[发明专利]一种铝电解用可润湿性炭素阴极及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种铝电解用可润湿性炭素阴极，其特征在于，为N与P双掺杂的碳材料，所述的碳材料按照材料的质量比石墨：软炭材料：硬炭材料=35~70：15~25：3~15进行原位复合；

所述的炭素阴极中，元素碳：元素氮：元素磷的摩尔比为76~99：1~8：3~6；

所述的炭素阴极中，六元碳环中杂化的N的含量不低于总N含量的50%，

六元碳环中杂化的P的含量不低于总P含量的50%；

所述的铝电解用可润湿性炭素阴极采用如下步骤制备：

将石墨、软炭材料前驱体、硬炭材料前驱体、N源、P源混合挤压成型得阴极前体；

将阴极前体经多段焙烧，其中，各段焙烧产物预先经浸渍液A浸泡后再进行下一段的焙烧；各段焙烧的温度均为1000℃~1400℃；

浸渍液A中，至少包含软炭材料前驱体、硬炭材料前驱体中的至少一种；还包含N源、P源中的至少一种；

最后一段焙烧后，得到所述的可润湿性炭素阴极。

2.如权利要求1所述的铝电解用可润湿性炭素阴极，其特征在于，所述的炭素阴极的开孔率为14~17%；电阻率为23~27μΩ•m^-1；体积密度为1.65~1.71g•cm^-3；耐压强度为35~37MPa；抗折强度为16~19MPa 。

3.如权利要求1所述的铝电解用可润湿性炭素阴极，其特征在于，所述石墨包括人造石墨、天然鳞片石墨、天然土质石墨、天然微晶石墨、铝电解槽废旧阴极中的至少一种。

4.如权利要求1所述的铝电解用可润湿性炭素阴极，其特征在于，石墨中，50mm以上：5~50mm：0.075mm~5mm：0.075mm以下的质量比为36~48：17~31：11~20：0~5。

5.如权利要求3或4所述的铝电解用可润湿性炭素阴极，其特征在于，所述软炭材料前驱体为石油焦、煤沥青、无烟煤、褐煤、沥青焦、铝电解阳极炭渣中的至少一种；

所述硬炭材料前驱体为酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯中的至少一种。

6.如权利要求1所述的铝电解用可润湿性炭素阴极，其特征在于，所述元素氮的来源包括有机氮源和无机氮源中的至少一种，其中，有机氮源包括吡啶、吡咯、芳香族硝基化合物、胺类重氮化合物和偶氮化合物中的至少一种；无机氮源包括氨气、氮气、铵盐、氨水中的至少一种；

所述磷的来源包括有机磷源和无机磷源中的至少一种，其中有机磷源包括膦、膦酸、膦酸酯和磷酸酯中的至少一种，无机磷源包括磷酸、磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐中的至少一种。

7.如权利要求1或6所述的铝电解用可润湿性炭素阴极，其特征在于，有机氮源中N的投加摩尔量为所述的阴极中N摩尔量的2~4倍。

8.如权利要求7所述的铝电解用可润湿性炭素阴极，其特征在于，有机氮源中P的投加摩尔量为所述的阴极中P摩尔量的3~6倍。

9.如权利要求1所述的铝电解用可润湿性炭素阴极，其特征在于，通过混捏方法将各原料混合。

10.如权利要求9所述的铝电解用可润湿性炭素阴极，其特征在于，混捏温度为130℃~250℃；混捏时间为120min~240min。

11.如权利要求1所述的铝电解用可润湿性炭素阴极，其特征在于，各段焙烧的时间为720min~1440min；浸泡的时间为40min~300min。

12.一种权利要求1~11任一项所述的可润湿性炭素阴极的应用，其特征在于，作为电解铝工艺中的阴极。