《具有硼化鈦-碳塗層的電解陰極及其製備方法》是雲南雲鋁潤鑫鋁業有限公司於2011年9月16日申請的發明專利，該專利申請號為201110274580X，公布號為CN102304725B，公布日為2012年1月4日，發明人是謝剛、蘇其軍、楊萬章、俞小花、於站良、邢大慶、楊金星、楊軍龍、周旭。該發明涉及一種電解陰極，特別涉及一種具有硼化鈦-碳塗層的電解陰極，屬於電解技術領域。
《具有硼化鈦-碳塗層的電解陰極及其製備方法》其特徵在於陰極表面塗有其成分為下列質量百分比的塗層：TiB220～22%，環氧樹脂15～20%，二乙烯三胺24～27%，碳纖維0.3～0.8%，餘量為石墨粉。該發明鋁電解陰極的製備方法是：將上述原料充分混合後，均勻塗於陰極表面，從常溫加熱到150℃進行固化，即得到具有硼化鈦-碳塗層的電解陰極。該發明充分利用鋁液與陰極的良好濕潤性，使氧化鋁沉澱物不易停留在陰極表面，而生成沉澱或結殼，使電流分布均勻，減少磁場對鋁液的擾動，提高電流效率、降低能耗、延長電解槽使用壽命，同時能適當降低鋁水平和極距，有利於降低鋁電解槽平均工作電壓及二次反應機率，改善鋁電解生產，提高鋁產品的質量。
2017年12月，《具有硼化鈦-碳塗層的電解陰極及其製備方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《具有硼化鈦-碳塗層的電解陰極及其製備方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：具有硼化鈦-碳塗層的電解陰極及其製備方法
- 地址：雲南省紅河哈尼族彝族自治州箇舊市大屯紅河工業園區內
- 申請人：雲南雲鋁潤鑫鋁業有限公司
- 申請號：201110274580X
- 申請日：2011年9月16日
- 公布號：CN102304725B
- 公布日：2012年1月4日
- 發明人：謝剛、蘇其軍、楊萬章、俞小花、於站良、邢大慶、楊金星、楊軍龍、周旭
- 代理人：徐玲菊
- 代理機構：昆明正原專利代理有限責任公司
- 類別：發明專利
- Int. Cl.：C25C3/08（2006.01）I
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
冰晶石—氧化鋁熔鹽電解法是2011年9月之後鋁工業的冶煉方法，現行的炭素陰極對熔融金屬鋁不潤濕，為了保持熔融金屬鋁陰極表面的平穩，現行鋁電解槽中必須存留相當厚度的鋁液，因金屬鋁液是槽內的導電流體，受強磁場的作用，導電流體中感應產生電磁力，使鋁液產生流動、波動和隆起，這不僅使得陰、陽極間必須維持較高的極距，增大鋁的二次反應損失，使電流效率降低，增大直流電單耗。另外，炭素陰極表面易形成槽底沉澱，引起陰極電壓降增大、電流分布不均，生產不穩定，最終導致陰極的膨脹、破損等，影響了電解槽的正常壽命。
發明內容
專利目的
《具有硼化鈦-碳塗層的電解陰極及其製備方法》以實現鋁電解低極距操作，提高炭素陰極對熔融金屬鋁的潤濕性，達到提高電流效率、降低能耗、延長電解槽使用壽命的目的。
技術方案
《具有硼化鈦-碳塗層的電解陰極及其製備方法》其特徵在於陰極表面塗有其成分為下列質量百分比的塗層：TiB220～22%，環氧樹脂15～20%，二乙烯三胺24～27%，碳纖維0.3～0.8%，餘量為石墨粉。
所述塗層的厚度為3～8毫米。
該發明提供的鋁電解陰極經過下列工藝步驟製備：
A、按下列質量百分比備料：TiB220～22%，環氧樹脂15～20%，二乙烯三胺24～27%，碳纖維0.3～0.8%，餘量為石墨粉；
B、將步驟A的原料充分混合後，均勻塗於陰極表面，其塗層厚度為3～8毫米，得表面有塗層的陰極；
C、將步驟B所得陰極按照下列方法加熱固化：從常溫加熱4±0.2小時至溫度達到100℃，在100±2℃下焙燒4小時，之後加熱到150℃，使塗層固化，即得到具有硼化鈦-碳塗層的電解陰極。
所述步驟C的加熱、焙燒是在常規焙燒爐中進行的。
改善效果
《具有硼化鈦-碳塗層的電解陰極及其製備方法》與2011年9月之前已有的技術相比，具有下列優點和有益效果：
（1）在鋁電解槽溝槽、伸縮縫以及陰極表面塗覆硼化鈦-碳塗層，一方面降低鋁液從伸縮縫滲漏，另一方面充分利用鋁液與陰極的良好濕潤性，能夠減少電解質和金屬鈉對陰極的滲透與破壞，以提高電解槽的使用壽命。
（2）利用熔融鋁液與硼化鈦陰極表面能夠很好地潤濕，可有效減弱鋁液波動所致的波峰這一性質，適當降低鋁水平和極距，有利於降低鋁電解槽平均工作電壓及二次反應機率，改善鋁電解生產經濟技術指標。
（3）套用硼化鈦-碳塗層技術能規整鋁電解槽爐膛。由於鋁液能夠良好地濕潤惰性陰極，使電解槽內氧化鋁沉澱物不易停留在陰極表面，因而在陰極表面不易生成沉澱或結殼，能使爐膛規整，使電流分布均勻，減少磁場對鋁液的擾動，減緩二次反應過程，提高電流效率，也能改善鋁的質量。爐底沉澱和結殼的減少，使得爐底電壓降降低，有效降低能耗。
附圖說明
圖1是硼化鈦-碳塗層的固化曲線圖。
圖1
權利要求
1.一種具有硼化鈦-碳塗層的電解陰極，包括陰極，其特徵在於，陰極表面塗有其成分為下列質量百分比的塗層：TiB220～22%，環氧樹脂15～20%，二乙烯三胺24～27%，碳纖維0.3～0.8%，餘量為石墨粉。
2.根據權利要求1所述的電解陰極，其特徵是所述塗層的厚度為3～8毫米。
3.一種如權利要求1或2所述的鋁電解陰極的製備方法，其特徵是經過下列工藝步驟：
A、按下列質量百分比備料：TiB220～22%，環氧樹脂15～20%，二乙烯三胺24～27%，碳纖維0.3～0.8%，餘量為石墨粉；
B、將步驟A的原料充分混合後，均勻塗於陰極表面，其塗層厚度為3～8毫米，得表面有塗層的陰極；
C、將步驟B所得陰極按照下列方法加熱固化：從常溫加熱4±0.2小時至溫度達到100℃，在100±2℃下焙燒4小時，之後加熱到150℃，使塗層固化，即得到具有硼化鈦-碳塗層的電解陰極。
實施方式
實施例1
硼化鈦-碳塗層的具體製備步驟如下：
A、按下列成分備料：硼化鈦2千克，環氧樹脂2千克，二乙烯三胺2.4千克，碳纖維0.5千克，石墨粉3.1千克，得總重量為10千克的原料，將石墨、硼化鈦、碳纖維放入容器，攪拌均勻，得固體物料；將二乙烯三胺裝入液體容器，加入環氧樹脂，攪拌均勻，得液體物料；把固體物料緩慢倒入液體物料中，邊加入邊攪拌，直至固體物料完全均勻地混合溶解在液體物料中，這樣就形成硼化鈦-碳塗料；
B、將步驟A配好的硼化鈦-碳塗料均勻的塗在整個陰極表面，厚度為3毫米,蘸少許二乙烯三胺抹平表面，使整個面細膩、光滑、平整；
C、如圖1所示，將步驟B製得的陰極放入焙燒爐中，經過4小時從常溫加熱到100℃，在100±2℃焙燒4小時，然後加熱到150℃，使塗層固化，即得到具有硼化鈦-碳塗層的電解陰極。
實施例2
硼化鈦-碳塗層的具體製備步驟如下：
A、按下列成分備料：硼化鈦2.2千克，環氧樹脂1.5千克，二乙烯三胺2.4千克，碳纖維0.8千克，石墨粉3.1千克，得總重量為10千克的原料；將石墨、硼化鈦、碳纖維放入容器，攪拌均勻，得固體物料；將二乙烯三胺裝入液體容器，加入環氧樹脂，攪拌均勻，得液體物料；把固體物料緩慢倒入液體物料中，邊加入邊攪拌，直至固體物料完全均勻地混合溶解在液體物料中，從而形成硼化鈦塗料；
B、將步驟A配好的硼化鈦-碳塗料均勻的塗在整個陰極表面，厚度為8毫米，蘸少許二乙烯三胺抹平表面，使整個面細膩、光滑、平整；
C、如圖1所示，將步驟B製得的陰極放入焙燒爐中，經過4小時從常溫加熱到100℃，在100±2℃焙燒4小時，然後加熱到150℃，使塗層固化，即得到具有硼化鈦-碳塗層的電解陰極。
實施例3
硼化鈦-碳塗層的具體製備步驟如下：
A、按下列成分備料：硼化鈦2.1千克，環氧樹脂1.7千克，二乙烯三胺2.5千克，碳纖維0.3千克，石墨粉3.4千克，得總重量為10千克的原料；將石墨、硼化鈦、碳纖維放入容器，攪拌均勻，得固體物料；將二乙烯三胺裝入液體容器，加入環氧樹脂，攪拌均勻，得液體物料；把固體物料緩慢倒入液體物料中，邊加入邊攪拌，直至固體物料完全均勻地混合溶解在液體物料中，從而形成硼化鈦塗料；
B、將步驟A配好的硼化鈦-碳塗料均勻的塗在整個陰極表面，厚度為5毫米，蘸少許二乙烯三胺抹平表面，使整個面細膩、光滑、平整；
C、如圖1所示，將步驟B製得的陰極放入焙燒爐中，經過4小時從常溫加熱到100℃，在100±2℃焙燒4小時，然後加熱到150℃，使塗層固化，即得到具有硼化鈦-碳塗層的電解陰極。
榮譽表彰
2017年12月，《具有硼化鈦-碳塗層的電解陰極及其製備方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
