鋁電解用惰性陰極(inert cathode used in a-luminium electrolysis)是指鋁電解槽中和電源正極相聯，不為鋁液和電解質侵蝕的電極。為試驗中的鋁電解槽部件。鋁電解槽實際的陰極界面是鋁液鏡面。此鋁液層對碳槽底濕潤不良，因而有沉澱物積聚在碳槽底上，導致電壓降增大，電耗量增多。鋁用惰性陰極是在原有的碳槽底上敷一層能被鋁液濕潤並能耐鋁液和冰晶石熔體侵蝕的情性材料，此種惰性陰極由於能被鋁液濕潤，沉澱物不會在其上積聚。鋁電解槽使用惰性陰極因可節省電能並提高電流效率，從而受到重視。
基本介紹
- 中文名：鋁電解用惰性陰極
- 外文名：inert cathode used in a-luminium electrolysis
- 學科：冶金工程
- 領域：能源
- 範圍：冶煉
- 用於：鋁電解槽
簡介,砌塊型,塗層型,
簡介
鋁電解用惰性陰極(inert cathode used in a-luminium electrolysis)是指鋁電解槽中和電源正極相聯，不為鋁液和電解質侵蝕的電極。為試驗中的鋁電解槽部件。鋁電解槽實際的陰極界面是鋁液鏡面。此鋁液層對碳槽底濕潤不良，因而有沉澱物積聚在碳槽底上，導致電壓降增大，電耗量增多。鋁用惰性陰極是在原有的碳槽底上敷一層能被鋁液濕潤並能耐鋁液和冰晶石熔體侵蝕的情性材料，此種惰性陰極由於能被鋁液濕潤，沉澱物不會在其上積聚。鋁電解槽使用惰性陰極因可節省電能並提高電流效率，從而受到重視。
20世紀50年代以來，人們對鋁電解用惰性陰極材料進行了廣泛研究，發現元素周期表從第Ⅳ到第Ⅵ族過渡金屬的硼化物、碳化物、矽化物和氮化物均具有電阻率和導熱係數低、能耐電解質和鋁液的侵蝕並能被鋁液很好地潤濕等性能，適宜製作惰性陰極。這類材料屬於高熔點硬質金屬(RHM)，其中尤以硼化鈦惰性陰極被研究得最多，其結構形式有砌塊型和塗層型兩類。
砌塊型
是以硼化鈦為主要原料製成的TiB2/C複合材料塊體，砌築在碳槽底上，製成傾斜式惰性陰極。因為鋁與其潤濕性好，惰性陰極表面被一層鋁膜緊緊粘附，電解出來的鋁可連續從表面排走，極間距降至2-3cm也不會影響鋁電解電流效率。由石墨和碳化矽混合物材成的表面塗復硼化鈦，其密度為2280kg/m，介於鋁液和電解質熔體的密度之間，在鋁電解時懸浮於鋁液和電解質液界面而能提高鋁電解電流效率。
塗層型
塗層方法有氣相沉積法、等離子噴塗法、電化學沉積法或物理塗抹法等。用這些方法在陰極碳塊上覆蓋一層而化鈦塗料層，可以解決砌塊成本高、抗熱展性能差和易脆碎等問題。塗層料的一種製備方法是以硼化欽粉、碳質水泥、碳纖維等為填充料，熱固性樹脂為粘結劑，按一定比例配合成的塗料，直接塗刷到碳槽底的基體上，然後經固化和碳化成較為堅韌的表面層。1984年，美國在裝有這種惰性陰極的12台電解槽上，進行了為期18個月的鋁電解試驗證明效果很好，鋁電解槽採用了塗復硼化社塗層的情性陰極後。陰極電流分布更均勻，槽底無沉澱物積聚，鋁液面平穩，公斤鋁的電耗降低約3.3kW/h，增產鋁約2%，電解槽使用壽命延長至5-7a，惰性陰極未能在鋁電解槽中推廣套用，可能與硼化鈦的價格高、固化和碳化的溫度高和塗層料與碳槽底基體的熱膨脹性能並不完全匹配等原因有關。
