铝电解用TiB2基惰性阴极材料的研究与应用

TiB2能被熔融金属铝良好润湿，具有高熔点、高硬度，良好的导电、导热性能以及优异的耐磨性能，抵挡熔融金属铝和冰晶石熔盐的腐蚀与渗透，是铝电解首选的情性阴极材料。本文介绍了国内外在TiB2涂层、TiB2陶瓷及其复合材料、TiB2／C复合材料领域的重要研究和最新应用，指出了铝电解用TiB2基情性阴极材料的研究方向和应用前景。     

导流型铝电解槽用复合硼化钛阴极制备方法

导流型铝电解槽用复合硼化钛阴极制备方法。本发明在用振动成型TiB2阴极碳块砌筑好的导流型铝电解槽的阴极内衬上，涂覆多层不同TiB2含量的碳胶TiB2涂层浆料，利用铝电解焦粉焙烧工艺产生的热量炭化涂层，在线制备导流型铝电解槽用金属铝液可润湿性TiB2阴极。本发明提高了导流型铝电解槽可润湿性阴极的服务寿命，所生产的产品成本较低，并能完全与金属铝液润湿，符合导流型铝电解槽的要求，可以达到节能的目的。在线制备可润湿性梯度功能复合TiB2阴极，不需另外添加设备，施工费用低，应用方便。     

TiB_2惰性阴极材料的特性与工程化实验研究

针对现代大型金属铝惰性材料的技术发展 ,重点论述二硼化钛惰性阴极材料的特性和作用机理 ,叙述了二硼化钛粉体制备、二硼化钛及其复合材料的涂层技术 ,提出厂混捏—成型可湿性阴极的工业实验方案     

熔盐体系中电沉积制备TiB2镀层的研究现状

介绍了熔盐体系中电沉积制备TiB2镀层技术中熔盐的选择、电镀工艺和参数的选择，概述了不同熔盐体系中B离子、Ti离子在阴极沉积的电化学机珲以及TiB2的合成机理，论述了TiB2惰性阴极在铝电解工业中的研究现状，最后分析了熔盐体系中石墨电极上制备TiB2镀层的可行性。     

300 kA大型电解槽阴极新材料的应用

对我国伊川电解铝厂300 kA大型预焙槽进行大修时,采用了不同石墨质的碳阴极、振动成型TiB2涂层阴极和刷涂TiB2涂层阴极等新材料,通过研究电解槽启动后一段时间内不同阴极材料的炉底电压降、电阻随时间的变化关系和铝液中Ti含量的变化规律等,寻找综合性能较佳的阴极材料,使其可达到降低炉底压降,形成完好的炉帮,从而有效地提高槽寿命的目的.研究发现TiB2质量分数为30%的振动成型阴极碳块的阴极电压降和铝中Ti的质量分数均较低,分别为261mV和0.002 5%;认为采用全石墨化阴极和振动成型硼化钛涂层阴极可以节省电能降耗.     

导流型铝电解槽用复合硼化钛阴极制备方法

本发明在用振动成型Ti段阴极碳块砌筑好的导流型铝电解槽的阴极内衬上，涂覆多层不同TiB2含量的碳胶TiB2涂层浆料，利用铝电解焦粉焙烧工艺产生的热量炭化涂层，在线制备导流型铝电解槽用金属铝液可润湿性TiB2阴极。     

TiB2/C复合材料阴极在电解过程中的膨胀和对钠的渗透性研究

在实验室电解槽上研究了TiB2/C复合材料阴极在铝电解过程中的膨胀率,结果表明,TiB2/C阴极在电解过程中膨胀率随TiB2/C中TiB2含量的增加而减小,钠在TiB2/C阴极中与在炭质阴极中具有相同的渗透规律.在TiB2/C阴极中既存在着钠通过孔隙向TiB2/C渗透,同时也存在着钠通过存在于TiB2/C阴极中炭素晶格向TiB2/C中渗透.与此同时,钠与存在于TiB2/C中的炭生成晶间化合物,使炭素晶格膨胀.     

铝电解过程中铝液对阴极材料的湿润研究

采用x-射线透射摄影技术,测定了冰晶石Al_2O_3熔体、铝液和电极三相体系中,铝液对几种阴极材料的湿润角。铝在石墨和碳板上的湿润角接近180°在TiB涂层上的湿润角小于180°,电极阴极极化与否和电解质的组成变化对湿润角无明显影响。     

铝电解阴极用TiB2涂层的研究现状

简要介绍了我国铝电解工业的发展现状,指出了我国预焙铝电解槽寿命短的弊端;并分析了电解槽早期破损的原因和采用TiB2阴极涂层技术提高电解槽寿命的机理;叙述了新一代常温固化TiB2阴极涂层的特点,并强调应用新一代常温固化TiB2阴极涂层技术,提高电解槽寿命,是符合我国国情且行之有效的措施。     

郑州浩宇炭素材料有限公司

郑州浩宇炭素材料有限公司是集科研、开发、生产于一体的高新技术企业。拥有现代化的管理手段及高效精干的科研队伍，形成了年产3万吨大型阴极炭块的生产能力，具备生产各种大型阴极产品及TiB2复合型阴极炭块的优势。     

Colloidal Alumina-bonded TiB2 Coating on Cathode Carbon Blocks in Aluminum Cells

Self-propagating high-temperature synthesis (SHS) with reduction process was used to fabricate TiB2 powder from TiO2-B2O3-Mg system. The colloidal alumina-bonded TiB2 paste was prepared and coated on the cathode carbonblocks. Various properties of the baked paste such as the corrosive resistance, thermal expansion and wettability were tested. Experimental results showed that the colloidal alumina-bonded TiB2 coating could be well wetted by liquid alum inum; and the thermal expansion coefficient of the coated material was 5.8× 10 6 ℃ -1 at 20-1000℃, which was close to that of the traditional anthracite block cathode (4× 10 6 ℃ 1); the electrical resistivity was 8 μΩ·m at 900℃ when the con tent of alumina in the coated material was about 9% in mass fraction. In addition, some other good results such as sodium resistance were also reported.     

复合溶胶凝胶法制备TiB2可湿性阴极涂层

针对铝工业阴极和阳极碳电极以及侧壁耐蚀导电二硼化钛陶瓷涂层技术,研究用非有机溶剂湿化学陶瓷清洁制造技术,替代沥青粘结工艺。通过氧化铝胶体中的纳米粒子,分散清洁二硼化钛,形成均匀陶瓷悬浮涂料,经刷涂或喷涂形成TiB2涂层。对二硼化钛与工业铝电解体系熔体、气相的化学侵蚀性进行了理论计算,分析了炭基TiB2涂层的耐蚀性、捕获钠的机理。用SEM分析了二硼化钛涂层断面,二硼化钛在氧化铝胶粒的分散下,迁移、渗入多孔的碳基底,在热处理条件下,与基底间形成很强的化学键合,可形成微米至数毫米厚、无龟裂的涂层。涂层的电性能检测结果表明,浆料中氧化铝胶体含量为 10%Wt时电阻率较低,电阻率随烧结温度升高而降低。     

Electrochemical borating of titanium-containing carbographite materials

The regularities and mechanism of the electrochemical borating of cathodic carbographite materials under the conditions of electrolysis of cryolite–alumina melts are studied. The effect of carbon surface wetting is proved to take place upon the formation of a melted aluminum layer at a cathode. These facts are confirmed by X-ray diffraction analysis of the surface layer of the cathode. Compounds TiC and TiB2 are observed. The mechanisms of electrochemical and physical processes of the formation of Ti–B–C complexes in the surface layers of the cathode are studied.     

168kA新型阴极高效节能铝电解槽磁流体运动的数值模拟

建立了168 kA新型阴极铝电解槽磁流体运动的数学模型,对电解质与铝液交界面的流场、电解质的流场以及阴极铝液的流场进行了模拟,并对新型阴极电解槽阳极导杆等距电压降进行了测量。研究结果表明：新型阴极铝电解槽可隔断槽内铝液流动,降低槽内阴极铝液的流速。新型阴极铝电解槽铝液与电解质交界面的速度矢量和较普通阴极铝电解槽铝液与电解质交界面的速度矢量和低2～3倍,且极值分布更为均匀。新型阴极电解槽内铝液与电解质界面处的磁流体速度最大,然后以界面为中心线逐渐减小。     

Fe-TiB2/Al2O3复合阴极的电解性能及元素迁移行为

以氧化铝溶胶为黏结剂、金属Fe为烧结助剂, 采用冷压-烧结制备出铝电解用Fe-TiB₂/Al₂O₃复合阴极材料, 利用20A电解试验研究其电解性能; 利用能谱仪(EDS) 对电解试验前后的复合阴极材料进行了成分物相分析, 研究电解过程中各种元素迁移行为.研究结果表明: 金属Fe作为烧结助剂在烧结过程中能有效的填充骨料之间的空隙, 使该复合阴极材料的烧结致密度显著提高; 20 A电解试验过程电压稳定, 电流效率93. 2%, 原铝中铝元素质量分数为99. 47%, 杂质元素质量分数为0. 53%.在电解试验后, 铝液能有效润湿阴极表面, 表明Fe-TiB₂/Al₂O₃复合阴极材料具有较理想的可润湿性; 从复合阴极电解后的能谱分析可知, 在电解过程中, 碱金属主要是通过液态电解质渗透进入阴极材料中, 随后又逐渐渗透进入黏结剂相中, 并在骨料之间氧化铝溶胶和金属烧结助剂均未能充分填充的空隙进行富集. K元素较Na元素对黏结相的渗透力更强; 与此同时, 阴极表面生成的Al通过复合材料的空隙进入阴极内部, 而Fe金属会利用材料内部的空隙反向扩散至铝液层中.在试验中, 阴极表面的铝液层的稳定存在是该阴极高效稳定运行的基础.      

高导电阴极钢棒结构铝电解槽电热场仿真计算

采用有限元仿真计算的方法对高导电阴极钢棒结构240kA铝电解槽进行了电热场计算。分析高导电阴极钢棒对铝液水平、槽电压以及电解槽温度分布的影响。结果表明,阴极压降可以有效降低107mV,并可有效减少铝液中的水平电流。     

400 kA铝电解槽异形阴极炭块对阴极电压降的影响

传统阴极炭块顶部是平坦的,阴极铝液流动时几乎没有阻力。使用表面凸起的阴极炭块进行研究,目的是增加铝电解槽中铝液流动的阻力,起到减波和减少铝液流动速度的作用,以此降低水平电流密度、阴极电压和铝液流速,保障铝电解槽生产安全稳定。通过COMSOL软件进行模拟,发现随着阴极炭块表面凸起块数的增加,阴极压降和水平电流密度均呈下降趋势,其中阴极压降最大降幅为39.8 mV,水平电流密度最大降幅为2 087 A/m2,并对某铝厂400 kA铝电解槽使用异形阴极炭块后进行测试,测试结果与模拟结果一致。     

铝电解节能新技术

文章简要介绍了TiB2复合阴极炭块技术、铝电解槽阴极内衬防渗技术、电解槽中间打壳点式下料计算机自动控制技术在铝电解生产中的应用,取得了明显的节能效果.