[发明专利]一种铝电解槽用TiB2复合阴极材料及其制备方法

说明书

技术领域

一种铝电解槽用TiB₂复合阴极材料及其制备方法，涉及一种适用于惰性电极铝电解槽用阴极材料。

背景技术

现行铝电解技术中的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。现行槽一直采用碳质材料作为阴极材料，然而其存在以下缺点：1、碳质阴极较差的耐电解质渗透性能；2、与铝液润湿性不佳，严重影响了电解槽的高效稳定运行。基于以上原因，国内外铝电解界都在研究开发一种新型惰性可润湿性阴极材料。

理想的惰性可润湿性阴极具有以下优点：1、能够很好的与熔融金属铝润湿，能显著降低两级间距，可以形成平整稳定电流，能够消除磁场对电解生产的干扰；2、难熔于高温氟化物盐，并能耐其腐蚀和渗透；3、良好的导电性，优秀的机械性能。TiB₂由于具有优异的导电性能、易被铝等熔融金属润湿，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。

但是目前所研究和使用的惰性可润湿性阴极都存在一些缺点。

专利ZL02108199.9介绍了一种将纯TiB₂涂覆在炭块基体上的传统的阴极材料，但是由于涂层与基体间结合力不够，在使用过程中涂层脱落严重、使用寿命短以及抗电解质侵蚀能力不理想等问题。专利ZL200410100977.7等介绍了将含有TiB₂、粘接剂、石墨碎的复合糊料与炭块基体一体成型制备的TiB₂复合层阴极材料，但同样存在着基体与TiB₂复合层之间的热失配问题。为了提高使用寿命，需要涂敷较厚的复合层，并且TiB₂含量较高，成本很高。

另一方面，上述材料均含有碳质成分，由于碳易于与钠、钾等碱金属形成嵌入式化合物而造成阴极膨胀，因此，含碳阴极材料在铝电解熔体中长期运行势必将会由于钠、钾膨胀而破损。因为，这种材料没有从根本上解决炭块阴极材料所存在的寿命短等问题。

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，提供一种能够抗钠钾膨胀、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，提高阴极材料使用性能、铝电解槽电流效率以及电解槽的寿命的铝电解槽用TiB₂复合阴极材料及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种铝电解槽用TiB₂复合阴极材料，其特征在于其阴极材料是由TiB₂、氧化物添加剂和粘结剂为原料制成的板状阴极材料，其板状阴极材料的原料成份呈层状分布，原料成份由内向外以中心层为基，原料的TiB₂含量呈层状镜面对称逐层增加。

本发明的一种铝电解槽用TiB₂复合阴极材料，其特征在于所述的氧化物添加剂为氧化铝、氧化镁、镁铝尖晶石的一种或者一种以上的混合物。

本发明的一种铝电解槽用TiB₂复合阴极材料，其特征在于所述的粘结剂为聚乙烯醇，分子量为500～5000，配置成40～80g/L的溶液。

本发明的一种铝电解槽用TiB₂复合阴极材料，其特征在于其阴极材料是由内向外以中心层为基，TiB₂含量呈层状镜面对称的层数为3-5层，且每一层层厚为5～50mm。

本发明的一种铝电解槽用TiB₂复合阴极材料，其特征在于所述的TiB₂、氧化物添加剂和粘结剂原料，其最外层TiB₂、氧化物添加剂原料中的 TiB₂质量百分比含量为70%～90%，其余为氧化物添加剂，粘结剂为TiB₂、氧化物添加剂总质量的1%～5%。

本发明的一种铝电解槽用TiB₂复合阴极材料，其特征在于所述的TiB₂、氧化物添加剂和粘结剂原料，其最内层TiB₂、氧化物添加剂原料中的 TiB₂质量百分比含量为30%～50%，其余为氧化物添加剂，粘结剂为TiB₂、氧化物添加剂总质量的1%～5%。

本发明的一种铝电解槽用TiB₂复合阴极材料，其特征在于所述的板状阴极材料的中心层和最后层间的原料成份为中心层和最后层间的原料成份的过渡成份。