基金屬陶瓷惰性陽極腐蝕速率的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明公開了一種降低鋁電解NiFe204基金屬陶瓷惰性陽極腐蝕速率的方法，屬 于熔鹽電解技術領域。
【背景技術】
[0002] 鋁電解采用惰性陽極的電解新工藝中無需碳素陽極及制備工廠，電解過程無需更 換陽極，陽極排出氧氣而取代C02和碳氟化合物，能夠?qū)崿F(xiàn)低能耗、無污染、低成本的提取金 屬鋁。但作為鋁電解用的惰性陽極材料除應具有良好導電性、高強度和抗熱震性外，首要的 條件仍然是要有強抗電解質(zhì)的腐蝕作用，在電解條件下具有低的腐蝕速率。
[0003] 金屬陶瓷兼顧了金屬氧化物的強耐腐蝕性和金屬的良好導電性等優(yōu)點，但電解條 件下的腐蝕速率仍需降低，以維持陽極更長的使用壽命，確保原鋁品質(zhì)不受影響。為了提高 NiFe204基金屬陶瓷的抗腐蝕性能，降低腐蝕速率，通常采用的方案是調(diào)整金屬陶瓷的成份 或結(jié)構(gòu)（如專利201110146867. 4中采用降低金屬相成分配比、金屬相表面包覆陶瓷），或優(yōu) 化制備技術（如專利200910304091. 7中采用添加劑、強化晶界）等方法，提高材料自身的 抗腐蝕能力，降低腐蝕率。
[0004] 為了降低材料的腐蝕速率，專利201210066342. 4公布了一種提高金屬陶瓷惰性 陽極耐高溫熔鹽腐蝕性能的方法，其采用的方法是在同一種電解工藝條件下，使金屬陶瓷 惰性陽極表面形成致密尖晶石型氧化物層，且保持該氧化物層范圍為5-200μm，避免金屬 陶瓷惰性陽極內(nèi)部受高溫熔鹽的進一步腐蝕。
[0005] 該方法盡管有利于提高金屬陶瓷惰性陽極在高溫熔鹽中的抗腐蝕性能，降低陽 極的腐蝕速率，但由于所采用的工藝參數(shù)中氧化鋁濃度為3wt. % -7. 5wt. %，而電解溫度 則為890°C~960°C。顯然，該工藝條件下的氧化鋁濃度高于現(xiàn)有鋁電解生產(chǎn)過程中的 1. 5wt. % -2. 5wt. %的氧化鋁濃度控制范圍，從而將在電解槽槽底產(chǎn)生氧化鋁沉淀，影響電 解過程的平穩(wěn)運行，進而提高陽極的腐蝕速率，降低陽極使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術之不足，而提供一種降低鋁電解NiFe204基金屬 陶瓷惰性陽極腐蝕速率的電解方法。
[0007] 本發(fā)明一種降低鋁電解NiFe204基金屬陶瓷惰性陽極腐蝕速率的方法，包括下述 步驟：
[0008]步驟一
[0009] 將NiFe204基金屬陶瓷惰性陽極置于熔體中，進行第一階段電解；所述熔體由熔劑 和溶質(zhì)組成，所述熔質(zhì)為三氧化二鋁；第一階段電解時，控制三氧化二鋁在熔體中的質(zhì)量百 分濃度大于等于5%、控制陽極電流密度為2. 0-3.OA/cm2、控制電解溫度為960°C-1000°C; 控制電解時間為1-10小時、優(yōu)選為3-10小時，進一步優(yōu)選為5-10小時；
[0010] 步驟二
[0011] 繼續(xù)電解，繼續(xù)電解時，控制三氧化二鋁在熔體中的質(zhì)量百分濃度為 1. 5% -2. 5%，陽極電流密度為(λ65-L25A/cm2,電解溫度為870°C-950°c。
[0012] 本發(fā)明一種降低鋁電解NiFe204基金屬陶瓷惰性陽極腐蝕速率的方法，第一階段 電解時，控制三氧化二鋁在熔體中的質(zhì)量百分濃度為5% -10%。
[0013] 本發(fā)明一種降低鋁電解NiFe204基金屬陶瓷惰性陽極腐蝕速率的方法，所述溶質(zhì) 以質(zhì)量百分比計，由下述組分組成：
[0014]
[0015] 本發(fā)明一種降低鋁電解NiFeA基金屬陶瓷惰性陽極腐蝕速率的方法，所述 NiFe204基金屬陶瓷惰性陽極以質(zhì)量百分比計包括下述組分：
[0016]零價Y 0.5-1. 5%;
[0017]零價Ni 5-20% ;
[0018]NiFe204 68. 5%-84.5%,
[0019] 其它氧化物10% -20%;所述其它氧化物選自NiO,Cu20,C〇0,MnO,ZnO中的至少 一種。
[0020] 本發(fā)明一種降低鋁電解NiFe204基金屬陶瓷惰性陽極腐蝕速率的方法，所述 NiFe204基金屬陶瓷惰性陽極以質(zhì)量百分比計包括下述組分：
[0021] 零價Y 0.5-1. 5%;
[0022] 零價Ni 5-20% ;
[0023]零價Cu 0-10%;
[0024]零價Ag0-10% ；
[0025]零價Fe 0-10%;
[0026]NiFe204 68. 5% -84.5%,
[0027] 其它氧化物10% -20%;所述其它氧化物選自NiO,Cu20,C〇0,MnO,ZnO中的至少 一種。
[0028] 本發(fā)明一種降低鋁電解NiFeA基金屬陶瓷惰性陽極腐蝕速率的方法，所述 NiFe204基金屬陶瓷惰性陽極以質(zhì)量百分比計包括下述組分：
[0029]零價Y 0. 5% ；
[0030]零價Ni 10% ；
[0031]零價Cu 5%;
[0032]NiFe204 74.5%,
[0033]NiO 10%。
[0034] 本發(fā)明一種降低鋁電解NiFe204基金屬陶瓷惰性陽極腐蝕速率的方法，當采用 0· 5wt. %Y_5wt. %Cu-lOwt. %Ni_74. 5wt. %NiFe204_10wt. %NiO金屬陶瓷惰性陽極時， 按照本發(fā)明的第一階段工藝處理，后續(xù)電解按照現(xiàn)行鋁電解工藝條件進行，其對接其陽極 年腐蝕率可降低至0. 52cm。而如果一直采用現(xiàn)行鋁電解工藝條件，則陽極年腐蝕率卻高達 3. 52cm〇
[0035] 本發(fā)明一種降低鋁電解NiFeA基金屬陶瓷惰性陽極腐蝕速率的方法，所述 NiFe204基金屬陶瓷惰性陽極年腐蝕率根據(jù)以下公式獲得：
[0036]
[0037]式中（：_陰極鋁中Fe或Ni元素的質(zhì)量含量（％ ) ;CM(一為陽極本體中Fe或Ni 元素的理論質(zhì)量含量（％ ) ;MA1陰極鋁的質(zhì)量（g) ;P陽極實際密度（g/cm3)S陽極浸沒面 積（cm2);τ電解時間（h)。
[0038] 原理和優(yōu)勢
[0039] 本發(fā)明在第一階段工藝，采用高氧化鋁濃度、高陽極電流密度和高電解溫度的條 件，電解不超過10小時（優(yōu)選為3-10小時，進一步優(yōu)選為5-10小時）后，使NiFeA基金 屬陶瓷惰性陽極表層能形成一定厚度的致密耐蝕層，以提高材料的抗腐蝕能力，降低其腐 蝕速率，但此階段將會在電解槽槽底產(chǎn)生氧化鋁沉淀，影響電解槽的平穩(wěn)運行。隨后，進入 第二階段工藝，采用與現(xiàn)行鋁電解工藝相近的氧化鋁濃度、陽極電流密度和電解溫度的電 解條件，在不產(chǎn)生新的氧化鋁沉淀的前提下，憑借電解過程能消耗掉先前產(chǎn)生的槽底氧化 鋁沉淀，以確保電解槽的平穩(wěn)運行，且能維持陽極表層具有一定厚度的致密耐蝕層，從而提 高材料的抗腐蝕能力，降低其腐蝕速率。
[0040] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明能夠獲得以下效果：
[0041] 1)本發(fā)明由于在第一階段采用了高氧化鋁濃度、高陽極電流密度和高電解溫度的 工藝條件，使NiFe204基金屬陶瓷惰性陽極表層快速生成一層致密耐蝕層，從而提高材料的 抗腐蝕性能，降低其腐蝕速率。
[0042] 2)本發(fā)明由于在第二階段采用了與現(xiàn)行工業(yè)鋁電解相近的電解條件，可以確保電 解過程中氧化鋁不會在電解槽槽底產(chǎn)生新的氧化鋁沉淀；并且，在該電解條件下，在第一階 段產(chǎn)生的槽底氧化鋁沉淀在電解過程中將不斷地消耗而確保槽底干凈，從而保證電解槽的 平穩(wěn)運行。
[0043] 3)本發(fā)明不同于已有技術條件所采用的同一種電解工藝，而是采用兩段電解工 藝，根據(jù)電解過程陽極狀態(tài)調(diào)整對應的工藝參數(shù)，從而在電解條件下實現(xiàn)金屬陶瓷惰性陽 極表層致密耐蝕層的形成，并在整個電解過程中維持該致密耐蝕層存在且具有一定厚度， 降低其腐蝕速率。如在采用該兩段電解工藝后，組成為〇. 5wt. %Y-5wt. %Cu-10wt. % Ni-74. 5wt. %NiFe204-10wt. %NiO金屬陶瓷惰性陽極來說，其陽極年腐蝕率可由現(xiàn)行鋁電 解工藝條件下的3. 52cm降低至0. 52cm。
【附圖說明】
[0044] 附圖1為本發(fā)明實施例1的金屬陶瓷惰性陽極電解100小時后陽極的SEM圖。
[0045] 附圖2為本發(fā)明實施例2的金屬陶瓷惰性陽極電解120小時后陽極的SEM圖。
[0046] 附圖3為本發(fā)明實施例3的金屬陶瓷惰性陽極電解90小時后陽極的SEM圖。
[0047] 從附圖1中可以看出：電解120小時后，金屬陶瓷表層存在約40μm厚度的明顯與 材料本體不同的致密層（圖中白色虛線左側(cè)部分）。該致密層因比本體更致密，且主要組分 為NiFe204、NiAl204、CuAl204等氧化物。因此，其電解條件下的耐腐蝕能力更強，降低材料的 腐蝕速率。
[0048] 從附圖2中可以看出：電解100小時后，金屬陶瓷表層存在約30μm厚度的明顯與 材料本體不同的致密層（圖中白色虛線左側(cè)部分）。該致密層因比本體更致密，且主要組分 為NiFe204、NiAl204、FeAl204、CuA1204等氧化物。因此，其電解條件下的耐腐蝕能力更強，降 低材料的腐蝕速率。
[0049] 從附圖3中可以看出：電解90小時后，金屬陶瓷表層存在約25μπι厚度的明顯與 材料本體不同的致密層（圖中白色虛線左側(cè)部分）。該致密層因比本體更致密，且主要組分 為NiFe204、NiAl204、FeAl204等氧化物。因此，其電解條件下的耐腐蝕能力更強，降低材料的 腐蝕速率。
【具體實施方式】
[0050] 下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進一步詳細說明，但不限制為發(fā)明的保護范圍。
[0051] 實施例1 :
[0052] 在點式下料的熔鹽鋁電解槽內(nèi)，將組成為0. 5wt. %Y_5wt. %C