鋁電解用TiB2基可濕潤性陰極的研究.pdf

1、本文在前人工作的基礎上，研究了熔鹽電沉積TiB2鍍層的若干問題，如陰極電流密度的大小對鍍層質量的影響，鍍層的耐電解質腐蝕性能，所用電解質體系的部分物理化學性質和電化學行為等。還研究了不同陰極材料抗鈉和電解質的滲透性能以及常溫固化TiB2/C復合陰極涂層在300kA預焙鋁電解槽上的工業(yè)試驗。
　　 采用了循環(huán)掃描伏安法、線性掃描伏安法、恒電流計時電位法(時間間隔＜o.1s)和計時電流法(時間間隔＜0.1s)研究了熔鹽電沉積TiB2

2、鍍層的電解質體系在鎢電極上的電化學行為。結果表明，在KF-KCl-KBF4體系中，B(Ⅲ)在鎢電極上的電化學還原為簡單的三電子一步反應，即B3++3e-→B。陰極過程在0.1～2V.s-1的掃描速率下接近于可逆過程，且受擴散控制，硼在鎢電極上形成可溶性產物。在KF-KCl-K2TiF6體系中，Ti(Ⅳ)分三步還原為單質鈦：Ti4++e(?)Ti3+, Ti3++e-(?)Ti2+, Ti2++2e-(?)Ti。Ti(Ⅳ)在鎢電極上沉積的

3、成核過程為瞬時成核。在KF-KCl-K2TiF6-KBF4體系中，電活性物質K2TiF6和KBF4的摩爾比對B(Ⅲ)和Ti(Ⅳ)的還原電位以TiB2的陰極過程有較大的影響。當硼鈦摩爾比B/Ti＜2時，向負電位方向掃描時，基本上能區(qū)分出體系中不同離子還原所對應的還原波；而當硼鈦摩爾比B/Ti＞2時，Ti(Ⅳ)與B(Ⅲ)的還原波幾乎合并為一個波。線性伏安曲線上峰電位的移動可能是由于鈦與硼相互作用形成TiB2產生去極化作用以及離子產生濃差極化

4、等因素造成的。這些基礎理論的研究對于采用熔鹽電沉積的方法來制備TiB2鍍層提供了理論依據(jù)。
　　 研究了熔鹽電沉積TiB2鍍層兩種電解質體系的部分物理化學性質，如密度、初晶溫度和電導率。兩種電解質體系中K2TiF6和KBF4的摩爾比不同。采用直接阿基米德法研究了電解質體系的密度；采用數(shù)字萬用表與計算機串口相結合的測量技術，利用熱分析法，根據(jù)步冷曲線研究了電解質體系的初晶溫度；采用可變電導池常數(shù)(CVCC)法研究了電解質體系的電導

5、率。結果表明，當溫度在740～800℃之間變化時，兩種電解質體系的密度均隨溫度的升高而略微降低，初晶溫度分別為680℃和678℃，電導率的平均值分別為2.10772和2.02972，兩種電解質體系的電導率均隨溫度的升高而增大。這部分物理化學性質的研究對于改善電解過程中的技術參數(shù)，提高電流效率，減少能耗等具有重要意義。
　　 采用熔鹽電沉積的方法在石墨基體上制備了TiB2鍍層，并對影響鍍層質量的因素進行了研究，對鍍層的成分以及元素

6、分布情況等進行了分析。研究結果表明，陰極電流密度的大小對鍍層質量有較大影響。所制備的鍍層成分主要為TiB2，元素分布均勻，鍍層厚度為0.2mm左右。將所制TiB2鍍層作為鋁電解滲透實驗的陰極材料在工業(yè)鋁電解條件下電解4小時，研究了鍍層抗鈉和電解質的腐蝕滲透能力。結果表明TiB2鍍層較普通石墨陰極具有更好的抗Na和電解質腐蝕滲透的能力。
　　 研究了不同陰極材料在電解過程中的抗鈉和電解質的滲透性能。結果表明，在石墨質陰極材料中，隨

7、著石墨含量的增加，其抗鈉和電解質的滲透能力逐漸增強。振動成型TiB2陰極和全石墨化陰極炭塊較石墨質陰極炭塊具有更好的抗鈉和電解質的滲透能力。但目前它們生產成本較高而限制了其大規(guī)模工業(yè)化應用。通過進一步改進它們的生產工藝和降低生產成本，它們將具有很好的工業(yè)化應用前景。
　　 研究開發(fā)了常溫固化TiB2/C復合陰極涂層技術，并在兩臺300kA預焙鋁電解槽上進行了工業(yè)試驗。結果表明，兩臺試驗槽啟動5個月后與同期啟動的對比槽相比，平均分