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铝电解惰性金属阳极和金属—氧化铝阳极的研制与测试

作　者: 石忠宁
导　师: 邱竹贤
学　校: 东北大学
专　业: 有色金属冶金
关键词: 铝电解 惰性阳极 高温合金 金属基复合材料 气体分析仪
分类号: TF821
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
下　载: 299次
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内容摘要


惰性阳极的研发是目前铝电解技术发展的重点与热点。本文结合目前铝电解工业发展的现状,追踪目前国内外的最新研究动态,选用了金属和金属-氧化铝惰性阳极材料作为本论文的研究目标。结合工业铝电解应用的实际情况,首先选用Cu-Ni基合金和Fe-Ni基合金作为金属阳极的研究材料,并逐渐过渡到Fe-Ni（-Co）-Al2O3复合材料阳极,该类阳极是本论文自行研制创新的材料。电解研究所用的电流强度从几安培到100A以至300A,最后研究这些阳极的电化学性质。本文的写作按上述顺序进行。对Cu-Ni基合金进行了抗氧化、耐静态冰晶石熔盐腐蚀和低温电解研究,并采用X-射线衍射研究了阳极表面在氧化中形成的物相结构。Cu-Ni-Al的合金阳极的抗氧化性好,相比之下Cu-Ni-Fe合金稍差些;Cu-Ni-Al阳极电解过程中,电解质中氧化铝的浓度对合金基体表面膜的生成与溶解影响较大。Cu-Ni-Fe阳极在静态电解质中腐蚀速率随温度增高、NaF/AlF3摩尔分子比降低而增大。Cu-Ni-Cr合金阳极在低温铝电解中的腐蚀较大。较低的温度可减小合金的腐蚀速率,有助于增大阳极的抗蚀能力。采用Fe-Ni合金阳极作实验研究,结果表明,阳极的腐蚀速率与阳极中的Fe、Ni含量变化相关,腐蚀速率随合金中Fe/Ni质量比的增大而减少,达到最低点之后又随Fe/Ni质量含量比的增大而增大,最低年平均腐蚀速率为20.75mm/a,相应阳极成分比为Fe/Ni=1.42;用扫描电镜（SEM）和X-射线衍射（XRD）对阳极横断面的氧化膜分析发现,阳极表面在电解过程中形成了NiO、Fe2O3和NiFe2O4等氧化物,这些氧化物在阳极表面形成保护膜,对增强阳极的抗氧化、耐腐蚀性能起到了一定的作用。Fe-Ni金属阳极的电解铝产品质量达到97.7%～99.1%。在研究合金阳极的基础之上,研制了一种新型的金属基复合材料。该材料以Fe-Ni（-Co）合金作为基体,Al2O3作为增强相,制备了Fe-Ni（-Co）-Al2O3金属基复合功能材料（氧化铝颗粒增强抗氧化、耐腐蚀性能）,并研究其综合性能。Fe-Ni（-Co）-Al2O3阳极电解后,采用电子探针微分析仪（EPMA）、扫描电子显

全文目录


中文摘要  4-7
Abstract  7-14
第一章 概述  14-29
  1.1 研究惰性阳极的意义  14-16
  1.2 惰性阳极研究现状  16-19
    1.2.1 陶瓷阳极  16-17
    1.2.2 NiFe_2O_4-X 类阳极  17-18
    1.2.3 金属阳极  18-19
  1.3 惰性阳极研究的基本理论及其方法  19-24
    1.3.1 金属阳极材料选择标准  19-22
    1.3.2 增强电极材料在铝电解中性能的方法  22-24
  1.4 新型金属阳极设计研究思路  24-26
  1.5 新一代阳极材料－金属基复合材料做阳极材料的研究  26-27
  1.6 惰性阳极应用前景分析  27-28
  1.7 本实验拟进行的工作  28-29
第二章 Cu-Ni 基金属阳极制备及实验研究  29-62
  2.1 Cu-Ni 基金属阳极制备  31-33
  2.2 金属阳极的高温氧化实验  33-41
    2.2.1 试样制备  33
    2.2.2 实验过程  33-34
    2.2.3 实验结果及分析  34-41
  2.3 金属阳极非极化腐蚀实验  41-45
    2.3.1 实验过程及装置  42-43
    2.3.2 实验结果和分析  43-44
    2.3.3 非极化腐蚀实验小结  44-45
  2.4 金属阳极电解实验  45-57
    2.4.1 Cu-Ni-Al 阳极  46-51
    2.4.2 Cu-Ni-Fe 阳极  51-55
    2.4.3 Cu-Ni-Cr 阳极  55-57
  2.5 Cu-Ni-Al-Ag 金属阳极腐蚀行为研究  57-59
  2.6 小结  59-62
第三章 Fe-Ni 合金阳极研究  62-75
  3.1 阳极研制  62-63
  3.2 电解测试实验  63
  3.3 电解实验结果  63-74
    3.3.1 槽电压的变化  63-65
    3.3.2 阳极腐蚀速率  65-66
    3.3.3 电解产品质量  66-67
    3.3.4 金属阳极反应机理探讨  67-73
    3.3.5 讨论  73-74
  3.4 小结  74-75
第四章 Fe-Ni(-Co)-Al_2O_3 金属基复合材料阳极研究  75-102
  4.1 材料选择  75-77
  4.2 阳极制备  77-83
    4.2.1 实验原料  77
    4.2.2 阳极制作  77-83
  4.3 电解实验  83-100
    4.3.1 Ni-Fe-Co-Al_2O_3阳极  83-89
    4.3.2 Ni-Fe-Al_2O_3 阳极  89-100
  4.4 小结  100-102
第五章 Fe-Ni-A1203 阳极扩大研究  102-114
  5.1 100A 电解实验  102-107
    5.1.1 阳极研制  102-103
    5.1.2 电解实验  103
    5.1.3 结果与讨论  103-107
    5.1.4 总结  107
  5.2 300A 惰性电极绝缘侧壁槽电解实验  107-113
    5.2.1 TiB_2 阴极的制备  107-108
    5.2.2 惰性电极电解实验  108-113
  5.3 小结  113-114
第六章 金属基阳极的电化学性能研究  114-126
  6.1 阳极气体分析  114-121
    6.1.1 杯状阳极的制作  114-116
    6.1.2 气体含量分析  116-121
  6.2 惰性阳极三电极体系电解  121-125
  6.3 小结  125-126
第七章 结论  126-130
  7.1 Cu-Ni 基阳极  126
  7.2 Fe-Ni 阳极  126-127
  7.3 Fe-Ni-(-Co)Al_2O_3 阳极  127-128
  7.4 Fe-Ni-Al_2O_3 阳极扩大试验  128-129
  7.5 金属及金属-Al_2O_3基复合材料阳极的电化学性能研究  129
  7.6 惰性阳极究与应用前景估计  129-130
参考文献  130-136
博士期间已公开发表论文  136-137
致谢  137-138
作者简介  138-139
附词一首  139

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中图分类: > 工业技术 > 冶金工业 > 有色金属冶炼 > 轻金属冶炼 > 铝
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