[发明专利]用于铝电解惰性阳极的金属陶瓷基体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属陶瓷复合材料技术领域。具体涉及一种用于铝电解惰性阳极的金属陶瓷基体及其制备方法。

背景技术

目前铝的生产主要依赖于电解生产，而在现今的工业生产中，电解铝一般采用C作为阳极材料。但是C作为阳极材料不仅存在电极耗损的问题，而且还会产生CO₂和CO等污染性气体，造成环境污染。因此，在节能环保成为时代主题的今天，开发新的阳极材料是非常必要的。

近年来，研究人员一直在寻找既能满足铝电解生产的苛刻条件又能降低成本的阳极材料，于是产生了一种新的惰性阳极材料-金属陶瓷。陶瓷具有耐高温耐腐蚀的特性，在其中加入金属元素还可以解决陶瓷不导电的问题，因此金属陶瓷被认为是电解铝惰性阳极的最佳材料。

目前，金属陶瓷基体的制备方法较多，如机械合金法(杨华明等. NiFe₂O₄纳米晶的合成及焙烧动力学[J].《中南大学学报》,2004， 35（3）)利用高能球磨法，通过NaCl稀释，然后在600-800℃焙烧2h，制得晶型比较完整的NiFe₂O₄晶体，该方法的重点在于通过分散剂球磨，以得到晶型比较完整的晶体。文章中并未提及球磨过程中，颗粒的破碎情况以及球磨对球磨料粉体微观应变的影响，也没有讨论到不同球磨时间对后续烧结过程的影响。另外，在许多金属陶瓷制备的研究中也提及了球磨(例如，张刚等.铝电解用NiFe₂O₄基金属陶瓷的制备.《材料科学与工程学报》,2003,21(4))，但都是为了粉末混合均匀。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种用于铝电解惰性阳极的金属陶瓷基体的制备方法，用该方法制备的用于铝电解惰性阳极的金属陶瓷基体转化率高和能降低铝电解的生产成本。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先将NiO粉末和Fe₂O₃粉末放入高能球磨机中球磨0.5~5小时，NiO粉末和Fe₂O₃粉的摩尔比为（1.0~1.2）∶1；再将球磨后的粉末置于烧结炉内，在空气气氛中升温至1000~1300℃，保温5~15分钟，随炉冷却，即得用于铝电解惰性阳极的金属陶瓷基体。

在上述技术方案中：Fe₂O₃粉末纯度≥99wt%，Fe₂O₃粉末的粒度为0.8 ~2.5μm；NiO粉末纯度≥99wt%，NiO粉末的粒度为0.8~15.3μm。

由于采用上述技术方案，本发明对NiO粉末和Fe₂O₃粉末进行球磨，球磨过程输入的能量会使粉体破碎，提高原料粉体的界面能；还会以微观应变的应变能贮存在球磨后的粉体中，不同球磨时间会在NiO粉末和Fe₂O₃粉末中附加不同的微观应变以及应变能。这些储能（界面能和应变能）势必对后续烧结过程中NiFe₂O₄陶瓷的生成转变造成影响，能提高后续转变程度和速度，获得较高的NiFe₂O₄的转化效率和较高的烧结效率，球磨后烧结的粉末与非高能球磨或简单混料后再烧结的粉末相比，NiFe₂O₄的转化率提高了3~15%。

在传统的电解铝工业中，采用石墨C作为电解阳极，利用C的还原性来生产铝，C直接参与反应，使得阳极在生产过程中不断损耗，提高了生产成本。而采用金属陶瓷作为电解铝的惰性阳极，阳极不直接参与反应，就可以解决用C做阳极时电极损耗的问题，从而降低了生产成本。而且利用本发明的制备方法能提高陶瓷基体NiFe₂O₄的转化率，提高了原料的利用率，也节约了成本。

因此，本发明制备的用于铝电解惰性阳极的金属陶瓷基体的转化率高和能降低铝电解的生产成本。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制。

为避免重复，先将本具体实施方式的原料的理化参数统一描述如下，实施例中不再赘述： 

Fe₂O₃粉末纯度≥99wt%，Fe₂O₃粉末的粒度为0.8 ~2.5μm；