[发明专利]一种镍基金属氧化物陶瓷惰性阳极、制备方法及应用

说明书

本发明涉及陶瓷‑金属复合材料技术领域，提供了一种金属镍氧化物陶瓷材料惰性阳极，具有金属相和陶瓷相，金属相由主成分Ni和Cu、Co、Zn、Cr、Ag、Fe、Al、V等元素中选取1~2种组成，氧化物相由CaO及TiO₂相组成；惰性阳极经氧化物和金属粉的普通球磨，压制成形和保护气氛烧结与加工等步骤制成。本发明具有导电性好，抗高温氧化性强、抗熔盐化学腐蚀及电化学腐蚀性强、抗热冲击性能好，价格相对低廉的优点。本发明的惰性阳极用于氯化物熔盐体系中的电解工艺，可作为碳素阳极的替代物，解决其高消耗高CO₂排放的问题。

技术领域

本发明涉及陶瓷-金属复合材料技术领域，特别涉及一种镍基金属氧化物陶瓷惰性阳极、制备方法及应用。

背景技术

在含氧化物或碳酸盐的氯化物熔体中电解还原制备金属及碳质材料是近年来的研究热点（G.Z.Chen, et al. Nature, 2000(407), 361-364; H.Y.Yin, et al. Energy& Environmental Science, 2013(6),1538-1545）。

目前在氯化物熔盐体系常用的惰性阳极主要有金属和氧化物阳极。金属惰性阳极材料多为金属铂、铱、镍基及铜基金属合金，该类阳极导电性极佳，易于处理和连接，但贵金属材料价格昂贵，在氯化物熔体中不够稳定，腐蚀速度过快；氧化物阳极材料多为二氧化锡，但其长时间使用后电极表面会形成钝化膜。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术中氯化物熔体中惰性阳极材料昂贵及不稳定的不足，提供一种稳定性强、成本低廉及适用于氯化物熔盐体系中的镍基金属氧化物陶瓷惰性阳极。

金属陶瓷阳极综合考虑了金属惰性阳极材料和氧化物阳极材料两者优点与缺点，金属陶瓷阳极的导电性介于金属与氧化物之间，其腐蚀速度取决于所选金属和氧化物的种类。TiO₂和CaO具有高熔点、高电化学稳定性和低成本等优点，在氯化物熔体中也表现出极强的耐化学腐蚀性。金属镍在氯化物熔盐体系中表现出较高的溶解电位，将其与TiO₂及CaO等氧化物结合所得的陶瓷阳极具开发潜力，这对于研究氯化物或其他熔盐体系中的具有广泛使用价值的惰性阳极具有重要意义。

本发明一种镍基金属氧化物陶瓷惰性阳极，该阳极具有金属相和氧化物陶瓷相，其中金属相总量为40%-60 wt%，氧化物相总量为60-40 wt%。

进一步的，所述金属相主成分为Ni，为改善耐腐蚀性能，添加额外1~2种金属元素，该1~2种金属元素每种金属元素添加量占所述金属相的10-30 wt%，从以下元素中选取：Cu、Co、Zn、Cr、Ag、Fe、Al、V；所述氧化物相由CaO和TiO₂组成，其中CaO含量为25.85~58.39 wt%，TiO₂含量为74.15-41.61 wt%。

本发明还提供了一种镍基金属氧化物陶瓷惰性阳极的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将CaO和TiO₂按（25.85~58.39wt%）：（74.15-41.61wt%）的比例进行称重、混匀，并在900℃的马弗炉中煅烧4-6小时，对烧结块体后研磨得氧化物相粉末；

步骤二、用普通球磨法制取金属氧化物均匀混合粉：称取金属混合粉末，与步骤一所制备的氧化物粉末按（40-60 wt%）：（60-40 wt%）的比例混合，一同放入球磨机中，进行12小时的干磨；所述金属混合粉末的主成分为Ni，添加额外1~2种金属元素，该1~2种金属元素每种金属元素添加量为10-30 wt%，从以下元素中选取：Cu、Co、Zn、Cr、Ag、Fe、Al、V；

步骤三、物料压制成形，采用模压法进行单向压制，成形压力为12 Mpa，保压时间为1~3分钟，所制块体直径为20 mm，高度约为3 mm；