铝电解用NiFe2O4-Cu金属陶瓷阳极的初步研究

采用粉末冶金技术制备了NiFe2O4-Cu金属陶瓷惰性阳极,并对其导电性能和腐蚀行为进行了初步研究.研究发现,金属Cu与NiFe2O4陶瓷润湿性差,难以实现致密化,在升温过程中,过低的表观密度能导致金属铜氧化,降低导电性能.在电解过程中,金属铜的耐蚀性好,但存在聚结现象,可能会导致电流分布不均匀,同时陶瓷基体发生非协同溶解.     

SiCw增强NiFe2O4基惰性阳极材料的力学性能

为改善铝电解惰性阳极用NiFe2O4尖晶石材料存在的不足,采用固态合成法制备了SiCw/NiFe2O4复合材料. 研究了SiCw添加量对体积密度、气孔率、冲击韧性、热震性等力学性能的影响,并与纯NiFe2O4尖晶石对比,利用扫描电子显微镜观察显微组织,分析了其性能差异的原因. 实验结果表明,添加SiCw可以显著改善NiFe2O4尖晶石的力学性能,含2% SiCw的试样冲击韧性比尖晶石提高了近65%;添加量为3%时抗弯强度比NiFe2O4尖晶石基体强度提高了近42%,经一次热震后强度保持率可提高15%,综合考虑SiCw添加量以3%为宜.     

ZrO2(f)-NiFe2O4惰性阳极在冰晶石熔盐中的腐蚀行为

以NiO和Fe2O3为原料,采用固相烧结法合成了NiFe2O4尖晶石,通过添加ZrO2纤维[ZrO2(f)]制备了ZrO2(f)-NiFe2O4惰性阳极材料. 采用失重法测量了阳极试样在冰晶石熔盐中的静态热腐蚀率和电解腐蚀率,并对腐蚀机理进行了探讨. 结果表明,ZrO2(f)添加量由0增加至4%(w)时,阳极试样的气孔率从4.9%上升到5.8%,导致其静态热腐蚀率由3.8 mg/(cm2×h)增大到4.3 mg/(cm2×h);在电场作用下,氧化物在冰晶石熔盐中的溶解反应受到抑制,含3%(w) ZrO2(f)阳极试样的电解腐蚀率为2.2 mg/(cm2×h),远小于其静态腐蚀率,腐蚀均为物理化学溶解过程;高温下ZrO2(f)在冰晶石熔盐中稳定性良好,可作为铝电解NiFe2O4基惰性阳极的强韧化材料.     

铝电解惰性阳极专利技术分析

惰性阳极由于存在许多优点,一直是铝电解领域关注的热点。本文对涉及铝电解用惰性阳极的国内外专利文献进行收集并分析。详细分析了合金惰性阳极材料、金属陶瓷惰性阳极材料以及金属基体加氧化物膜层复合电极材料的发展及其特点。     

镍铁尖晶石基金属陶瓷惰性阳极的电解腐蚀行为

采用粉末冶金法制备了10%Ag-NiFe2O4/NiO金属陶瓷惰性阳极,阳极为圆柱形,直径50 mm,高15 mm. 在960℃下进行电流密度为0.8 A/cm2的铝电解实验,电解时间为10 h. 研究了阳极在Na3AlF6-5%CaF2-5%Al2O3熔体中的腐蚀行为. 电解后的阳极外观尺寸略有变化,但没有发生阳极肿胀及阳极表面起层、剥离的现象,表现出较好的耐腐蚀性. 计算得到阳极腐蚀率为1.5′10-4 g/(cm2·h),折算为13 mm/a. 电解所得铝的纯度在92%~93%之间. 对腐蚀后阳极的表面分析发现,陶瓷相中Ni和Fe组元并不以化学计量数溶解,陶瓷组元的Fe2O3比NiO优先溶解进入电解质. 正对阴极的阳极表面和背对阴极的阳极表面氧元素的含量不同,前者中氧元素多于后者,说明在阳极正对阴极的表面发生析氧反应更剧烈一些,一部分新生态的氧与阳极表面的金属发生氧化反应生成Ag3O4. 对腐蚀后阳极断面进行分析发现,电解质渗透进入阳极内部,与陶瓷基体离解产生的Fe2O3发生反应,生成FeF3沉积在阳极的空隙中.     

NiFe2O4惰性阳极的制备及其电解腐蚀机理

以Fe2O3和NiO为主要原料,添加2%(按质量计)MnO2,采用固相烧结工艺制备了NiFe2O4惰性阳极.用X射线衍射和扫描电子显微镜对材料的组成和微观结构进行了研究,测量了样品在冰晶石熔盐中不同电流密度下的电解腐蚀速率,并对其腐蚀机理作了初步探讨.结果表明:惰性阳极由NiO和NiFe2O4尖晶石两相组成,MnO2作为固溶体在尖晶石晶界处富集.电解腐蚀呈现出物理化学溶解过程,熔盐对试样的电解腐蚀首先要在晶界处发生反应生成更稳定的FeAl2O4相,而FeAl2O4相结构致密,冰晶石熔盐通过该相向NiFe2O4尖晶石晶粒内扩散速度减慢,从而降低了腐蚀速率.     

NiFe2O4/Ag惰性阳极的熔盐腐蚀性能

以Fe2O3,NiO和Ag粉为主要原料,采用固相烧结工艺制备了NiFe2O4/Ag惰性阳极.采用X射线衍射和扫描电子显微镜对材料的组成和微观结构进行了研究,并测量了样品抗热震性、抗折强度、在冰晶石熔盐中的静态热腐蚀以及电解腐蚀速率,对其腐蚀过程作了初步探讨.结果表明:惰性阳极由NiO,NiFe2O4尖晶石和Ag三相组成.随着金属Ag含量的增多,惰性阳极样品在冰晶石熔盐中的静态热腐蚀速率增加,由于抗热震性和抗折强度有了大幅提高,电解腐蚀速率降低.静态热腐蚀和电解腐蚀呈现出物理化学溶解过程,而且由于金属银对晶界的强化作用,电解腐蚀由晶粒开始.     

添加剂对金属陶瓷惰性阳极电解腐蚀的影响

采用粉末冶金法制备了无添加剂和添加V2O5的Ag-NiFe2O4/NiO金属陶瓷惰性阳极.铝电解试验在960 ℃进行,电流密度为0.5 A/cm2,电解时间为8 h,研究了无添加剂和添加2.0%(质量分数,下同)V2O5的Ag-NiFe2O4/NiO样品在Na3AlF6-5?F2-5%Al2O3熔体中的腐蚀行为.研究表明:无添加剂的样品有较明显的腐蚀迹象,而添加2.0%V2O5的样品腐蚀后尺寸略有变化,表现出很好的耐腐蚀性.对腐蚀后样品的表面进行扫描电镜/能量色散X射线分析发现:在添加剂V2O5的作用下,Fe2O3在冰晶石中的溶解速率减小,从而抑制了陶瓷基体的溶解.另外,无添加剂样品表面各元素分布不均匀,说明无添加剂的样品在电解过程中发生选择性腐蚀,晶界等薄弱部位先被腐蚀.而添加了2.0%V2O5的样品中各元素分布均匀,说明V2O5增强了晶界的稳定性,提高了材料抗电解质的腐蚀能力.     

Y2O3掺杂对17Ni/(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷高温氧化性能的影响

氩气气氛保护下采用气压烧结技术制备掺杂Y2O3的17Ni/(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷惰性阳极,在电解温度(960℃)下,对材料进行抗高温氧化性能研究.采用SEM分析材料及氧化产物的各物相分布情况、氧化形貌,并利用XRD进行成分分析.结果表明,金属陶瓷阳极的氧化动力曲线均大致符合抛物线规律;掺杂适量的Y2 O3对金属相的分散有一定作用,并能有效抑制烧结试样及氧化物的孔洞生成,从而显著改善该金属陶瓷的抗高温氧化性能,其中,当Y2 O3掺杂量为0.5％时,材料抗高温氧化性能最好,30 h后单位面积氧化增重量仅为10.6591 mg/cm2.     

NiFe2O4催化剂的制备及稠油降黏性能的研究

稠油黏度高、流动性差和开采成本高是各大油田面临的问题之一.采用水热法制备了NiFe2 O4纳米催化剂,通过XRD和黏温流变仪进行了表征.结果表明,在热裂解分解反应中加入NiFe2 O4后,重油的黏度降黏率达到80％以上.     

NiFe2O4基金属陶瓷的研制

采用传统粉末冶金技术冷压烧结法制备了Cu-NiFe2O4金属陶瓷板状惰性阳极。采用DTA-TG分析和XRD等方法研究了惰性阳极制备工艺、物相组成。采用电镜等方法研究了镍铁尖晶石材料结构及性能的关系。并测定了该材料的电导率,结果证明,Cu-NiFe2O4金属陶瓷呈现出半导体导电性质,在960℃时,电导率超过了40Ω-1·cm-1。     

铁酸镍纳米晶体材料的制备

以ＦｅＳＯ４·７Ｈ２Ｏ和ＮｉＳＯ４·７Ｈ２Ｏ为原料,首先制备出晶粒细小的碱式碳酸盐前驱体,在３００～７００℃焙烧１ｈ后,制备出ＮｉＦｅ２Ｏ４纳米晶体材料。经ＸＲＤ和ＴＥＭ检测,粒径为３～１８ｎｍ,粒度均匀。     

锂离子负极材料NiFe_2O_4/Graphene复合材料的制备和电化学性能

通过水热法合成了NiFe2O4/Graphene纳米复合材料,采用XRD和SEM对其晶相结构和形貌进行了表征,并将其作为锂离子电池活性材料组装成模拟电池,考查电化学性能。结果表明NiFe2O4/Graphene复合材料在100mA/g的电流密度下首次放电容量达970mAh/g,循环20次后,容量保持在668mAh/g,相比纯的NiFe2O4,具有较好的循环稳定性,这种优异的电化学性能归因于复合材料的纳米结构和NiFe2O4与Graphene的协同作用。     

Al2O3-M金属陶瓷惰性阳极及铝电解实验

所研制的惰性阳极成分为Al2O3+Y2O3+CeO2+(Fe-Ni+Y)。其中Al2O3和稀土氧化物微米粉经高能球磨细化到50~300 nm的纳米/准纳米级,再与-125μm的Fe-Ni-Y金属粉末混合,进行普通球磨,产出的混合粉经机械压制或冷等静压成型,烧结成为惰性阳极。该惰性阳极在常规冰晶石-氧化铝电解质中接受30h的铝电解实验考察,用电子探针和X射线衍射仪(XRD)对阳极横断面进行结构分析和元素微区分布分析,结果表明:阳极的电阻小于0.5Ω,推算所得的阳极腐蚀速率为14mm/a,电解出的原铝达到Al 99.00标准(GB/T1196—2002)。实验还发现,与微米氧化物金属陶瓷阳极相比,这类纳米/准纳米氧化物金属陶瓷惰性阳极有更佳的可成型性、烧结性、导电性和抗腐蚀性能,压制的成功率在95%以上(而微米氧化物阳极仅在65%左右),且不易产生烧结裂纹等。     

Cu-NiFe_2O_4金属陶瓷的制备及性能研究

以Cu、NiO、Ni2O3和Fe2O3为原料,采用传统粉末冶金技术,冷压烧结法制备了Cu-NiFe2O4金属陶瓷惰性阳极.对制备工艺中的原料准备,压制成型,烧结过程进行了讨论.并对其导电特性及力学性能进行了研究.结果表明,金属陶瓷材料依然为陶瓷导电性所制约.     

夹层中空结构铁酸镍粉末的制备及其吸波性能

NiFe2O4 powders with double skin structure which shows a length of 5 ?m and curved surface thickness of 0.5 ?m were prepared by thermal decomposition of their oxalate precursors. The NiFe2O4 powders were mixed uniformly with a proportion of paraffin and then pressed to composite samples. The 采用草酸盐沉淀法制备草酸铁镍前驱体,热分解得到长5 ?m、曲面厚0.5 ?m的夹层中空结构NiFe2O4粉末,将其与石蜡按一定比例混合均匀压制得NiFe2O4/石蜡复合物,考察了其电磁参数,计算了其吸波性能. 结果表明,NiFe2O4含量为40%(?)时复合物吸波性能最佳,样品厚度为3.5 mm时,材料在6.66 GHz处反射损失最小,为?52.06 dB,厚度为3.0 mm时,材料在6.98?8.59及9.72?10.84 GHz范围内反射损耗小于?10 dB,有效吸收频宽为2.73 GHz.     

以糯米制备C/NiFe2O4复合材料及其吸附酸性品红性能的研究

采用溶胶凝胶法以糯米为碳源制备了C/NiFe2O4复合材料。研究了材料结构、微观形貌及吸附酸性品红的性质。发现在450℃,6h条件下合成的C/NiFe2O4为20nm左右的纳米颗粒,分散均匀,结晶较好。测量了复合物对酸性品红的吸附性质,表明在pH=5时其去除率最大,10分钟的去除率可达88%。通过对比发现复合材料与的吸附性能要优于单质的碳和NiFe2O4,说明复合材料能够有效提高去除率。     

化学链燃烧中H2S对NiFe2O4氧载体活性的影响机理

采用密度泛函理论方法研究H₂S与NiFe₂O₄（001）完整表面和氧缺陷表面的相互作用机理。结果表明,H₂S在NiFe₂O₄氧载体表面Ni原子位的吸附能比其在Fe原子位的吸附能大。氧缺陷的形成会使H₂S在氧载体表面金属原子位的吸附能增大,并且Ni原子位吸附H₂S的吸附能增加更为明显。因而,NiFe₂O₄氧载体表面的Ni原子位是H₂S的主要吸附位。同时采用热力学方法进一步研究含H₂S的合成气与NiFe₂O₄氧载体之间的反应,发现H₂S与氧载体的反应产物与氧载体的还原程度密切相关。由于铁氧化物的深度还原过程受到热力学限制,H₂S与NiFe₂O₄氧载体反应的主要产物为Ni₃S₂。密度泛函理论方法与热力学方法研究结果均表明H₂S倾向于与NiFe₂O₄氧载体中Ni发生相互作用,这将对NiFe₂O₄氧载体的反应性能产生不利影响。     

Plastic shaping of NiFe2O4-based cermets using granular feedstock: microstructure and mechanical properties

Carbon-free aluminum electrolysis is crucial for achieving the low-carbon development and carbon neutrality in the future aluminum industry. NiFe₂O₄-based cermet is the potential candidate of inert anode, benefiting from the satisfactory corrosion resistance and high-temperature conductivity. Herein, complex-shaped 25(Cu–20Ni)/(NiFe₂O₄–10NiO) cermets were fabricated via a plastic shaping method using the polyformaldehyde (POM)-based granular feedstock. The feedstock showed uniform microstructure with evenly dispersed powders wrapped in polymers, which exhibited shear-thinning behavior during molding. Roles of the feedstock with different powder loadings in the morphology and bending strength of the cermets were investigated. High-precision gear parts exhibited no deformation, a high relative density over 98%. Investigation of different powder loadings revealed that parts prepared with a 56 vol% loading demonstrate the excellent performance, and possessed an impressive flexural strength of 178.4 MPa. This achievement provided a foundation for the future utilization of complex-shaped inert anode material components in industrial applications.