[发明专利]一种电解铝用惰性阴极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电解铝的惰性阴极及其制备方法，属于有色金属冶炼领域。

背景技术

电解铝工业通常采用预焙碳素阳极电解槽对冰晶石-氧化铝的融盐进行电解，即以冰晶石Na₃AlF₆氟化盐熔体为熔剂，将Al₂O₃溶于氟化盐中，以碳素体作为阳极垂直插入电解槽内，以电解槽底部覆盖有铝液的碳素体作为阴极，通入强大的直流电后，在940-960℃的高温条件下，在电解槽的两极进行电化学反应，所产生的铝液产品覆盖在电解槽底部的阴极上。在上述电解槽中，碳素体阴极对铝液的润湿性差，容易导致氧化铝沉积在槽底阴极表面上。由于氧化铝为绝缘体材料，被氧化铝覆盖的阴极表面导电率下降，从而使阴极整体的过电压升高，电解铝工艺的耗电量增大，造成了能量的浪费。

为了解决上述阴极材料对铝液润湿性差的问题，有人发现将TiB₂涂覆在碳素基体表面，经烧结后可得到对铝液润湿性较好的阴极材料，这种阴极材料可用于预焙碳素阳极电解槽，也可以用于电解铝中阳极和阴极平行设置且垂直于槽底的电解槽，如中国专利文献CN1986898A公开了一种惰性电解铝电解槽，它是将板状金属陶瓷惰性阳极以并联方式与可润湿阴极连接，并以垂直平行方式设置；所用惰性阴极是以树脂与TiB₂粉体混合，加热搅拌成糊状，涂抹到碳砖上，烧结制成。

上述技术中涂覆有TiB₂的碳砖作为惰性阴极，对铝液具有较好的润湿性。但是由于碳砖与TiB₂涂层的膨胀系数不同，在高温电解的环境下，随着使用时间的延长，TiB₂涂层容易因受热膨胀而与碳砖发生分离，并且又由于阴极是垂直于槽底设置并与阳极平行，电解槽内的电解质液体对阴极表面的压力小，这就使得TiB₂涂层更容易发生膨胀，甚至经长时间的高温使用TiB₂涂层会从碳砖表面剥离掉，从而降低了这种阴极材料的使用寿命；另外，由于TiB₂材料的价格昂贵，因此使用涂覆有TiB₂单一成分的碳砖作为惰性阴极成本很高，不利于工业化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中在高温电解的环境下，随着使用时间的延长，TiB₂涂层容易因受热膨胀而与碳砖发生分离，使用寿命短，并且涂覆有TiB₂碳砖的惰性阴极价格昂贵；进而提出一种使用寿命长、价格便宜的电解铝用惰性阴极及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电解铝用惰性阴极，包括TiB₂和Al的复合物；所述复合物是由TiB₂和Al混合、成型后的成型物，或TiB₂、Al和树脂混合、成型后的成型物经焙烧得到。

所述复合物中，所述TiB₂和Al的质量比为(40～80)∶(20～60)。

所述惰性阴极是由TiB₂和Al组成的复合物，其中所述TiB₂的含量为40～80wt％，所述Al的含量为20～60wt％。

所述焙烧的温度大于铝的熔点。

所述惰性阴极的电阻率为0.06～0.12μΩ·m，密度为3.2～3.98g/cm³。

所述惰性阴极的制备方法，包括

(1)将TiB₂和Al混合均匀后放入模具中成型，或将TiB₂、Al和树脂或树脂溶液混合均匀、捏合并成型后，得到成型物；

(2)将所述成型物在大于铝熔点的温度下进行焙烧即可。

所述TiB₂、Al与树脂的质量比为(40～80)∶(20～60)∶(4～8)，或所述TiB₂、Al与树脂溶液的质量比为(40～80)∶(20～60)∶(8～15)。

所述树脂溶液中的溶剂为乙醇、甲醇、异丙醇和丙酮中的一种或几种。

所述树脂与溶剂的质量比为1∶(1～1.15)。

所述焙烧的温度为800～1200℃，焙烧时间为2小时以上。

本发明所述的电解铝用惰性阴极及其制备方法与现有技术相比的有益效果为：