专利名称：一种低电压电冶金和电化学电极的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种低电压电冶金和电化学电极，用于电化学和电冶金技术的电极领域。
背景技术：
在电化学和电冶金的电解池中，长期以来，石墨是使用最广泛的电极材料，但石墨多孔，机械强度差，且容易氧化成二氧化碳，在电解过程中不断地被腐蚀剥落，使电极间距逐渐增大，槽电压升高。阴、阳两极间距是影响槽电压的重要因素之一，随极间距增大， 槽内欧姆电压降增大，槽电压升高。尤其是在大电流工作时，这种电压损失更为严重。鉴于尚未寻找到适宜的材料，惰性阳极没有在工业上应用，故仍采用阳极炭块。那么在电冶金过程中不可避免地产生二氧化碳和一氧化碳气体，气体析出的电极表面上常附有气泡，会降低电极的工作表面积；另外，在电极附近的溶液中也会充有气泡，增大溶液电阻，这种现象称“气泡效应”。如何使气体快速从阳极底部排除，降低阳极的过电压，从而可以起到节省电能的作用，目前尚未有电冶金工业运行的可靠技术。电解池阴极目前国内采用的变截面异形钢棒、加大材料横截面面积和涂TiB涂层阴极，由于变截面异形钢棒加工难度大，相应的碳块加工难度也大，成本较高，目前尚未大批量应用；加大材料横截面面积能减少欧姆压降，但相应的碳块尺寸也可增加，只能起到低电阻的作用，没法改善电解池的物理场，改善电压的作用不明显；TiB涂层阴极比较可行，太价格昂贵，无法大规模工业应用。
发明内容本实用新型针对现有技术不足，提出一种低电压电冶金和电化学电极，阴极导电棒表面局部采用喷涂技术和纳米陶瓷技术涂过渡保护膜和纳米复合材料层，使整个电极的电阻一致，电压稳定，可以有效改善电解池的物理场，达到增加垂直磁场、减小水平电流及改善电解质的流动作用。本实用新型所采用的技术方案—种低电压电冶金和电化学电极，包括开槽阳极和阴极，所述阴极包括阴极碳块和导电棒，阴极碳块上开设槽沟或孔，不改变阴极碳块尺寸和开槽沟或孔方式，在导电棒表面局部采用纳米复合材料喷涂一层过渡保护膜层，所述过渡保护膜层厚度在5 μ m-20 μ m,过渡保护膜层表干后再涂一层纳米复合材料层，所述纳米复合材料层厚度为20 μ m-50 μ m0所述的低电压电冶金和电化学电极，开槽阳极包括阳极碳块和阳极钢爪，在不增加阳极碳块下部外表面积的情况下，在阳极碳块上设有两道与电解槽中缝方向一致的盲形缝，所述盲形缝封闭端约30mm-60mm,宽度在8_12mm,深度在200mm-300mm,所述阳极钢爪的直径为Φ150、Φ160、Φ170或Φ 180，阳极钢爪分为三爪、四爪、六爪或八爪。所述的低电压电冶金和电化学电极，高温高导电铁基合金材料的导电棒表面采用纳米复合材料喷涂的位置是根据温度梯度和水平电流密度进行局部“U”型截面喷涂，喷涂的长度根据不同的电解池尺寸大小而不同，“U”型截面起点距导电棒端部80-150mm，总长度不大于1000mm。所述的低电压电冶金和电化学电极，阴极导电棒和/或阳极钢爪可采用高温高导电铁基合金材料制作，阴极碳块上导电棒安装时，槽沟或孔底部干铺设O. 5-2mm的石墨粉，厚度要均匀。本实用新型的有益效果I、本实用新型低电压电冶金和电化学电极，表面局部采用喷涂技术和纳米陶瓷技术涂一层过渡保护膜，厚度在5 μ m-20 μ m,表干后再涂一种纳米复合材料，厚度为20 μ m-50 μ m，使整个电极的电阻一致和电压稳定，可以有效改善电解池的物理场，达到增加垂 直磁场、减小水平电流及改善电解质的流动作用。阴极导电棒可采用高温高导电铁基合金材料制作，组成高温高导电铁基合金组合阴极，能够降低电解的欧姆压降，有助于气泡从阳极底部排除，使液面稳定，降低极距，从而达到低电压。2、本实用新型低电压电冶金和电化学电极，在不增加阳极碳块下部外表面积的前提下，通过两道与电解槽中缝方向一致的盲形缝，增加了阳极碳块与电解质熔液的接触面积，有助于降低阳极的热应力，防止阳极开裂；同时还有助于气泡从阳极底部排除，改善电解槽的稳定性和降低电解槽压降。通过增加阳极碳块与电解质熔液的接触面积，同时对阳极底面的分割，使每块阳极底面积缩小，综小了阳极碳块的底掌中心到边缘的距离，降低了阳极的热应力。3、本实用新型低电压电冶金和电化学电极，由于组合阴极自身的电导率高，欧姆压降小，且在高温下电导率的温度系数较小，因此可以使电解池的物理场较稳定，同时加上开槽阳极减小气膜电阻，可降低阳极过电压、降低阳极电流密度和减少阳极效应的发生，以上两种作用的组合结果使电解质液面稳定，可有效降低极距，通过降低极距与电流效率变化和电压稳定达到低电压生产，从而达到节电的效果。4、本实用新型低电压电冶金和电化学电极，可以降低阳极的实际电流密度，减少阳极效应的发生。由于阳极气体大部分从中缝排出，上升的气流与下沉的电解质相遇，对下沉的电解质起到了上托作用，延长了电解质的溶解时间，减少了电解的沉淀。开槽阳极和组合阴极可组合使用，也可单独使用，均可改变电冶金和电化学电解池的物理场使液面稳定，降低极距，从而达到低电压。
图I :低电压电冶金和电化学电极的阴极剖面图；图2 :高温高导电铁基合金材料的导电棒结构主视图；图3 :高温高导电铁基合金材料的导电棒结构仰视图；图4 :高温高导电铁基合金材料的导电棒结构右视图；图5 :低电压电冶金和电化学电极的阳极结构示意图。图I 图4中，标号I为纳米复合材料过渡层，2为纳米复合材料涂层，3为高温高导电铁基合金材料的导电棒，4为石墨粉，5为阴极碳块；图5中，标号6为阳极吊孔，7为阳极导杆，8为铝钢爆炸块，9为高温高导电铁基合金材料的阳极钢爪，10为磷生铁，11为碳碗，12为阳极碳块。
具体实施方式
实施例一参见图I 图4。本实用新型低电压电冶金和电化学电极，包括开槽阳极和阴极，所述阴极包括阴极碳块5和导电棒3，在不改变阴极碳块尺寸和开槽沟或孔方式的情况下，在导电棒3表面局部采用纳米复合材料喷涂一层过渡保护膜层1，所述过渡保护膜层厚度在5 μ m-20 μ m，过渡保护膜层表干后再涂一层纳米复合材料层2，所述纳米复合材料层厚度为20 μ m -50 μ m。前述描述见图4。图2为导电棒结构主视图，图3为导电棒结构仰视图，图4为导电棒结构右视图。 阴极导电棒可采用高温高导电铁基合金材料制作，表面局部采用喷涂技术和纳米陶瓷技术涂一层过渡保护膜，厚度在5 μ m-20 μ m，表干后再涂一种纳米复合材料，厚度为20 μ m -50 μ m,使整个电极的电阻一致和电压稳定，可以有效改善电解池的物理场，达到增加垂直磁场、减小水平电流及改善电解质的流动作用。该高温高导电铁基合金组合阴极能够降低电解的欧姆压降，有助于气泡从阳极底部排除，使液面稳定，降低极距，从而达到低电压。所述高温高导电铁基合金组合阴极在400°C时的电导率约为11. 5%IACS或最高的电导率，在500°C时的电导率约为7. 6%IACS或最高的电导率，其电导率受温度影响相对较小，是传统优质碳素钢在相应温度下的2. 4-3. 4倍以上；在4001 _500°C时的线胀系数分别是铜的70%-75%，是铝的51%-53%。可应用于高温环境，是传统优质碳素钢材料增加40%_50%的电导率，若在槽底部铺设的碳粉，采用此高温高导电率的铁基合金组合阴极效果更佳。实施例二 参见图5，本实施例的低电压电冶金和电化学电极，与实施例一不同的是所述开槽阳极包括阳极碳块12和阳极钢爪9，不增加阳极碳块下部外表面积，在阳极碳块上设有两道与电解槽中缝方向一致的盲形缝，所述盲形缝封闭端约30mm-60mm，宽度在8-12_，深度在200mm-300mm，所述极钢爪直径为Φ 150、Φ 160、Φ 170或Φ 180，阳极钢爪分为三爪、四爪、六爪或八爪。所述阳极钢爪可采用高温高导电铁基合金材料制作。图5中，标号6为阳极吊孔，7为阳极导杆，8为铝钢爆炸块，9为阳极钢爪，10为磷生铁，11为碳碗，12为阳极碳块。所述碳碗11设于阳极碳块12顶部，碳碗11内铺设磷生铁材料层，阳极钢爪9通过磷生铁安装于阳极碳块12顶部的碳碗内。本实用新型低电压电冶金和电化学电极，开槽阳极增加了阳极碳块与电解质熔液的接触面积，同时对阳极底面的分割，使每块阳极底面积缩小，综小了阳极碳块的底掌中心到边缘的距离，有助于降低阳极的热应力，防止阳极开裂；另外还有助于气泡从阳极底部排除，改善电解槽的稳定性和降低电解槽压降。降低阳极导电装置的内在电阻，减小电流损耗。实施例三参见图1，本实施例的低电压电冶金和电化学电极，与实施例一或实施例二不同的是阴极碳块3上导电棒安装时，槽沟或孔底部干铺设O. 5-2mm的石墨粉层，所述石墨粉层铺设厚度均匀。[0031 ] 本实用新型低电压电冶金和电化学电极，导电棒表面采用纳米复合材料喷涂的位置是根据温度梯度和水平电流密度进行局部“U”型截面喷涂，喷涂的长度根据不同的电解池尺寸大小而不同，“U”型截面起点距导电棒端部80-150mm，总长度不大于1000mm 。
权利要求1.一种低电压电冶金和电化学电极，包括开槽阳极和阴极，所述阴极包括阴极碳块和导电棒，阴极碳块上开设槽沟或孔，其特征是不改变阴极碳块尺寸和开槽沟或孔方式，在所述导电棒表面局部采用纳米复合材料喷涂一层过渡保护膜层，所述过渡保护膜层厚度在5 μ m-20 μ m，过渡保护膜层表干后再涂一层纳米复合材料层，所述纳米复合材料层厚度为20 μ m -50 μ m。
2.根据权利要求I所述的低电压电冶金和电化学电极，其特征是所述开槽阳极包括阳极碳块和阳极钢爪，在阳极碳块上设有两道与电解槽中缝方向一致的盲形缝，所述盲形缝封闭端约30mm-60mm,宽度在8_12mm,深度在200mm-300mm,所述阳极钢爪的直径为Φ 150、Φ 160、Φ 170或Φ 180，阳极钢爪分为三爪、四爪、六爪或八爪。
3.根据权利要求I所述的低电压电冶金和电化学电极，其特征是导电棒表面采用纳米复合材料喷涂的位置是根据温度梯度和水平电流密度进行局部“U”型截面喷涂，喷涂的长度根据不同的电解池尺寸大小而不同，“U”型截面起点距导电棒端部80-150mm，总长度不大于 1000mm。
4.根据权利要求2所述的低电压电冶金和电化学电极，其特征是导电棒表面采用纳米复合材料喷涂的位置是根据温度梯度和水平电流密度进行局部“U”型截面喷涂，喷涂的长度根据不同的电解池尺寸大小而不同，“U”型截面起点距导电棒端部80-150mm，总长度不大于 1000mm。
5.根据权利要求I 4任一项所述的低电压电冶金和电化学电极，其特征是所述导电棒采用高温高导电铁基合金材料制作，阴极碳块上导电棒安装时，槽沟或孔底部干铺设O.5-2mm的石墨粉。
6.根据权利要求2或4所述的低电压电冶金和电化学电极，其特征是所述阳极钢爪采用高温高导电铁基合金材料制作。
专利摘要本实用新型涉及一种用于电化学和电冶金技术的电极。一种低电压电冶金和电化学电极，包括开槽阳极和阴极，所述阴极包括阴极碳块和导电棒，阴极碳块上开设槽沟或孔，不改变阴极碳块尺寸和开槽沟或孔方式，在导电棒表面局部采用纳米复合材料喷涂一层过渡保护膜层，所述过渡保护膜层厚度在5μm-20μm，过渡保护膜层表干后再涂一层纳米复合材料层，所述纳米复合材料层厚度为20μm-50μm。本实用新型整个电极电阻一致，电压稳定，可以有效改善电解池的物理场，达到增加垂直磁场、减小水平电流及改善电解质的流动作用。
文档编号C25C7/02GK202610344SQ20122024313
公开日2012年12月19日 申请日期2012年5月28日 优先权日2012年5月28日
发明者毕和清, 牛自院 申请人:毕和清