首頁 » 耐材資訊 » 耐材說

鋁電解槽用陰極材料的研究及發展

發布日期: 2019-10-31 09:39:48    閱讀量(124)    作者:張紅

鋁電解槽陰極的結構及性能對生產效率有極大影響,陰極材料的優劣通常決定了電解槽壽命以及生產中鋁的產量和能耗,影響電解鋁生產成本,因此許多科研工作者一直致力于鋁電解槽陰極材料研究。電解槽的陰極最初由底部炭塊、側部炭塊及電解槽糊料經過焙燒形成。傳統糊料主要是由電煅無煙煤與石墨、瀝青等組成,通常分為熱搗糊、溫搗糊和冷搗糊3類。熱搗糊與溫搗糊對溫度要求十分嚴格且可控性差.已逐漸被不需預熱、軟化點較低的冷搗糊取代。

陰極糊料的主要作用是填充炭塊砌筑時留下的砌縫.但由于糊料與炭磚成分的差異。在炭磚粘結處易產生縫隙.電解過程中.電解質溶液與鈉極易滲透形成一種成分介于C??Na和C??Na的層狀化合物,使得陰極炭塊膨脹、破損,最終導致停槽修整。電解過程中,因側壁炭磚具有導電性,易形成橫向電流和沿側壁的無功電流,使能耗增加。因此,由炭塊及炭糊所組成的電解槽陰極存在極大缺陷,如何提高鋁電解電流效率、延長電解槽使用壽命。仍需廣大學者進行深入研究。

1、鋁電解槽陰極底部材料

鋁電解槽陰極內襯中底部炭磚與鋁液的潤濕性較差,使得底部生成沉淀,降低生產效率。自20世紀60年代以來,各國學者開始探索研究如何解決鋁液潤濕性問題,而采用新型電解系統的鋁電解生產技術要求陰極在高溫下具有良好的熱穩定性和機械強度,能抵御鋁液和電解液的腐蝕作用.對鋁液具有良好的濕潤性。能夠和基體材料良好地結合,從而阻止電解液滲透。經過大量研究發現,TiB?材料具有可與金屬相比擬的良好導電性,且對鋁液具有良好的潤濕性。因此TiB?開始被應用在電解槽陰極材料中。

TiB?涂層陰極用于鋁電解槽中,可以延長電解槽壽命,解決鋁電解槽早期破損嚴重、壽命短的問題,還可以改善鋁電解槽陰極工作狀態,規整爐膛,減少爐底沉淀,降低爐底壓降,提高電流效率,達到節能降耗的目的。不利的是這種涂層與炭塊基體結合不牢固。在電解槽焙燒啟動及生產過程中由于膨脹系數不一致以及高溫下氟化鹽的侵蝕、鋁液沖刷、機械碰損等因素干擾,涂層很容易脆裂、起層、剝落而很快失去應有效果。中國鋁業股份有限公司廣西分公司等將TiB?和炭纖維作為骨料并與適當的黏結劑和固化劑配成糊料后涂覆、加熱固化、炭化后制備成陰極涂層。中國長城鋁業等在TiB?;余層研究的基礎上進一步研究開發了一體化成型的TiB?-C復合涂層陰極炭塊,徹底解決了TiB?與炭塊結合不牢固的關鍵問題,從而有效地解決了電解槽陰極防電解質和鈉侵蝕問題,并改善了熔融金屬鋁對陰極的濕潤性,進一步實現了電解槽高效率、低能耗、長壽命運行。

2、鋁電解槽陰極側部材料

近年來鋁電解槽逐漸向大型化發展,根據生產需要,要求鋁電解槽側部材料絕緣性好,熱傳導率高,機械強度高,具有優良的抗熱震性、抗鈉侵蝕能力。鋁電解槽側部最初的砌筑材料為普通石墨塊或預焙炭磚,在生產過程中易氧化。且炭磚多孔。在高溫電解質的沖刷下,易被電解質侵蝕和吸收鈉。造成側部的早期破損。

為解決以上問題,一些學者提出用氮化硅結合碳化硅材料作為鋁電解槽的側部材料。氮化硅結合碳化硅材料具有抗冰晶石侵蝕性能優異、抗氧化、耐沖刷、導熱性好等卓越性能.是目前世界上鋁電解槽普遍采用的側襯材料。黃朝暉等將添加ZrB?和TiB?制成的氮化硅結合碳化硅耐火磚應用于鋁電解槽側部,提高了鋁電解槽側部材料抗冰晶石侵蝕滲透能力,不生成碳、鈉化合物,并有效減緩了側壁的侵蝕速度。黃朝暉、徐有果等采用碳熱還原法用Si?N?-SiC與少量電煅無煙煤及黏結劑通過混捏、成型等工藝制備出免燒型耐火磚。這種耐火磚比傳統的氮化硅結合碳化硅磚具有更好的抗侵蝕能力及更低的成本,且與傳統炭質耐火磚相比,減少了橫向電流的產生,可提高電流效率。有效地降低生產成本及節約能源。中國長城鋁業公司及其電解鋁廠和鄭州輕金屬研究院合作,也成功研制了Si?N?-SiC與炭磚相復合的新型側部內襯材料并進行了工業試驗。

為更好地提高生產效率及電流效率。減少氮化硅結合碳化硅側部用耐火磚與用來填充之間縫隙的糊料成分收縮率差異導致的侵蝕,一些學者研發了成分與Si?N?-SiC-C耐火磚相近的填充糊料,通過添加樹脂和碳化硼粉末來對瀝青黏結劑進行改性.可提高糊料焙燒結焦值和致密化程度。從而改善糊料抗滲透性能和耐侵蝕性能:可以降低糊料電阻率和提高糊料膨脹性,有效減少裂紋。但是由于該糊料和炭磚的組成及原始狀態的差異.導致爐襯并不能形成連續的、完全一致的物相和結構,炭磚和糊料的膨脹性也不會完全一致.故炭磚的開縫、膨脹和拱起并不能完全消除。

更多耐火材料新技術、新知識請參考《耐火材料百科全書》

免費獲取耐火材料解決方案
窯爐耐材問題:
聯系人:
聯系電話:
公司名稱:

免責聲明:

本站部分文章來源于互聯網,編輯轉載目的在于傳遞更多信息,并不代表本網贊同其觀點核對其真實性負責。

如涉及作品內容、版權和其他問題請書面發函至本公司,我們將在第一時間處理。

(c)2008-2016 ZNHCL B2B SYSTEM All Rights Reserved

安全聯盟安全網站110報警服務B2B行業公約

豫公網安備 41018302000262號

绝地求生手游赚钱方法