稀土氧化物、铁酸镍、钴酸镍、铁酸锌的金属氧化物为陶瓷相合成金属基复合材料阳极。单一金属或合金质量百分比51%?90%，铁酸镍、钴酸镍、铁酸锌这些金属氧化物的质量百分比5%?41%，氧化铝、稀 土氧化物中的一种或两种质量百分比1%?10%。专利CN 1865511A描述了一种用于熔盐浴液中的金属陶瓷惰性阳极组合物，金属相包含Cu和至少一种选自于Ag，Pd，Pt，Au，Rh，Ru，Ir和Os的惰性金属。所述陶瓷相约为所述金属陶瓷的50-95重量％，所述金属相约为所述金属陶瓷的5-50重量％；专利CN 1384891A描述了一种用于电解制备金属例如铝的金属陶瓷惰性阳极。优选的陶瓷组合物包括Fe2O3，NiO，ZnO或CoO，金属相为Cu，Ag，Pd，Pt，Au，Rh，Ru，Ir等，所述陶瓷相约为所述金属陶瓷的50-95重量％，所述金属相约为所述金属陶瓷的5-50重量％。

发明内容