生產(chǎn)原鋁過程鋁電解用鉀冰晶石低溫體系的研究
發(fā)布時間:2020/02/18 作者:
亞鋁材料
生產(chǎn)原鋁過程鋁電解用鉀冰晶石低溫體系的研究
傳統(tǒng)的Hall-Hoult法生產(chǎn)原鋁過程,電能利用率低且排放大量的溫室氣體C02和全氟碳化物,研究開發(fā)鋁電解綠色環(huán)保的新工藝成為人們研究的熱點。采用惰性陽極進行鋁電解可以避免傳統(tǒng)工藝的不足,其中合金陽極由于具有良好的導熱導電性、優(yōu)異的抗熱震性能等特點成為惰性陽極中被寄予很大希望的一類電極。合金陽極大體上可分為Ni基、Cu基和Fe基。由于Cu-Al合金陽極向電解體系引入新雜質相少,被認為是比較有希望的Cu基合金陽極.但目前合金陽極耐腐蝕性能較差,很難滿足工業(yè)生產(chǎn)要求,研究合金陽極的腐蝕機理,對提高合金陽極的耐腐蝕性能具有重要意義。
將純度為99.9%的300目Cu、A1粉末按照質量比為91:9的比例混合均勻,在磨具中靜壓成型,壓力為200,然后在氬氣保護氣氛下于1050°燒結4小時得到Cu_Al合金材料。將Cu_Al合金材料進行機械加工及打磨并與導桿進行連接,得到陽極;以石墨為陰極;剛玉坩堝內(nèi)有裝有分析純KAIF4+K3A1F6(CR=1.3),其中A1203(工業(yè)級)的濃度為4.5wt%,在700度下進行5h的實驗室規(guī)模的鋁電解,電流密度控制在0.5A/cm2,電解過程中A1203采用自動逬料系統(tǒng)連續(xù)添加鉀冰晶石。循環(huán)伏安測試以Cu-Al合金電極作為工作電極;以石墨坩堝底而作為輔助電極,以Ni/NiF2i極作為參比電極,構成三電極體系。
5.0A級的50h的實驗室鋁電解過程中槽電壓的變化情況如圖1所示,從圖中可以看出鉀冰晶石電解過程槽壓有所起伏,但在3.4V處有較長穩(wěn)定期,通過計算表明槽電壓平均值為3.52V。電解過程中槽電壓升高這可能是與A1203濃度波動及電極表面生成的氧化膜薄厚變化有關v八丨203濃度升高可使電極表面氧化膜增厚,電極表面電壓降增大槽電壓增加,反之槽電壓降低4合金陽極進行鋁電解過程中,合金陽極與新生態(tài)的氧發(fā)生反應生成單一氧化膜或者復雜氧化物:同時由于冰晶石具有很強的溶解氧化物能力,因此合金陽極表面氧化膜可不斷被溶解。合金陽極表面氧化膜存在動態(tài)的生成與溶解的過程,保持表面氧化膜的動態(tài)平衡是合金陽極槽電壓穩(wěn)定的重要因素6進行50h電解后Cu_Al合金陽極尺寸沒有發(fā)生明顯的變化,說明Cu-A丨合金有較好的耐腐蝕性能,將鉀冰晶石電解后的合金陽極去除所帶出的電解質,通過失重法測量表明腐蝕速率為22mm/a。將電解得到的原鋁進行ICP檢測A1純度為97.8%,其中雜質Cii含M:為1.2%,其余為Al20.v原料引入的Si,可見采用Cu-A丨合金作為惰性陽極可以得到較純的原鋁,Cii-Al合金是比較有希望的一類合金陽極材料。