生產(chǎn)原鋁過程鋁電解用鉀冰晶石低溫體系的研究
發(fā)布時(shí)間：2020/02/18 作者：
亞鋁材料
生產(chǎn)原鋁過程鋁電解用鉀冰晶石低溫體系的研究
傳統(tǒng)的Hall-Hoult法生產(chǎn)原鋁過程，電能利用率低且排放大量的溫室氣體C02和全氟碳化物，研究開發(fā)鋁電解綠色環(huán)保的新工藝成為人們研究的熱點(diǎn)。采用惰性陽極進(jìn)行鋁電解可以避免傳統(tǒng)工藝的不足，其中合金陽極由于具有良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性、優(yōu)異的抗熱震性能等特點(diǎn)成為惰性陽極中被寄予很大希望的一類電極。合金陽極大體上可分為Ni基、Cu基和Fe基。由于Cu-Al合金陽極向電解體系引入新雜質(zhì)相少，被認(rèn)為是比較有希望的Cu基合金陽極.但目前合金陽極耐腐蝕性能較差，很難滿足工業(yè)生產(chǎn)要求，研究合金陽極的腐蝕機(jī)理，對提高合金陽極的耐腐蝕性能具有重要意義。
將純度為99.9%的300目Cu、A1粉末按照質(zhì)量比為91:9的比例混合均勻，在磨具中靜壓成型，壓力為200，然后在氬氣保護(hù)氣氛下于1050°燒結(jié)4小時(shí)得到Cu_Al合金材料。將Cu_Al合金材料進(jìn)行機(jī)械加工及打磨并與導(dǎo)桿進(jìn)行連接，得到陽極；以石墨為陰極；剛玉坩堝內(nèi)有裝有分析純KAIF4+K3A1F6(CR=1.3)，其中A1203(工業(yè)級(jí)）的濃度為4.5wt%，在700度下進(jìn)行5h的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的鋁電解，電流密度控制在0.5A/cm2，電解過程中A1203采用自動(dòng)逬料系統(tǒng)連續(xù)添加鉀冰晶石。循環(huán)伏安測試以Cu-Al合金電極作為工作電極；以石墨坩堝底而作為輔助電極，以Ni/NiF2i極作為參比電極，構(gòu)成三電極體系。
5.0A級(jí)的50h的實(shí)驗(yàn)室鋁電解過程中槽電壓的變化情況如圖1所示，從圖中可以看出鉀冰晶石電解過程槽壓有所起伏，但在3.4V處有較長穩(wěn)定期，通過計(jì)算表明槽電壓平均值為3.52V。電解過程中槽電壓升高這可能是與A1203濃度波動(dòng)及電極表面生成的氧化膜薄厚變化有關(guān)v八丨203濃度升高可使電極表面氧化膜增厚，電極表面電壓降增大槽電壓增加，反之槽電壓降低4合金陽極進(jìn)行鋁電解過程中，合金陽極與新生態(tài)的氧發(fā)生反應(yīng)生成單一氧化膜或者復(fù)雜氧化物：同時(shí)由于冰晶石具有很強(qiáng)的溶解氧化物能力，因此合金陽極表面氧化膜可不斷被溶解。合金陽極表面氧化膜存在動(dòng)態(tài)的生成與溶解的過程，保持表面氧化膜的動(dòng)態(tài)平衡是合金陽極槽電壓穩(wěn)定的重要因素6進(jìn)行50h電解后Cu_Al合金陽極尺寸沒有發(fā)生明顯的變化，說明Cu-A丨合金有較好的耐腐蝕性能，將鉀冰晶石電解后的合金陽極去除所帶出的電解質(zhì)，通過失重法測量表明腐蝕速率為22mm/a。將電解得到的原鋁進(jìn)行ICP檢測A1純度為97.8%，其中雜質(zhì)Cii含M：為1.2%，其余為Al20.v原料引入的Si，可見采用Cu-A丨合金作為惰性陽極可以得到較純的原鋁，Cii-Al合金是比較有希望的一類合金陽極材料。
