Na-,3-AlF-,6--K-,3-AlF-,6--AlF-,3-體系中金屬陶瓷惰性陽(yáng)極的低溫電解腐蝕及新型電解質(zhì)研究.pdf

1、采用惰性陽(yáng)極和可潤(rùn)濕性陰極的新型鋁電解槽技術(shù)，是鋁電解工業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排與增效的重要途徑。惰性陽(yáng)極經(jīng)長(zhǎng)期研究已取得較大進(jìn)展，但仍然無(wú)法滿足現(xiàn)行鋁電解質(zhì)體系與電解工藝條件下的耐腐蝕要求。低溫電解可改善惰性陽(yáng)極服役環(huán)境，降低陽(yáng)極腐蝕速率，促進(jìn)惰性陽(yáng)極鋁電解技術(shù)的工業(yè)化實(shí)現(xiàn)。
　　 論文在國(guó)家973計(jì)劃課題(2005CB623703)及863計(jì)劃課題(2008AA030503)的資助下，以開發(fā)NiFe2O4基金屬陶瓷惰性陽(yáng)極低溫電解工

2、藝為目標(biāo)，以5Cu/(NiFe2O4-10NiO)金屬陶瓷惰性陽(yáng)極為代表，針對(duì)Na3AlF6-K3AlF6-AlF3低溫電解質(zhì)體系，系統(tǒng)研究了熔體組成與過(guò)熱度對(duì)該種陽(yáng)極電解腐蝕行為的影響，確定有利于改善惰性陽(yáng)極服役環(huán)境的低溫電解質(zhì)組成與工藝；同時(shí)，系統(tǒng)研究了Na3AlF6-K3AlF6-AlF3熔體的導(dǎo)電性能，在此基礎(chǔ)上研究了LiF添加劑對(duì)Na3AlF6-K3AlF6-AlF3熔體初晶溫度、溶解Al2O3能力(溶解度與溶解速度)及導(dǎo)電性

3、能的影響規(guī)律，為開發(fā)具有“低溫、高Al2O3溶解度和高電導(dǎo)”新型電解質(zhì)提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下：
　　 (1)揭示了Na3AlF6-K3AlF6-AlF3低溫電解質(zhì)熔體組成及過(guò)熱度對(duì)5Cu/(NiFe2O4-10NiO)金屬陶瓷惰性陽(yáng)極腐蝕速率的影響規(guī)律，確定最有利于降低陽(yáng)極腐蝕速率的熔體組成為KR值(K3AlF6/(K3AlF6+Na3AlF6)質(zhì)量百分比)為20％～40％、AlF3含量為23％～28％(初晶溫度為830

4、℃～850℃)。在此組成范圍的電解質(zhì)熔體中，過(guò)熱度為20℃、陽(yáng)極電流密度為0.95A/cm2(按陽(yáng)極底部面積計(jì)算)條件下，5Cu/(NiFe2O4—10NiO)惰性陽(yáng)極的腐蝕速率可降低到0.80cm/y，與傳統(tǒng)Na3AlF6-AlF3電解質(zhì)(CR=2.3，初晶溫度為951℃，過(guò)熱15℃)中的5.27cm/y相比，降低85％。
　　 (2)揭示了熔體溫度、AlF3含量及KR值對(duì)Na3AlF6-K3AlF6-AlF3熔體電導(dǎo)率的影響

5、規(guī)律，建立了熔體電導(dǎo)率與熔體組成及溫度之間的回歸關(guān)系式，繪制了Na3AlF6-K3AlF6-AlF3熔體在20℃過(guò)熱度時(shí)的等電導(dǎo)率圖。熔體電導(dǎo)率與熔體組成及溫度之間回歸關(guān)系式為該回歸公式擬合相關(guān)系數(shù)為0.99，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.027Ω-1·cm-1。從電導(dǎo)率的經(jīng)驗(yàn)公式及等電導(dǎo)率圖可以獲取不同成分電解質(zhì)的電導(dǎo)率值及不同電導(dǎo)率值的電解質(zhì)組成范圍，為獲得“低溫、高Al2O3濃度、高電導(dǎo)”的電解質(zhì)提供了應(yīng)用基礎(chǔ)。
　　 (3)揭示了LiF

6、添加對(duì)Na3AlF6-K3AlF6-AlF3熔體初晶溫度、溶解Al2O3能力及電導(dǎo)率的影響規(guī)律，研究設(shè)計(jì)了“低溫、高Al2O3濃度、高電導(dǎo)率”電解質(zhì)。LiF的添加降低了熔體初晶溫度，降低了熔體的Al2O3溶解度，提高了熔體的電導(dǎo)率。800℃、850℃和900℃電解溫度下，具有“低溫、高Al2O3濃度、高電導(dǎo)”特征的低溫鋁電解質(zhì)的組成分別是：KR值為30％～40％，AlF3含量為25.1％～27.6％，LiF含量為2％，過(guò)熱度為20℃～4