[发明专利]一种铝电解槽用TiB2基金属陶瓷材料及其制备方法

说明书

    技术领域 

一种铝电解槽用TiB₂基金属陶瓷材料及其制备方法，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，炭素阴极与铝液不润湿，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。因为铝液是槽内的导电流体，受强磁场的作用，使铝液产生流动、波动和隆起, 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。此外，炭素阴极易被熔盐渗透，能和铝反应生另成炭化铝，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。

理想的惰性可润湿性阴极具有以下优点：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；难熔于高温氟化物盐，并能耐其腐蚀和渗透；良好的导电性，优秀的机械性能。

研究表明，硼化钛(TiB₂)在铝液中溶解度很小、导电率高、并且能被铝液润湿的材料。它具有熔点高、电导率高、硬度大、耐熔融铝液和冰晶石熔体的侵蚀等特点。所以成为制造铝电解用可润湿性惰性阴极的首选材料。

目前对可润湿性阴极材料的研究主要集中于TiB₂涂层阴极和TiB₂陶瓷阴极。

TiB₂涂层阴极是目前国内外研究较多的阴极材料，它主要是一种含碳质添加剂的TiB₂涂层阴极材料，如 TiB₂+碳质粘结剂+树脂等，由于TiB₂涂层阴极等材料均含有碳质成分，在电解过程中易与熔融铝生成Al₄C₃，并且，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会容易消耗、破损，所以寿命相对较短，限制了其大规模工业化推广。

而TiB₂基陶瓷阴极不含碳质添加剂，在各项性能上均优于TiB₂涂层阴极，并能保证电解槽长期稳定的运行，但由于其制作成本较高，因此仅局限于实验室的研究之中，目前也没有得到工业化应用。

    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、导电率高、低成本，能有效提高阴极材料使用性能、铝电解槽电流效率以及铝电解槽用TiB₂基金属陶瓷材料及其制备方法。

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基金属陶瓷材料，其特征在于其材料是以TiB₂-Al₂O₃复合颗粒、氧化物添加剂和金属添加剂为原料，将TiB₂-Al₂O₃复合颗粒、氧化物添加剂和金属添加剂混合后成型，在惰性气氛下高温烧结，得到的TiB₂基金属陶瓷材料。

本发明的一种铝电解槽用TiB₂基金属陶瓷材料，其特征在于其氧化物添加剂选用氧化铝、氧化镁、AB₂O₄型尖晶石、钛酸铝、氧化钛的一种或者一种以上的组合物，其中，A可为Ni, Mg, Co, Zn, Cu, Li和Fe中的至少一种；B为Fe, Al, Co, Mn, Cr和Ge中的至少一种。

本发明的一种铝电解槽用TiB₂基金属陶瓷材料，其特征在于其金属添加剂为Ni、Fe、Cu、Ti、Co、Cr、Mo、Mn等中的一种或者一种以上的组合。