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.     

MnO2添加剂对镍铁尖晶石基惰性阳极耐腐蚀性的影响

以氧化物NiO和Fe2O3为原料,添加氧化物MnO2,采用高温固相烧结法制备了NiFe2O4基惰性阳极材料,采用失重法测量了阳极试样的静态热腐蚀速率,并对其腐蚀机理进行了初步探讨. 实验结果表明,添加2%(ω) MnO2粉末的惰性阳极试样的静态热腐蚀速率最低. 由于掺杂的MnO2在晶界处富集,熔盐对晶粒的腐蚀首先在晶界处发生反应生成Mn2AlO4相,而Mn2AlO4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.     

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.     

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.     

La_2O_3掺杂对金属陶瓷显微结构与性能的影响

采用冷压烧结技术制备La2O3掺杂17Ni/(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷惰性阳极材料,研究了La2O3掺杂对材料显微结构、烧结致密化、抗高温氧化性能及耐熔盐腐蚀性能的影响。结果表明:La2O3与陶瓷相反应生成FeLaO3相,活化了NiFe2O4晶格,促进材料的烧结致密化。适量掺杂La2O3可减少氧化膜及氧化层孔洞产生,防止出现氧化膜裂纹,提高抗高温氧化性能。La2O3掺杂的金属陶瓷通过与外界熔盐生成稳定、致密的腐蚀反应层,使基体材料得到保护,减缓腐蚀速率。La2O3掺杂量为1.0%时,腐蚀速率仅为1.336 7×10--3 g/(cm2·h)。     

掺杂MnO2对铁酸镍陶瓷惰性阳极性能的影响

为了提高铝电解惰性阳极材料的性能,尝试在合成铁酸镍陶瓷阳极的过程中掺杂一定量MnO2. 采用高温固相反应法在1200℃下烧结6 h,制备了掺杂MnO2的铁酸镍阳极材料. 对掺杂试样进行X射线衍射分析,并且研究了掺杂MnO2对材料密度、导电性及抗弯强度和抗热震性的影响. 研究结果表明,掺杂MnO2后未形成新相,MnO2与NiFe2O4形成固溶体,Mn4+离子取代了部分Fe3+离子,材料仍是镍铁尖晶石结构;掺杂MnO2后,NiFe2O4的晶格产生畸变,说明MnO2促进了烧结,提高了材料的密度;并且由于Mn4+离子取代Fe3+离子,产生阳离子空位,改善了铁酸镍阳极的导电性. 同时MnO2对改善试样的抗弯强度及抗热震性也有明显作用.     

V2O5对镍铁尖晶石烧结机理及性能的影响

为了提高镍铁尖晶石的性能,以NiO,Fe2O3和微量V2O5为原料,采用粉末冶金法制备了含有过量15%(以质量计,下同)NiO,掺杂V2O5的镍铁尖晶石惰性阳极。原料经混合、成型后,于1200℃烧结6h。研究了添加V2O5的NiFezot尖晶石样品的烧结机理、导电性、腐蚀性。结果表明：添加V2O5后样品的烧结为液相烧结;添加剂V2O5提高了惰性阳极样品的密度;尤为重要的是,添加V2O5后样品在冰晶石融盐中的抗腐蚀性明显改善。腐蚀10h后,添加1．5％V2O5的样品基本完好,腐蚀率降为无添加剂样品的1／80。但是添加1．5％V2O5后,样品的电导率有一定的降低。     

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.     

五氧化二钒对铁酸镍基金属陶瓷惰性阳极导电行为的影响

以NiO,Fe2O3,Ag粉和微量V2O5为原料,用粉末冶金法制备掺杂V2O5的镍铁尖晶石金属陶瓷惰性阳极,研究V2O5对惰性阳极材料微观形貌和电导率的影响.结果表明:添加V2O5后,V2O5与Fe2O3和NiO形成低熔点的化合物Ni2FeVO6,该物质在烧结过程中呈液相.液相的出现使金属银在陶瓷相中呈细长的线状分布.能谱分析发现:金属相中含有陶瓷相的组成,说明金属相与陶瓷相间的润湿性有所改善.同时,样品的电导率显著提高.当添加2.0%(以质量计)V2O5时,样品的电导率约为无添加剂的Ag/NiFe2O4金属陶瓷样品的7倍,这主要是因为V2O5在烧结过程中形成液相,改善金属相与陶瓷相间的界面相容性,从而改变金属相在陶瓷相中的分布状况.掺杂后,样品的电导率在450～650 ℃之间发生突变,呈现急剧上升,这可能是由于添加剂诱发NiFe2O4的磁性发生变化,从而导致电导率发生突变.     

铝电解用梯度网状惰性Ag/NiFe_2O_4阳极的制备及性能

为了提高铝电解用金属陶瓷惰性阳极材料的综合性能,制备了圆柱形梯度网状结构的Ag/NiFe2O4阳极材料。采用叠层法实现梯度结构,从芯部到外部金属Ag含量依次减少,最外层为纯陶瓷NiFe2O4;采用原料粒度级配实现金属陶瓷层中金属相的网状分布。结果发现:对于一定规格的样品,通过设计合适的层数、各层的成分和粒度级配可成功制得梯度网状结构的阳极。对芯部含30%(质量分数)Ag的样品进行导电性、抗腐蚀性的测试发现,梯度网状结构阳极的导电性优于含等量金属Ag的均匀结构阳极。阳极最外层为纯陶瓷,表现出很好的抗腐蚀性。梯度网状结构将梯度结构的优点和网状结构的优点相结合,能够有效提高阳极材料的综合性能。     

A self‐repairing cermet anode: Preparation and corrosion behavior of (Cu–Ni–Fe)/NiFe2O4 cermet with synergistic action

In this paper, the cermet (Cu–Ni–Fe)/(NiFe₂O₄–10NiO) anodes were prepared through the powder metallurgy method, followed by being evaluated in the bench scale (200 A) electrolysis tests for more than 1000 hour. The results showed that the as‐prepared anodes exhibited excellent corrosion resistance with corrosion rate less than 0.99 cm/a, which satisfied the requirements of the aluminum industry. The analysis results were confirmed by SEM, EDS, and XRD. The results showed that the outstanding corrosion resistance of the anodes relied on a continuous and dense NiFe₂O₄ film formed on the surface of the anode material, which protected the inner structure of anode material during electrolysis. Finally, a model based on the synergistic action between the metal phase and the ceramic phase was built to illustrate the forming mechanism of the NiFe₂O₄ passivating film.     

Electrowinning of gadolinium metal below 1000°C. An introductory investigation

Gadolinium was recovered as dendrites by electrolysis of Gd₂O₃ dissolved in molten LiF-GdF₃ (65-35 mol%) at 850–900°C. Both inert anodes (noble metals) and graphite anode were used. With a platinum anode, anodic corrosion began at current densities (cd) of about 9 A dm^?2. Below this cd the platinum appears to be passivated, and no platinum was detected in the electrowon gadolinium. Electrolysis with graphite anode resulted in carbon contamination of about 0.14 wt% of the gadolinium metal. The electrowon metal contained 100–500 wt ppm oxygen, depending on the oxide concentration in the electrolyte.     

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.     

Anodic behaviour of oxidised Ni–Fe alloys in cryolite–alumina melts

Nickel-iron alloys have been identified as promising inert anode candidates for the Hall–Héroult process. In this study, binary Ni–Fe alloys of various compositions were subjected to short-term galvanostatic electrolysis in a cryolite–alumina bath at 960 °C. Prior to electrolysis, the anodes were oxidised at 800 °C for 48 h, forming a protective scale. Fe₂O₃, Ni_xFe_3−xO₄ and Ni_xFe_{1 − x}O were identified as the major scale components using a combination of X-ray diffraction (XRD) analysis and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). Anodes having Ni content of 50–65 wt% performed adequately during short-term electrolysis, operating at a steady potential of 3–3.5 V vs. AlF₃/Al. Overall, it was found that the pre-formed oxide scale was effective in reducing anode wear and fluoridation. In the absence of a pre-formed scale, anodes were shown to undergo appreciable internal corrosion and/or passivation due to metal fluoride formation. Analysis of the anodes following electrolysis was performed using XRD and electron microprobe analysis (EPMA).