铝电解幻灯片.ppt

山西关铝股份有限公司与中南大学联合开发的“XD26 常温固化 TiB2阴极涂层” 技术。 采用混合溶剂在常温下溶解复合树脂，将预先配制好的TiB2等固体粉末原料与溶解后的复合树脂混合均匀，制成 TiB2涂层糊料；用压缩空气清洁阴极内衬表面；然后再用溶剂刷洗。用泥工刀将涂层糊料涂抹于洁净的阴极表面上，厚度为1～4 mm。 电解槽启动后，TiB2阴极涂层粘接强度符合要求，界面不分层，涂层不块状掉落。TiB2阴极涂层在电解槽内存在的时间可以达到30个月以上。TiB2阴极涂层可以降低炉底压降；可以提高电流效率。 胶体氧化铝浆料制备的TiB2阴极涂层主要是利用无机物氧化铝胶体作为粘结相将TiB2粉末粘结在碳素基体材料上形成非碳TiB2涂层阴极。 TiB2涂层在使用过程中变得非常硬，具有优良的抗钠渗透性和铝液润湿性；实验中，涂层槽电流分布均匀，阴极压降低，没有因钠渗透引起破损。 J.A.Sekhar等人研究了氧化铝溶胶TiB2阴极涂层的性能，发现氧化铝粒径的减小能提高涂层的机械性能，降低电阻率。进行工业研究，在热循环后，涂层仍能紧紧地附着在碳材料上，涂层有高的抗磨损能力和好的铝润湿性，对钠渗透起到阻挡作用。 含碳的TiB2涂层阴极材料，由于碳质添加剂和粘结剂炭化生成碳，这些碳会与熔融金属铝反应生成碳化铝(Al4C3)，导致TiB2颗粒脱落、涂层减薄消失而失去作用，涂层在电解过程中容易开裂、起泡、脱落。 氧化铝溶胶与基体碳素材料的结构和性能差别较大，在一定程度上会增加阴极的电阻，且在铝电解槽内的粘结性能的持久性还待提高。 TiB2涂层阴极材料的缺失 2.2 TiB2陶瓷阴极 TiB2陶瓷阴极材料是最早使用的一种可润湿性阴极，它是将纯TiB2制成板、棒、管等形状的陶瓷材料，用作铝电解阴极或与碳块阴极结合使用。 采用TiB2陶瓷制得的阴极材料，在使用过程中存在比较严重的问题。由于TiB2的烧结性能很差,较难通过无压烧结获得相对密度大于95%以上的陶瓷阴极材料。通常用热压烧结或添加烧结助剂的冷压烧结方法获得具有较高致密度的材料。热压烧结制备TiB2陶瓷阴极材料的相对密度可达到95~100%，但费用高且难以制成复杂形状的阴极材料；冷压烧结通过添加过渡金属如Co、Ni和Cr等作为烧结助剂，可使制备费用降低。 在电解过程中，电解质和铝液易向TiB2陶瓷材料的孔隙中渗透，腐蚀固相晶界，降低陶瓷材料与阴极炭素的粘合力，产生裂纹和膨胀，使其在相当短的时间内导致阴极破损。 采用纯度极高的高纯TiB2作原料，虽然晶间腐蚀可削弱，但成本极其昂贵，并且TiB2陶瓷材料与阴极炭块的线膨胀系数相差较大，抗热振性能较差，致使材料和基体难以很好结合，加上纯的 TiB2易脆裂，在铝电解高温环境下容易破裂。 晶间腐蚀严重 抗热震性能差 成本及其昂贵 烧结性能较差 存在的几个主要严重问题 图2-2 瓦块状的RHM固定在基体阴极块上的 结构示意图 (a) 热压和/或水泥粘结形式； (b) 键扣形式； (c) 销钉形式 ①：RHM；②：碳；③：阴极块；④：热压粘结层；⑤：水泥粘剂 前人对TiB2陶瓷作为铝电解阴极的应用形式已做过许多的尝试，把TiB2制成板、棒、管及格栅等形式突出于铝液上，也有以片状、块状形式结合在阴极碳块表面进行使用的，如右图的固定方案。 上世纪 60年代当美国的Norton公司为Reynolds金属公司生产出热压烧结TiB2棒材。Reynolds将这种TiB2棒与阴极钢棒连接，由电解槽底部穿过内衬伸入电解槽中，并与铝液接触，以降低炉底压降。经过6个月实验后，检测发现，热压烧结TiB2棒材破裂较为严重，并且伴随着晶间腐蚀。因为碳热法生产的TiB2 粉末含有少量的C、O、Fe等杂质，这些杂质大部分集中在晶界上，随着铝电解过程的进行，电解质、钠及铝液渗透进入TiB2粉末制备的阴极材料的晶间，慢慢地导致TiB2阴极材料破裂。 添加炭素与TiB2制成复合阴极材料可以减少TiB2原料的用量，从而可以大幅度减少 TiB2可润湿性阴极材料的成本。目前研究开发具有应用前景的材料主要是TiB2-石墨(C)复合阴极材料。 大量研究表明TiB2-C复合阴极对铝液具有良好润湿性，能有效防止电解质熔体和钠的侵蚀；同时也具有较好的导电性和导热性；能有效降低铝液层厚度和极距，降低电耗，维持炉膛规整，提高电流效率，延长电解槽寿命。 2.3TiB2复合阴极 在普通炭块或半石墨质炭块阴极内衬表面涂覆TiB2涂层，改变了炭阴极内衬材料不与金属铝液润湿的性质，电解生产时，阴极内衬表面能够紧紧地“抓住” 铝液，形成金属铝液保护层，阻止或减缓钠的渗透，保证了电解槽启动初期阴极内衬的完整、完好，从而达到提高电解槽寿命的目的。 这是因为现代预焙铝电解槽启动时，先灌入电解槽的是熔融冰晶石电解质，