[发明专利]一种铝电解用TiB2

说明书

本发明涉及一种铝电解用TiB₂‑石墨烯复合阴极材料及其制备方法，按重量份计，称取TiB₂粉末88‑95份、石墨烯粉末5‑12份、分散剂0.2‑5份、粘结剂1‑5份以及腐殖酸1‑10份，球磨混合后，烘干，获得混合粉末，备用；对混合粉末进行成型处理，获得生坯；将生坯置于惰性气氛下，于600‑900℃条件下脱脂处理16‑64h后，升温至1300‑1600℃，烧结5‑50h，获得TiB₂‑石墨烯复合阴极材料。本发明中以石墨烯作为增强相，相比于现有的铝电解槽TiB₂/C可润湿阴极，具有更佳的润湿性；且石墨烯的高电导率、耐腐蚀、低热膨胀系数以及抗拉伸机械强度等特性使得本发明拥有更强的抗高温熔盐侵蚀、高温结构稳定、高的电导率等特性。

技术领域

本发明涉及一种铝电解用TiB₂-石墨烯复合阴极材料及其制备方法，具体涉及一种铝电解用TiB₂- 石墨烯复合可润湿性阴极材料及其制备方法，属于铝电解电极材料制备领域。

背景技术

现行铝电解技术主要采用Hall-Héroult熔盐电解法，要求其阴极材料不仅要具有高的导电性，还要承受高温冰晶石电解质的化学及物理侵蚀，因此，阴极材料的选择对电解槽的性能有着很大的影响。目前，铝电解槽一直采用碳质材料作为阴极材料，为了不使碳阴极暴露于电解质中，电解槽中不得不保持一定高度的铝液。但因为铝液与碳阴极材料之间的润湿性极差，铝液在电磁力的作用下会发生波动进而导致铝液与熔融电解质之间界面的波动。并且铝液高度越低，波动会越剧烈，因此现行电解槽铝液高度必须保持在15cm以上。为了减弱铝液以及界面波动对电流效率的影响，现行电解槽必须保持较高的极距，这造成了现行电解槽必须保持较高的槽电压。另一方面，碳阴极的耐高温电解质化学和物理侵蚀的能力较弱，这严重影响了铝电解槽的高效稳定运行。

为了解决上述问题，铝冶炼从业者在新型可润湿阴极材料的研究方面做出了杰出的贡献。目前，由于TiB₂材料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，其主要方法是将粉状TiB₂与热固型树脂等混合制备成高粘稠状糊料并涂刷于铝电解槽炭素阴极上面。专利US5651874、CN201110274580.X、CN1986898A 和专利CN200510046638.X介绍了一种铝电解用TiB₂-C复合材料作为阴极涂层的制备方法，但由于涂层材料的热震性差或热膨胀系数不均匀，导致涂层与基体的粘接强度低，容易脱落；而且涂层厚度的不均匀会引起阴极寿命缩短(涂层过薄)或导致涂层烧结后开裂(涂层过厚)。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种对铝液润湿性好、耐铝液与高温熔融冰晶石渗透与冲蚀、力学性能优越以及高电导率的铝电解用TiB₂-石墨烯复合阴极材料及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种铝电解用TiB₂-石墨烯复合阴极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、按重量份计，称取TiB₂粉末88-95份、石墨烯粉末5-12份、分散剂0.2-5份、粘结剂1-5份以及腐殖酸1-10份，球磨混合后，烘干，获得混合粉末，备用；

其中，所述TiB₂粉末的粒径为1μm-5mm，一般为1μm-1mm，优选为10μm-500μm，石墨烯粉末的粒径为1μm-100μm，一般为10-80μm，优选为15-60μm；

S2、对S1中获得的混合粉末进行成型处理，获得生坯；

S3、将S2中获得的生坯置于惰性气氛下，于600-900℃条件下脱脂处理16-64h后，升温至 1300-1600℃，烧结5-50h，获得TiB₂-石墨烯复合阴极材料；