浅谈石墨化阴极炭块的发展现状及应用前景

正本文通过对国内石墨化阴极炭块理化性能指标的研究,以及通过其与高石墨质阴极炭块的对比,对石墨化阴极炭块在电解槽上应用时的优势、推广应用中存在的问题,以及应用前景进行了分析与说明,为电解铝节能生产提供了新途径。石墨化阴极炭块的背景经过了六十多年的发展,铝电解行业取得了令人瞩目的成就。截至2017年,国内电解铝在产产量为3227.3万吨,中国电解铝产能现居世界首位。目     

铝电解槽用阴极

以前,用于铝解槽的碳素阴极的原料,系用煅后无烟煤、土状石墨和瀝青焦等作为骨材,再添加瀝青粘结剂,经混捏、成型和焙烧而制成的。铝就是用这样制成的碳素阴极作电解槽内衬,把槽内的熔融冰晶石作为电解质,通过直流电分解电解质中的氧化铝制炼成的。但是在电解过程中,由于电解质中的钠浸透于     

阴极材料组织对铝电解钠渗透过程的影响

为了研究工业中使用阴极碳块钠和电解质的渗透过程,用扫描电子显微镜和酚酞试剂法研究铝电解后阴极试样碳块(35%半石墨质、全石墨质和石墨化)钠和电解质的渗透行为。结果表明,阴极材料内部孔隙连通越多,NaF与Na3AlF6在阴极碳块中的浓度越高;阴极碳块石墨化程度越高,渗透到阴极碳块的钠和电解质浓度越低。但钠在3种阴极碳块骨料石墨的"微孔"中渗透量几乎没有差别。     

铝电解过程中碱金属的电化学插层及渗透迁移行为

采用改进型阴极电解膨胀率测试仪,结合电解后试样剖面元素线扫描和面扫描(SEM)的结果,研究电解过程中碱金属K、Na在TiB2-C复合阴极中的渗透迁移行为;同时采用循环伏安法研究K、Na的电极电化学行为,结果表明:电解过程中,碱金属K、Na均渗透进入了阴极内部,K在阴极中的扩散系数及所引起的最大阴极电解膨胀率分别为2.86×10?5 cm2/s和1.35%,均高于Na的,说明K的渗透力强于Na的。碱金属K、Na在TiB2-C复合阴极中表现出了相似的渗透迁移路径,碱金属K、Na首先随电解质一同渗透进入阴极的孔隙当中,随后又渗透进入粘结剂结焦碳中,随着电解的进行,最终渗透进入阴极碳质骨料中,但K、Na不会渗透进入TiB2颗粒中。渗透进入粘结剂和碳质骨料中的K、Na均会引起阴极的电解膨胀,并随阴极中碱金属浓度的饱和而达到平衡。而对碱金属K、Na电极行为的研究表明:电解过程中,K、Na会在阴极表面共同析出,但在阳极过程中,与Na相比,C-K插层化合物所表现出的氧化电势更正,C-K插层化合物的稳定性更高,插入石墨层间形成插层化合物的K很难脱出,其对阴极的破坏力较Na的更强。     

天然石墨阴极碳块

介绍了天然石墨阴极碳块的主要性能及其与其他种类阴极碳块的比较,使用天然石墨阴极碳块将会使铝电解槽阴极压降减少100～200mV,节电效果十分显著。天然石墨的石墨化程度较高,抗腐蚀性增强。天然石墨阴极生产工艺简单,省去原料煅烧和石墨化工序,减少大量投资和电耗,具有广泛的发展前景。     

铝电解槽炭阴极石墨化影响因素

普通无烟煤基阴极炭块在铝电解槽中使用４个月左右就石墨化。为了研究此石墨化机理,利用２０ｋＷ工频炭管炉进行了包括在炭素试样中添加ＮａＦ,Ｎａ３ＡｌＦ６,Ｎａ２ＣＯ３等并在炭素试样上通入直流电的试验。试验温度为１４００～１８００℃,提高温度的目的是为了加速炭素试样的石墨化过程;在高温下,Ｎａ２ＣＯ３能够与碳发生反应生成金属钠蒸气。试验结果表明,这些因素都能使炭素试样的石墨化度增大,都具有一定的催化作用。铝电解槽炭阴极的石墨化可能是由于氟盐、金属钠和直流电场综合作用的结果。     

紧密石墨铸铁中的石墨形貌及其生长特点

作者从紧密石墨铸铁试样中萃取出全部石墨,用扫描电镜对这些石墨观察归类、并研究了各类紧密石墨的形貌和生长模式。着重对常见的三种紧密石墨的形貌和生长特点进行了考察和研究。     

铝电解槽用半石墨化阴极炭块的研制与生产

半石墨化阴极炭块由于整体经受了2000～2200℃的高温处理。因此与半石墨质炭块相比。具有石墨化程度高、电阻率低、抗钠侵蚀性能好等优点，同时也由于热处理温度低于2200℃。其机械强度、耐机械磨损能力比完全石墨化炭块大得多，因此，半石墨化阴极炭块是很有发前途的阴极材料。本文对无烟煤基及石油焦基半石墨化阴极炭块由实验室试制到批量生产、工业使用的全过程。从原料组成、成型方式、焙烧石墨化工艺等方面进行了综合论述。指出了石油焦基半石墨化阴极炭块是符合我国现在铝工业技术要求的优质阴极。     

高石墨质炭块骨料最大容重粒度配比研究

电解铝用高石墨质炭块生产过程中,骨料粒度组成对材料性能影响较大,按照颗粒尺寸分布及紧密堆积理论,采用Andreassen提出的连续尺寸分布的颗粒堆积方程,通过调节粒度分布系数(n值)的变化,计算出不同配料的粒度组成,并按照该数据进行高石墨质炭块骨料最大容重粒度配比试验,得到3种原料最大容重;结合粉料纯度及实际生产原料配比,得到粉料纯度33%、50%两类高石墨炭块各3组优化配方,其容重大小符合相关企业生产工艺需求。     

工业铝电解槽的现代生产技术（八）

第八章阴极碳块 1.阴极碳块的制造通常,阴极碳块的生产包括以下几步:原料准备,混捏,成型,焙烧和加工。在图1上绘示出一个生产流程图。骨料炭包括,用煤气或电煅烧的无烟煤或石墨或油焦。它们与沥青混合后,在水压机中挤压成型,也可用震动成型法成型。     

MEASUREMENT OF ANODIC OVERVOLTAGE BY AMODIFIED CURRENT INTERRUPTION METHOD IN CRYOLITE-ALUMINA MELTS

１ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆａｌｕｍｉｎｉｕｍ，ｔｈｅｃｅｌｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆａｃａｒｂｏｎａｎｏｄｅａｎｄａｎａｌｕｍｉｎｉｕｍｍｅｔａｌｃａｔｈｏｄｅ．Ｔｈｅｄｏｍｉｎａｎｔｐｏｔｅｎｔ...     

大型铝电解槽母线配置的计算机仿真

母线配置对于铝电解槽的电磁场与MHD(磁流体动力学)稳定性有着非常大的影响,在设计新的较大电流强度的铝电解槽时尤其重要,本研究通过运用商业软件ANSYS并结合自定义程序,对于各种不同母线配置参数下的500kA铝电解槽物理场进行了大量的仿真模拟,重点研究了母线的配置参数如立柱进电比,立柱连接的阴极棒数,大面阴极母线垂直位置,端头母线垂直位置,列槽间距,邻槽数目以及槽底补偿电流配比等,同时结合自定义的稳定性评估函数展开了计算分析与讨论。     

等离子喷涂铝电解可湿润TiB2阴极涂层研究进展

铝电解工业越来越多的采用石墨阴极,石墨阴极具有良好的导电性能,但石墨不被铝液湿润且和铝液形成Al4 C3,导致铝电解槽运行寿命短.可湿润TiB2涂层阴极因节能和延长槽寿命能够给铝电解工业带来显著效益.等离子喷涂是一种高效、灵活的沉积涂层的方法 ,能够在形状复杂或大表面积的基体上沉积金属间化合物、陶瓷或复合材料,涂层厚度可从数微米到数毫米.等离子喷涂制备可湿润性TiB2涂层阴极是可行有效的方法 ,本文评述了等离子喷涂制备可湿润TiB2阴极涂层的研究进展,简述了等离子喷涂工艺受到的影响因素(包括粉末性质、基体表面形貌和焰流性质)和涂层与基体材料结合的机制(包括机械结合、冶金结合和物理结合),分析和讨论了TiB2粉末制备、基体预处理、等离子喷涂工艺参数、涂层显微结构和性能等.最后,指出了等离子喷涂制备可湿润性TiB2涂层阴极工艺将来研究需要解决的几个关键问题.     

铝电解TiB2/C阴极材料钠膨胀瞬态应力模型及其数值分析

为了获得铝电解过程中湿润性TiB2/C复合阴极材料由于钠膨胀而受到的应力及其变化规律的具体数值,本文建立了钠在阴极试样中的渗透膨胀过程数学模型,通过解析法计算分析了电解过程中钠在阴极试样中各处钠浓度和应力场及其在时间上的分布规律;并通过钠膨胀实验验证了所建模型的合理性.通过此模型可以预测由于钠膨胀在阴极中造成的破损规律,从而可以在数值上指导电解槽的设计和电解操作工艺参数的选择,对于延长铝电解槽寿命具有很重要的现实意义.     

铝电解质对TiB2镀层的渗透

采用熔盐体系在石墨基体上电沉积制备了TiB2镀层．将TiB2镀层和铝电解阴极碳块和石墨分别作为阴极，考察了Na和电解质对其渗透腐蚀．电解4h后，由酚酞试剂检测表明，Na对TiB2镀层的渗透深度为零，对阴极炭块的渗透深度为16mm，对石墨的渗透深度为4mm．电子探针的分析结果指出，Na和F元素渗透到石墨基体的量很少，元素Al相对较多，TiB2镀层阻碍了Na的产生并减缓了Na的渗透，但没有改变Na的渗透机理．同时。镀层与基体的结合力良好，Al对TiB2镀层的湿润性良好．     

INTERFACIAL PHENOMENA AT BOUNDARIES OF MOLTEN ELECTROLYTE-CARBON ELECTRODE-LIQUID METAL IN ALUMINIUM ELECTROLYSIS CELL(PARTⅠ)

ＩＮＴＥＲＦＡＣＩＡＬＰＨＥＮＯＭＥＮＡＡＴＢＯＵＮＤＡＲＩＥＳＯＦＭＯＬＴＥＮＥＬＥＣＴＲＯＬＹＴＥＣＡＲＢＯＮＥＬＥＣＴＲＯＤＥＬＩＱＵＩＤＭＥＴＡＬＩＮＡＬＵＭＩＮＩＵＭＥＬＥＣＴＲＯＬＹＳＩＳＣＥＬＬ（ＰＡＲＴⅠ）①ＱｉｕＺｈｕｘｉａｎ，...     

液态铝阴极法制备铝钙中间合金

在CaCl2-CaF2体系中,以CaO为电解原料,采用液态铝阴极法生产铝钙中间合金。采用熔盐电解监控仪测量电解过程中的反电动势、槽电压、电流等工艺参数及电解波形图,通过电位控制法调节CaO的加料周期,同时根据所得合金产品中的钙含量(质量分数)探讨影响电流效率的因素。结果表明:反电动势随电流密度增加而增大,通过控制电位法测得加料周期为30 min;在740℃、电流为7 A的条件下,电解1 h可制取钙含量为11.6%的铝钙合金,电流效率可达67.3%。     

Reduction of metal ions on aluminium in molten flux during aluminium brazing

ＲｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｍｅｔａｌｉｏｎｓｏｎａｌｕｍｉｎｉｕｍｉｎｍｏｌｔｅｎｆｌｕｘｄｕｒｉｎｇａｌｕｍｉｎｉｕｍｂｒａｚｉｎｇＺｈａｎｇＱｉｙｕｎ（ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆａｃｔｉｖｉｔｙ...     

Electrolytic Reduction of Titania Slag in Molten Calcium Chloride Bath

Ferro-titanium is prepared by direct electrolytic reduction of titania-rich slag obtained from plasma smelting of ilmenite in molten CaCl₂. The product after electro-reduction is characterized by x-ray diffraction, scanning electron microscopy, and electron probe microanalysis. The electrolysis is carried out at a cell voltage of 3.0?V, taking graphite as the electrolysis cell as well as the anode, and a titania-rich slag piece wrapped by a nichrome wire is used as the cathode.     

电极材料对铝电解阴极过程研究的影响

电解铝工业中铝的析出发生在阴极上,研究铝析出反应的机理对实际工况有很好的指导意义。研究发现,炭电极上的Al、Na共沉积现象严重,致使循环伏安曲线上Al的析出峰被掩盖。因此人们试图用一些金属电极Ni、Pt、Au、Ta、Cu、W等来代替炭电极,但研究发现大部分金属电极都与Al反应生成合金,干扰了对真实电极过程的研究。只有W与Al的合金化作用较小,因此对冰晶石一氧化铝熔体的阴极电化学研究采用了W电极。而目前TiH2基可湿润阴极是极具发展前景的铝电解槽阴极材料,但这方面的研究还很不够,需做进一步的研究。