專利名稱：一種鎳基金屬間化合物惰性陽(yáng)極的制造方法及應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于氧化物、氫氧化物熔鹽體系中惰性陽(yáng)極的鎳基金屬間化合物材料，特別涉及到鎳基鎳鋁、鎳硅、鎳鋁硅金屬間化合物及其在氧化物、氫氧化物熔鹽中作為惰性陽(yáng)極材料的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在含氧的氯化物或氧化物熔鹽中電解還原氧化物制備金屬材料是近十余年來(lái)國(guó)際冶金界和材料界的研究熱點(diǎn)(G. Z. Chen, et al. Nature, (407)2000, 361-364; D. R. Sadoway, J. Mater. Res. , (10) 1995, 487-492)。在目前的氯化物熔鹽體系的研究中， 所研究的惰性陽(yáng)極多為二氧化錫、貴金屬鉬或氧化物陶瓷(CaRuO3)陽(yáng)極，但在實(shí)際應(yīng)用中， 二氧化錫陽(yáng)極在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用后會(huì)形成鈍化膜，而貴金屬鉬在高溫的氯化物熔鹽中不夠穩(wěn)定，CaRuO3 陶瓷陽(yáng)極穩(wěn)定性好(S. Q. Jiao, D. J. Fray. Metall. Mater. Trans. B, (2010) 74-79)，但其昂貴的價(jià)格和稀缺性會(huì)制約其大規(guī)模應(yīng)用。而氧化物熔體電解 (Molten Oxide Electrolysis)是在高溫熔融氧化物熔鹽中直接電解生產(chǎn)液態(tài)金屬，在高溫條件下，目前所使用的惰性陽(yáng)極多數(shù)為金屬Ir，但其昂貴的價(jià)格和稀缺性也限制了其廣泛應(yīng)用。因此，研究氯化物或氧化物或其他熔鹽體系中的具有廣泛使用價(jià)值的惰性陽(yáng)極具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中氯化物或氧化物熔體中的惰性陽(yáng)極材料昂貴而不穩(wěn)定的不足，提供一種穩(wěn)定性強(qiáng)、加工性能好的適用于氧化物、氫氧化物熔鹽體系中的惰性陽(yáng)極。本發(fā)明一種鎳基金屬間化合物惰性陽(yáng)極，其特征在于所述惰性陽(yáng)極用于氧化物或氫氧化物熔體，所述原料質(zhì)量比為x%Ni、y%Al、z%Si，其中x=100-y-z, 1≤y≤30，
1 ≤ζ ≤Z 20 。本發(fā)明一種鎳基金屬間化合物惰性陽(yáng)極，其特征在于所述惰性陽(yáng)極用于氧化物或氫氧化物熔體，所述惰性陽(yáng)極為二元金屬間化合物，所述原料質(zhì)量比為x%Ni、y%Al、 z%Si，其中y或ζ等于0。進(jìn)一步的，如上所述的一種鎳基金屬間化合物惰性陽(yáng)極，其特征在于還含有質(zhì)量含量小于0. 5%的Fe、Cr、Mo、Pt等元素。一種鎳基金屬間化合物惰性陽(yáng)極的制造方法，其特征在于，所述方法如下
控制不同質(zhì)量比的原料x%Ni、y%Al、z%Si，其中x=100-y_z，1≤y≤30，1≤Z≤20 ；當(dāng)設(shè)定為二元金屬間化合物時(shí)，y或ζ等于0 ；利用高溫真空熔煉爐制取板材或棒材狀金屬間化合物，并經(jīng)過(guò)一定的表面處理后作為氧化物或氫氧化物熔體中的惰性陽(yáng)極使用。一種鎳基金屬間化合物惰性陽(yáng)極的應(yīng)用方法，其特征在于，所述方法是惰性陽(yáng)極用于氧化物熔鹽體系或氫氧化物熔鹽體系。進(jìn)一步的，所述氧化物熔鹽體系為含有Na20、Ca0、403、Si02、Al203中的多元氧化物體系。進(jìn)一步的，所述多元氧化物體系為Na2O-B2O3-SiO2Al2O3三元系、CaO-B2O3-SiO2/ Al2O3三元系。進(jìn)一步的，所述氫氧化物熔鹽體系為堿金屬氫氧化物熔體，具體為L(zhǎng)i0H、Na0H、K0H 中的一種或一種以上的混合熔鹽，同時(shí)其中會(huì)溶解有適量的堿金屬氧化物L(fēng)i20、Na2O及其他氧化物，如CaO、A1203、SiO2等。在電解過(guò)程中，鎳基金屬間化合物作為惰性陽(yáng)極使用，金屬氧化物溶解在熔鹽中或燒結(jié)成塊體作為陰極塊體。從而，在電解時(shí)，金屬離子在陰極處或陰極區(qū)域得到電子成為單質(zhì)金屬或合金，氧離子在鎳基金屬間化合物的惰性陽(yáng)極表面放電，析出氧氣，相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)為
(Γ - = O2
析出氧氣的時(shí)間和析出量采用在線氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，從而，在獲得陰極金屬或合金的同時(shí)，陽(yáng)極副產(chǎn)物為綠色無(wú)害的氧氣，而非使用石墨陽(yáng)極時(shí)具有溫室效應(yīng)的碳氧化合物。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明的鎳基鎳鋁、鎳硅、鎳鋁硅金屬間化合物惰性陽(yáng)極具有高穩(wěn)定性、高導(dǎo)電性、易于加工同時(shí)價(jià)格相對(duì)低廉的特點(diǎn)，不同于其他金屬陽(yáng)極和氧化物陶瓷陽(yáng)極。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，實(shí)施例在于進(jìn)一步說(shuō)明而非限制本發(fā)明。實(shí)施例1以金屬Ni和Al為原料，取質(zhì)量百分比為90%Ni :10%A1，通過(guò)真空熔煉的方式制取鎳基MAl板材或棒材金屬間化合物，對(duì)金屬間化合物表面進(jìn)行打磨、清洗、干燥處理后使用。實(shí)施例2以Ni、Al、Si為原料，取質(zhì)量百分比為95%Ni :2%A1 :3%Si，通過(guò)真空熔煉的方式制取鎳基MAlSi板材或棒材金屬間化合物，對(duì)金屬間化合物表面進(jìn)行打磨、清洗、 干燥處理后使用。實(shí)施例3以通過(guò)熔煉制備的鎳基NiAl金屬間化合物為陽(yáng)極，以燒結(jié)成的Fe52O3塊體為陰極，以恒電位或恒電流的方式在500°C的NaOH熔鹽體系中連續(xù)電解，在陰極上氧化鐵還原為金屬Fe，陽(yáng)極上則析出氧氣，陽(yáng)極氣體通過(guò)氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。實(shí)施例4以通過(guò)熔煉制備的鎳基NiSi金屬間化合物為陽(yáng)極，以金屬鎳棒為陰極， 以恒電位或恒電流的方式在500°C的NaOH熔鹽體系中連續(xù)電解，在陰極上氧化鐵還原為金屬Fe，陽(yáng)極上則析出氧氣，陽(yáng)極氣體通過(guò)氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
實(shí)施例5以通過(guò)熔煉制備的鎳基NiAlSi金屬間化合物為陽(yáng)極，在800 V的 Na2O-B2O3-SiO2-TiO2氧化物熔鹽體系中以恒電位或恒電流的方式連續(xù)電解，在陰極界面 TiO2還原為金屬Ti，陽(yáng)極上則析出氧氣，陽(yáng)極氣體通過(guò)氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種鎳基金屬間化合物惰性陽(yáng)極，其特征在于所述惰性陽(yáng)極用于氧化物或氫氧化物熔體，所述原料質(zhì)量比為:x%Ni、y%Al、z%Si，其中X=100-y-z, 1彡y彡30，1彡ζ彡20。
2.一種鎳基金屬間化合物惰性陽(yáng)極，其特征在于所述惰性陽(yáng)極用于氧化物或氫氧化物熔體，所述惰性陽(yáng)極為二元金屬間化合物，所述原料質(zhì)量比為x%Ni、y%Al、z%Si，其中y或ζ等于0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鎳基金屬間化合物惰性陽(yáng)極，其特征在于還含有質(zhì)量含量小于0. 5%的Fe、Cr、Mo、Pt等元素。
4.權(quán)利要求1或2所述的惰性陽(yáng)極的制造方法，其特征在于，所述方法如下控制不同質(zhì)量比的原料x%Ni、y%Al、z%Si，其中x=100-y_z，l彡y彡30，1彡ζ彡20 ；當(dāng)設(shè)定為二元金屬間化合物時(shí)，y或ζ等于0 ；利用高溫真空熔煉爐制取板材或棒材狀金屬間化合物，并經(jīng)過(guò)一定的表面處理后作為氧化物或氫氧化物熔體中的惰性陽(yáng)極使用。
5.權(quán)利要求1或2所述的惰性陽(yáng)極的應(yīng)用方法，其特征在于，所述方法是惰性陽(yáng)極用于氧化物熔鹽體系或氫氧化物熔鹽體系。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述氧化物熔鹽體系為含有Na20、CaO,B2O3^SiO2, Al2O3中的多元氧化物體系。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述多元氧化物體系為Na2O-B2O3-SiO2/Al2O3 三元系、CaO-B2O3-SiO2Al2O3 三元系。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述氫氧化物熔鹽體系為堿金屬氫氧化物熔體，具體為L(zhǎng)iOH、NaOH, KOH中的一種或一種以上的混合熔題體，同時(shí)其中會(huì)溶解有適量的堿金屬氧化物L(fēng)i20、Na20及其他氧化物，如Ca0、Al203、SiO2等。
全文摘要
本發(fā)明涉及適用于氧化物、氫氧化物熔鹽體系中惰性陽(yáng)極的鎳基金屬間化合物材料，特別涉及到鎳基鎳鋁、鎳硅、鎳鋁硅金屬間化合物及其在氧化物、氫氧化物熔鹽中作為惰性陽(yáng)極材料的應(yīng)用。一種鎳基金屬間化合物惰性陽(yáng)極，其特征在于所述惰性陽(yáng)極用于氧化物或氫氧化物熔體，所述原料質(zhì)量比為x%Ni、y%Al、z%Si，其中x=100-y-z，1≤y≤30，1≤z≤20。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明的鎳基鎳鋁、鎳硅、鎳鋁硅金屬間化合物惰性陽(yáng)極具有高穩(wěn)定性、高導(dǎo)電性、易于加工同時(shí)價(jià)格相對(duì)低廉的特點(diǎn)，不同于其他金屬陽(yáng)極和氧化物陶瓷陽(yáng)極。
文檔編號(hào)C25C3/00GK102560562SQ201210047578
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者朱鴻民, 焦樹強(qiáng), 王偉, 王樹博, 葛建邦 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)