高导电率铝电解惰性阳极材料研究

发布时间：2020-05-11 10:27

【摘要】：当前铝电解工艺采用的是霍尔-埃鲁特法工艺,电解过程中炭素阳极参与电极反应释放出CO2,因此存在着温室气体排放、优质炭素资源消耗等诸多问题,研究表明,开发新型惰性阳极以替代传统炭素阳极是解决上述问题的有效途径。NiFe2O4尖晶石型陶瓷材料因其具有良好的化学稳定性、耐冰晶石熔盐腐蚀性和热膨胀系数低等特性是铝电解惰性阳极的首选材料之一,因此NiFe2O4基铝电解惰性阳极一直是各国学者的研究热点。但NiFe204陶瓷的电导率低、脆性大等缺点,阻碍了其在铝电解中的进一步应用。本文研究了阳极材料内部金属网状结构对惰性阳极性能的影响。采用粉末冶金方法制备出高导电率、具有金属网状结构的NiFe204基金属陶瓷惰性阳极材料,并对其进行性能和结构分析以及电解腐蚀实验研究。论文的研究内容及成果如下:(1)本文对于传统的化学镀镍过程进行改进,在制备NiFe2O4过程中,向NiO、Fe2O3的混合料中添加4wt%Ni粉,制备出Ni-NiFe2O4陶瓷基料。经破碎、筛分后,以NiFe2O4陶瓷颗粒表面的金属Ni作为活性催化中心进行化学镀层沉积,实现了陶瓷颗粒表面无敏化-活化化学镀Ni-P。(2)本论文采用单因素实验分析,重点研究了镍盐浓度、pH值、温度对Ni-NiFe2O4陶瓷颗粒化学镀Ni-P沉积速率和镀层质量的影响,得出最佳化学镀工艺:NiCl2·6H2O浓度32g/L、NaH2PO2·H2O浓度32g/L,乳酸浓度20ml/L,柠檬酸三钠浓度25g/L,乙酸钠浓度15g/L,pH=9.0、温度T=70℃。该工艺条件下所得镀层表面光滑平整、均匀致密,平均厚度为8μm。(3)本论文以镀Ni颗粒、金属Ni粉、NiFe2O4细粉为原料制备细长条状惰性阳极试样,研究了颗粒表面金属镀层对金属陶瓷材料中金属网状结构形成及阳极材料导电性、抗弯强度的影响。研究结果发现:随着镀镍颗粒含量增加,阳极试样的气孔率逐渐增大;抗弯强度呈现先增大后减小的趋势,镀镍颗粒添加量为60%时,材料的抗弯强度最大为89.1384MPa;镀Ni颗粒含量增多,材料内部金属网状结构愈加完善,金属陶瓷的导电率大幅度提高。当镀Ni颗粒添加量为70%时,常温导电率达到最大为20000S·cm-1。(4)在上述研究基础上,以镀Ni颗粒、金属Ni粉、NiFe2O4细粉为原料,按照一定比例进行粒度级配,经球磨混料、冷等静压、氩气保护性气氛烧结,制备尺寸为Φ50×40mm金属陶瓷惰性阳极,并进行电解腐蚀实验,实验结果表明:电解过程中槽电压平稳,阳极的导电性较好,电解24h后,阳极表面出现腐蚀痕迹,但阳极试样尺寸没有变化,表现出较好的抗热震性和耐熔盐腐蚀性,面扫结果表明:高导电率的阳极试样耐蚀性并没有降低。
【图文】：

化学镀镍,实验装置,烧杯,标准溶液

第２章实验中变化过快。实验使用容量为丨Ｌ的烧杯配制总体积为５２．６Ｈ２０、ＮａＨ２Ｐ0２．Ｈ２0、Ｃ６Ｈ５Ｎａ３0７．２Ｈ２0、ＣＨ３ＣＯＯＮａ邋８０ｇ／Ｌ、２５０ｇ／Ｌ、１５０ｇ／Ｌ，置于１Ｌ容量瓶中。逡逑0标准溶液ｌ00ｍｌ倒入１Ｌ烧杯中，再分别称取Ｃ３Ｈ６0３ｌ７．２Ｈ２0和ＣＨｊＣＯＯＮａ标准溶液各５０ｍｌ倒入烧杯中，，均温水浴锅中加热，滴加氨水调节ｐＨ值。逡逑３。逡逑

装置图,气孔率,装置图

瓷材料的密度和气孔率可以反应出材料显微结构中气相所占比例。作为陶瓷基材逡逑料结构特征的标志，气孔率显著地影响材料的力学、物理、化学等性能。本实验逡逑采用阿基米德排水法测定阳极试样的气孔率。实验装置如图２．５所示。逡逑１逡逑ｎ逦逦一＂＂＂＂２逡逑ｒ杰逡逑１．支架２．细线３．试样４．烧杯５．电子天平逡逑图２．５测量气孔率装置图逡逑Ｆｉｇ．邋２．５邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｍｅａｓｕｒｉｎｇ邋ｐｏｒｏｓｉｔｙ逡逑具体操作步骤如下：逡逑（１）
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF821

【参考文献】