[发明专利]用于铝电解复合节能炭阳极的制备方法

说明书

本发明涉及一种铝电解节能炭阳极的制备方法。

生产金属铝的电解槽以炭素材料为阳极，复盖有液态铝的炭块为阴极，以熔解有Al₂O₃的冰晶石熔体及其它的添加盐为电解质，通以直流电在约960℃温度下进行电解时，阳极上生成CO₂，阴极上产出铝。

炭素阳极通常使用石油焦为骨料，沥青为粘结剂，经过加工处理制成阳极糊用于自焙阳极或制成炭块用于预焙阳极。这些炭素阳极（含阳极糊和炭块）在进行铝电解时，阳极超电压一般为0.4～0.6伏，如此高的超电压造成了很大的电能浪费。尽管人们对此进行过多方探索、长期研究，却认为铝电解中的阳极超电压是难以降低的。进入八十年代，中国从事铝业工作的肖海明、刘业翔于1986年1月在中国轻金属学术年会发表了《铝电解时不同掺杂炭阳极的电催化活性研究》的论文，该论文介绍了在炭素阳极中掺有CrCl₃、Li₂CO₃、RuCl₃等任一种杂质时，可降低阳极超电压0.2伏左右;1991年1月23日公告了中国专利CN88104290《用于铝电解的阳极糊及其配制方法》，该专利介绍了在铝电解自焙阳极糊中添加0.09～0.9%的Li₂CO₃，能降低阳极超电压110～250毫伏，为铝电解节能取得良好的效果。但用于预焙槽时，未对掺杂工艺及其效果作详细介绍，加之Li₂CO₃及其它锂盐比较昂贵，继续寻找价格低廉、高效节能的炭阳极中掺杂物质，乃是铝业工作者面临的新课题。

为克服上述缺点，寻找一种价廉的多元复合添加剂掺入炭阳极中，既适用于自焙阳极，又适用于预焙阳极的铝电解作业，以期降低阳极超电压的同时，亦可改善阳极骨料焦的反应活性，达到节省电能和减少炭阳极的消耗，由此提出了本发明。

本发明所提出的多元复合添加剂制成的节能炭素阳极，是在炭素阳极中通过添加碱金属、碱土金属及某些过渡金属的化合物组成的混合物作为电催化剂，务求增大炭素阳极的电催化活性，加速铝电解阳极的反应速度，从而降低铝电解炭阳极上的超电压，由此实现节能目的;同时由于多元复合添加剂组成的混合物加到骨料焦上，使骨料焦的活性质点增多，使骨料焦和沥青中的固定炭与氧的反应速度趋于同步，由此克服了沥青中固定炭优先消耗而造成骨料焦剥落的现象，因而减少了炭渣生成，节省了炭素阳极的消耗。

本发明的实施方案，是通过往炭素阳极中掺入多元混（复）合电催化剂来实现的。所用的多元混（复）合电催化剂，是由碱金属中的锂、钠、钾，碱土金属中的钡、钙、镁以及铁族金属的铁这几种元素中的二种或二种以上元素所形成的氧化物、碳酸盐或硝酸盐所组成的混（复）合物。在混（复）合物中碱金属盐或它们的氧化物中的重量百分含量分别优先选用锂盐10～50%，钠盐10～45%，钾盐10～50%;碱土金属盐或它们的氧化物中的重量百分含量分别优先选用钡盐5～50%，钙盐或其氧化物10～60%，镁盐10～75%;铁族金属盐的重量百分含量分别优先选用铁盐5～45%;其余的碱金属、碱土金属及铁族金属的氧化物、碳酸盐或硝酸盐均有相应电催化效果，因价格关系，可因地制宜，酌情加入。按一定配比组成的上述某二种或二种以上的混合物，在阳极糊或阳极块中所含这类电催化剂混合物的总量控制在0.05～0.9%（上述百分数皆为重量百分数，下同）。这种电催化剂混合物，用于自焙阳极糊电解时，可降低阳极超电压170～275毫伏;每吨铝可节电576～931KWh。用于预焙阳极电解槽时，可降低阳极超电压120～203毫伏;每吨铝可节电406～687KWh。实践证明：选用上述某二种或二种以上化合物组成的电催化剂混（复）合物，经适当处理后，可形成不同含量的尖晶石、金红石和钙钛矿类的结构。它们多为非化学计量的化合物，含有一定的氧的缺位，对含氧离子具有很强的吸附能力。而且其导电性能提高，对含氧化合物（如Na₃AlF₆-Al₂O₃体系）熔体的湿润性能变好。它们能在炭素阳极上形成抗氧化反应的活化中心，电解时能加速炭阳极上的电化学氧化反应速度，从而降低了阳极超电压。