[发明专利]一种铝电解用TiB2复合阴极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到铝电解可润湿性阴极材料的配方及其制备技术。

背景技术

现行铝电解槽的炭素阴极与铝液润湿性差，为了保持熔融金属铝阴极表面的平稳，铝电解槽中必须保留相当厚度的铝液。由于铝液受强磁场的作用产生流动和波动, 这不仅使得阴、阳极间必须维持较高的极距，而且增大了铝的二次反应损失。阴极材料不仅要承载导电作用，还要承受高温冰晶石熔体的化学侵蚀和铝液的物理冲蚀，因此，阴极材料性能直接影响到电解槽的使用寿命。炭素阴极易被熔盐渗透，能和铝反应生另成碳化铝，容易在不湿润铝的炭素阴极表面形成槽底沉淀，引起阴极电压降增大、电流分布不均，最终导致阴极的膨胀、破损等。

TiB₂由于具有优异的导电性能、易被铝液等熔融金属润湿，优良的耐腐蚀和抗氧化性能，所以成为制造铝电解用可润湿性惰性阴极的首选材料。近年来，铝电解工业开发研制的惰性阴极材料，包括：TiB₂-碳复合阴极材料，TiB₂-石墨基和TiB₂-氧化铝陶瓷阴极材料，以及阴极内衬涂覆TiB₂-炭胶涂层阴极材料等，工业生产证明它们均适用于惰性阴极材料，但在不同程度上都有自身缺陷。专利US5651874、CN1448542、CN1405358和CN1537974介绍了一种铝电解TiB₂-C阴极涂层材料的制备方法，虽然TiB₂-C阴极涂层材料具有较好的热稳定性、导电性、铝液湿润性、抗腐蚀性，且与阴极炭块基体具有相近的线膨胀系数和良好的黏结性能，但电解过程中TiB₂-炭胶涂层易出现机械或物理脱落；涂层局部炭化，热应力大，极易导致早期粉状脱落或局部块状脱落等现象。专利CN1537975介绍TiB₂/Al₂O₃阴极涂层，但该涂层的导电率较低，TiB₂/铝溶胶陶瓷阴极材料，虽然具有良好的力学性能和电导率，但材料本身结合是通过生成9Al₂O₃·2B₂O₃作为粘结相，Ross H. Plovnick通过研究证实9Al₂O₃·2B₂O₃可与铝液反应生成TiB₂和Al₂O₃，最终导致TiB₂/铝溶胶陶瓷阴极材料整体消耗和结构破损，存在不可逾越的缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对TiB₂-C阴极涂层、TiB₂/Al₂O₃阴极涂层及TiB₂/铝溶胶陶瓷阴极材料可能出现机械或物理剥落、热应力不均导致涂层掉落等、电阻率低及阴极材料与铝液反应等不足。提供一种能够与铝液高润湿、耐熔融电解质渗蚀和铝液冲蚀、高导电和低成本，能够有效实现低温活化烧结、均质化材质的铝电解槽用TiB₂复合阴极材料及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种铝电解用TiB₂复合阴极材料，其特征在于所述的TiB₂复合阴极材料主要包含TiB₂、金属氧化物X、粘结剂Y和分散剂Z。

其中TiB₂粒度为3-8μm；金属氧化物X为Ti、Zr及Mg类氧化物中的至少一种或它们的组合，其中钛类氧化物包括TiO₂、钛溶胶及TiBO₃；锆类氧化物包括 ZrO₂和锆溶胶；镁类氧化物包括MgO和Mg(OH)₂，除溶胶形式外颗粒粒度均为1μm-30μm；粘结剂为聚乙烯醇（PVA）、石蜡及硬脂酸中的至少一种；分散剂为乙醇、丙酮及异丙醇中的至少一种。

本发明的一种铝电解用TiB₂复合阴极材料的制备方法，其特征在于混料时的TiB₂质量百分含量为70%-90%；金属氧化物X固体质量百分含量（简称固体含量，下同）为10%-30%；粘结剂Y添加量为TiB₂和金属氧化物X总固体含量的1%-3%；分散剂Z添加量为TiB₂和金属氧化物X总固体含量的10%-30%。