一种铝电解用惰性阳极材料及其制造方法

专利名称：一种铝电解用惰性阳极材料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种耐高温熔盐腐蚀的阳极材料，特别是涉及一种铝电解用惰性阳极材料。
背景技术：
自1886年霍尔-赫鲁特法发明以来，它己被用于生产几乎全部的商业用铝。尽管这一方 法自发明以来，许多工艺参数已得到优化，但其基本特点仍然一样，阳极都是碳素阳极。在 碳阳极制作过程中产生大量沥青烟气。在电解过程中，阳极上析出的氧气与碳阳极发生反应，生成大量的C02和CO气体，目前的预焙阳极铝电解槽每生产1吨原铝产生1.54吨C02;同 时阳极碳还会在发生阳极效应时与电解液中的氟反应生成CF4和C2F6气体，这些气体排入大气中，对环境造成严重污染。C02气体是温室效应气体，破坏臭氧层；沥青烟气和氟化碳气 体是致癌气体。碳素阳极不断消耗，更换频率高，极距难以控制。为了消除铝电解对环境的 污染和提高铝电解工艺水平，急需寻找更好的阳极材料。经过多年的研究发现，惰性阳极是 铝电解的理想阳极。采用惰性阳极具有以下优势:(l)经济优势。节约阳极碳耗400 500kg/t.Al， 占电解铝生产成本的12%~15%;降低电解工艺能耗，包括生产碳阳极的能耗，总节能达 5%~32%;节约了更换阳极时劳动力的消耗；02可作为副产品销售，其价值约为电解铝的3%。(2)环保优势。因为阳极没有碳参与反应，不再产生C02气体，不再产生CF4和C2F6气体；不再生产碳阳极，因此不再排放沥青烟气，不再破坏我们赖以生存的环境。当前，铝电解惰性阳极材料作为铝电解行业的研究热点，已经在许多技术领域形成了一 系列的知识产权保护。现有的专利技术在氧化物陶瓷、金属合金和金属陶瓷等三类铝电解惰 性阳极材料的研究取得了较大进展。1) 氧化物陶瓷典型的氧化物陶瓷有两类 一种是尖晶石型惰性阳极材料如NixFe3-x04;另一种是Sn02 基惰性阳极。这些材料的优点是抗腐蚀性能好，如96y。Sn02 + 2。/。Sb203 + 2。/。CuO的腐蚀率为 2cm/年。但是，导电性、抗热震性、力学性能和焊接性能较差，难以大型化等问题限制了此 类材料的应用。CSIRO公司于1993~1996年进行了 Sn02基阳极的试验，在低温、低分子比 下电解，试验阳极的腐蚀率为20mm/年；但是，在扩大试验方面遇到了困难。2) 金属合金阳极近来，合金惰性阳极材料主要是Cu-Al及其派生的Cu-Al-Ni-Fe系列合金。这种金属电 极的强度高、不脆裂、导电性好、抗热震性强。在进行高温电解时这类合金表面可生成氧化物保护膜。合金表面形成的致密Al203膜足以保证基体合金免遭腐蚀，八1203膜的不断溶解使其维持薄层，保证较好的导电性能。该类材料的问题是，现在的合金材料还不能完全满足高温电解时，熔融盐液对材料的腐蚀要求，造成电解铝产品内的金属杂质增多。 3)金属陶瓷金属陶瓷不但兼顾了陶瓷的强抗腐蚀性、抗氧化高温稳定性和金属的良好导电性，而且 改善了阳极的抗热震性及其与阳极导杆的连接性能，融合了金属和氧化物陶瓷的优良性能， 使其更适合做铝电解惰性阳极材料。1. NiFe204-CuO-Cu型金属陶瓷1997年V.Blinov等人研究了将NiFe204+l 8。/。CuO+17。/。Cu应用于低温电解铝生产方面的实 验，他们选择的电解质为BaF2-NaF-AlF3-Al203，操作温度为80(TC，阳极电流密度为0.2A/cm2， 经过134小时的电解试验后，发现同样的氧化物陶瓷电极在80(TC低温铝电解质中比在95(rC工 业铝电解质中腐蚀慢得多，但是同样阳极尺寸不能做得太大，否则腐蚀得很快。V.Blinov的 创新无疑为惰性阳极的研究提供了一个新思路，即惰性电极的研究怎样与低温铝电解质结合 来推动电解铝工业的进展。2. NiO-Fe203-Cu型金属陶瓷一种金属陶瓷是由含有铜基金属相的NiO和NiFe204组成，它兼有陶瓷的抗腐蚀和氧化和 金属良好的导电性和抗热震性的优点。氧化物基体提供一个包含电导体铜基金属相的抗腐蚀 网，当金属相极化时会形成一层保护膜,使金属阳极免于电解质的腐蚀，这样的金属陶瓷阳极 在冰晶石基的高温系统和冰晶石一氧化铝低温系统的抗腐蚀率分别被测得为0.0015和 0.0005cm/h。 1993年，Reynolds关于应用NiFe204基惰性阳极于6KA电解槽的实验研究已见诸 于文献。实验采用的阳极组成为42.9wtn/。NiO-40.1wt。/oFe203-17wt。/。Cu，在980'C下烧结合成 NiFe204后与Cu混合，经冷压烧结成型后,得到的阳极材料密度为6.0g/cm3，这次实验采用的阳 极直径为15.24 11，阳极导杆采用不锈钢合金。为了提高阳极的耐蚀性，采用了高分子比电解 质(CR-3)和低电流密(0.5A/cm"等措施，以使导电性和耐蚀性进一步改善。阳极经过614小时 的实验，对电解槽的操作、原铝的质量及电极与导杆的连接等问题进行了考察。实验暴露出 的主要问题是大尺寸阳极的抗震性差，电极的耐蚀性还有待提高，导电杆的损坏严重等。3. NiFe204-NiO-Cu-Ag (Ni)型金属陶瓷为提高金属陶瓷的导电性，Alcoa通过添加Ag来改变其惰性阳极的组成。对于惰性阳极来 说，金属陶瓷中镍及铁的氧化物大约占50-卯wt。/。，铜和银或铜银合金含量最好能达到30wtW， 铜银合金含卯wtn/。铜和10wt。/。银。实验表明降低温度有利于提高电极的抗腐蚀性能， CR^.8-1.0时，电解温度为920。C最佳，电解质组成为6wt。/。CaF2和0.25wt。/。MgF2。金属陶瓷惰性阳极虽然研究的很多，也取得了很大的成绩，但一直没有工业化应用，主 要存在以下两大问题 一是其抗热震性能较差，当阳极在室温下浸入高温熔融电解液中时， 表面发生裂纹，甚至碎裂成小块落入槽底铝液中，使电解生产不能正常进行；二是NiFe204 尖晶石具有较低的强度和韧性，使得阳极试样在搬运和与导电杆的连接过程中容易碎裂。发明内容针对现有技术存在的问题，本发明提供一种不消耗或微消耗的新型陶瓷颗粒/金属/纤维 多相复合的用于铝电解惰性阳极材料及其制造方法，达到该材料能降低金属陶瓷惰性阳极连 续脆性陶瓷相的生成，提高惰性阳极的韧性、抗热震性、抗冲击性和耐腐蚀性能。这种阳极 在室温下浸入高温熔融电解液中时不再产生裂纹，在搬运和与导电杆的连接过程中也不容易 碎裂，可以满足铝电解工艺的要求。本发明铝电解用惰性阳极材料，包含有NiFe204陶瓷相、Ag粉或/和Cu粉金属相和纤维相， 特征在于NiFe204陶瓷相中添加有Mn02^/和V205,金属相中添加有Ag粉或/和Cu粉，纤维 相中加有至少一种碳化硅纤维、碳纤维、硼纤维和氮化硅纤维；NiFe204陶瓷相组成含量是 以NiO和Fe203为原料，按化学计量比合成NiFe204， NiO过量15 wt %;以NiO和Fe203总质 量为基准，添加0.5 2.5wtn/o的Mn02或/和1.0 3.0wtX的V205组成NiFe204尖晶石基料；以 MFe204尖晶石基料总质量为基准，加入5 15wty。的Ag粉、5 30wt。/。的Cu粉中的至少一种和 加入0.5 5wt。/。的碳化硅纤维、0.5~5城％的碳纤维、0.5 10wt。/。的硼纤维、0.5 10wt。/。的氮化 硅纤维中的至少一种。惰性阳极材料按粗颗粒料、中颗粒料和细粉料进行粒度级配。上述铝电解惰性阳极材料的制造方法，按如下步骤进行混料按合成NiFe204尖晶石化学计量比计算，称取NiO和Fe203，其中NiO过量15wt%， 加入占NiO和Fe203总质量0.5 2.5wt。/o的Mn02或/和1,0 3.0wt。/o的V205，混料12~24h;烘干混料后，在10(TC下烘干；研磨将烘干的块状料研磨后，通过孔径为60目的标准筛筛分造粒，然后加入混合料总质量5wt。/。的有机粘结剂聚乙烯醇并混合均匀；成型对混合后的物料在常温、40 80MPa下冷等静压成型或模压成型；预烧结将上述成型料在温度为900~1200°C、保温4~8h条件下预烧结，合成NiFe204尖晶石基料块体；破碎筛分将预烧结得到的镍铁尖晶石块体进行破碎，筛分成粗颗粒料、中颗粒料和细 粉料，作为制造惰性阳极的骨料；粒度级配依据惰性阳极材料尺寸与颗粒料粒径的对应关系分别称取粗颗粒料、中颗粒料和细粉料并进行粒度级配；配料与混料以上述粒度级配后的NiFe204尖晶石基料总质量为基准，加入5 15wt。/。的 Ag粉、5 30wt。/。的Cu粉中的至少一种和加入0.5~5 wt %的碳化硅纤维、0.5 5wt。/。的碳纤维、 0.5 10wt。/。的硼纤维、0.5 10wt。/。的氮化硅纤维中的至少一种，然后加入聚乙烯醇粘结剂，进 行混料；成型将上述混合均匀的物料在常温、120 200MPa下冷等静压或模压成型；烧结将成型后的团块放入烧结炉中，在氮气或氩气保护下，在1300 1450'C、保温4 12h条件下烧结，制成惰性阳极材料。惰性阳极材料按粒度级配，粗颗粒料占35~45wt%，中颗粒料占15~25wt%，细粉料占 35~45wt%。惰性阳极材料的尺寸分别为200mmX 300mmX 80mm、 400mmX 600mmX 100mm、 500mmX 1000mmX200mm。随着惰性阳极材料尺寸的增加，粗颗粒料和中颗粒料的粒径也 随之加大。依据惰性阳极材料尺寸为200mmx300mmx80mm时，粒度级配中粗颗粒粒径为 0.6~2.0mm ， 中颗粒料粒径为0.15~0.6mm ， 细粉料粒径<0.15mm ; 尺寸为 400mmx600mmxi00mm时，粒度级配中粗颗粒粒径为1.0~3.0mm，中颗粒料粒径为 0.15~1.0mm，细粉料粒径O.I5mm;尺寸为500mmxl000mmx200mm时，粒度级配中粗颗粒 粒径为2.0~4.0mm，中颗粒料粒径为0.15~2.0mm，细粉料粒径〈0.15mm。上述细粉料中，粒径小于1(rSmm的粉末含量大于或等于40wt。/0。每种规格阳极的配料方可根据选择的粒度级别进行细致调整。本发明与已有技术比较，具有如下特点和积极效果由于所提供的是一种新型陶瓷颗粒/金属/纤维多相复合材料惰性阳极，在电解过程中不 自耗或自耗很小，即可保证电解铝的纯度，又节约了碳资源；另一方面不再排放沥青烟气、 C02气体、CF4气体，避免了对环境的污染。本发明采用两步烧结，类似耐火材料方法制备惰 性阳极材料，提高了阳极材料韧性、抗热震性、抗冲击性和耐腐蚀性能。在烧结合成镍铁尖晶石骨料阶段，加入Mn02提高了阳极材料的致密度、线收縮率，降 低了材料的孔隙率、提高了扩散活化能，从而促进了烧结，并能提高材料的耐腐蚀性能；加 入V205有效地提高了材料耐腐蚀性能，并能改善金属相与陶瓷相的润湿性，从而改变了金属 银在陶瓷相中的分布状态，提高了惰性阳极的电导率。在惰性阳极成型阶段，采用粗颗粒料、 中颗粒和细粉料进行NiFe204尖晶石骨料的粒度级配，提高了惰性阳极的热稳定性，降低了 惰性阳极的成型内应力，也有利于提高惰性阳极的抗热震性和抗折强度；加入Cu粉和/或Ag 粉能够有效提高惰性阳极的导电性；加入碳化硅纤维、碳纤维、硼纤维、氮化硅纤维可以使 惰性阳极增韧，进一步提高惰性阳极的抗热震性和抗折强度。制成惰性阳极材料，检测结果 表明，惰性阳极材料腐蚀率降为纯MFe204尖晶石试样的1/10，导电能力比纯NiFe204尖晶石 提高了 50%，冲击韧性比纯NiFe204尖晶石提高了 200%，抗弯强度比纯NiFe204尖晶石提高 了 70%,经一次热震后强度保持率比纯NiFe204尖晶石提高了 25%。


图l是制备铝电解用惰性阳极材料的工艺流程框图。 具体实例以下实施例中所记载的原料NiO、 Fe203、 Mn02、 V205、 Ag粉、Cu粉、碳化硅纤维、碳纤维、硼纤维、氮化硅纤维及粘结剂聚乙烯醇等均为市场销售产品。 实施例h惰性阳极材料的制备过程可按图1的工艺流程进行，制备尺寸为200mmX300mmX80mm 的惰性阳极材料。称取8429gNiO、 15571gFe2O^B240.0gV2O5，混料12h， 100。C下烘干， 研磨成粉末状后，通过孔径为60目的标准筛筛分造粒，再加入1212.0g聚乙烯醇粘结剂，混 合均匀后，常温40MPa冷等静压成型，在硅碳棒炉内90(TC下进行预烧结，保温时间为8h, 合成NiFe204尖晶石基体材料。将预烧结得到的NiFe204尖晶石基体材料进行破碎，粒度级配 时粗颗粒料占35%，粒径为0.6~2.0mm;中颗粒料占25%，粒径为0.15~0.6mm;细粉料占40%， 粒径小于0.15mm,其中细粉料中粒径小于10'6111111的粉末占70%。在粒度级配后的物料中加 入1272.6gCu粉、127.26g碳化硅纤维和1272.6g聚乙烯醇粘结剂，混合均匀后在140 MPa下 冷等静压成型，然后在氮气保护的烧结炉内130(TC下进行烧结，保温12h，可制成惰性阳极 材料。 实施例2:惰性阳极材料的制备过程可按图1的工艺流程进行，制备尺寸为200mmX300mmX80mm 的惰性阳极材料。称取8429gNiO、 15571gFe203和120.0gMnO2，混料14h， 100。C下烘干， 研磨成粉末状后，通过孔径为60目的标准筛筛分造粒，再加入1206.0g的聚乙烯醇粘结剂， 混合均匀后，常温60MPa模压成型，在硅碳棒炉内1000。C下进行预烧结，保温时间为7h， 合成MFe204尖晶石基体材料。将预烧结得到的NiFe204尖晶石基体材料进行破碎，粒度级配 时粗颗粒料占40%，粒径为0.6~2.0mm;中颗粒料占15%，粒径为0.15~0.6mm;细粉料占45%, 粒径小于0.15mm。在粒度级配后的物料中加入1266.3gAg粉、126.63g碳纤维和1266.3g聚乙 烯醇粘结剂，混合均匀后在140MPa下模压成型，然后在氩气保护的烧结炉内1350。C下进行 烧结，保温10h，可制成惰性阳极材料。 实施例3:惰性阳极材料的制备过程可按图1的工艺流程进行，制备尺寸为200mmX300mmX80mm 的惰性阳极材料。称取8429gNiO、 15571g Fe203、 '360.0g V2O5和240.0gMnO2，混料16h， IO(TC下烘干，研磨成粉末状后，通过孔径为60目的标准筛筛分造粒，再加入1230.0g的聚 乙烯醇粘结剂，混合均匀后，常温80MPa冷等静压成型，在硅碳棒炉内120(TC下进行预烧结， 保温时间为4h，合成NiFe204尖晶石基体材料。将预烧结得到的NiFe204尖晶石基体材料进行 破碎，粒度级配时粗颗粒料占45%，粒径为0.6 2.0mrn;中颗粒料占20%,粒径为0.15 0.6mrn; 细粉料占30%，粒径小于0.15mm。在粒度级配后的物料中加入1285.5gCu粉、1285.5gAg粉、 128.55g硼纤维和1285.5g聚乙烯醇粘结剂，混合均匀后在160MPa下冷等静压成型，在氮气 保护的.烧结炉内145(TC下进行烧结，保温4h，可制成惰性阳极材料。 实施例4:惰性阳极材料的制备过程可按图1的工艺流程进行，制备尺寸为400mmX600mmX 100mm惰性阳极材料。称取42133gNiO、 77867gFe203、 2400.0gV2O^n 1800.0gMnO2，混料 18h， IOO'C下烘干，研磨成粉末状后，通过孔径为60目的标准筛筛分造粒，再加入6210.0g 的聚乙烯醇粘结剂，混合均匀后，常温75MPa冷等静压成型，在硅碳棒炉内IIOO'C下进行预 烧结，保温时间为7h，合成NiFe204尖晶石基体材料。将预烧结得到的NiFe204尖晶石基体材 料进行破碎，粒度级配时粗颗粒料占42%，粒径为1.0 3.0mrn;中颗粒料占15%，粒径为 0.15~1.0mm;细粉料占43%,粒径小于0.15mm，其中细粉料粒径小于10—6mm的粉末占60%。 在粒度级配后的物料中加入13041.0gAg粉、1304.1g氮化硅纤维和6520.5g聚乙烯醇粘结剂， 混合均匀后在180MPa下冷等静压成型，然后在氩气保护的烧结炉内145(TC下进行烧结，保 温6h，可制成惰性阳极材料。 实施例5:惰性阳极材料的制备过程可按图1的工艺流程进行，制备尺寸为400mmX600mmX IOO腿惰性阳极材料。称取42133gNiO、 77867gFe203、 3000.0g V205和2400.0gMnO2,混 料20h， IOO'C下烘干，研磨成粉末状后，通过孔径为60目的标准筛筛分造粒，再加入6270.0g 的聚乙烯醇粘结剂，混合均匀后，常温80MPa冷等静压成型，在硅碳棒炉内1150。C下进行预 烧结，保温时间为6h，合成NiFe204尖晶石基体材料。将预烧结得到的NiFe204尖晶石基体材 料进行破碎，粒度级配时粗颗粒料占37%，粒径为1.0~3.0mm;中颗粒料占24%，粒径为 0.15~1.0mm;细粉料占39%，粒径小于0.15mm。在粒度级配后的物料中加入6583.5gAg粉、 13167.0gCu粉、658.35g碳纤维、1316.7g碳化硅纤维和6583.5g聚乙烯醇粘结剂，混合均匀后 在200MPa冷等静压成型，然后在氮气保护的烧结炉内1380。C下进行烧结，保温8h，可制成 惰性阳极材料。 实施例6:惰性阳极材料的制备过程可按图1的工艺流程进行，制备尺寸为400mmX600mmX 100mm惰性阳极材料。称取42133gNiO、 77867g Fe203、 3600.0g V205和3000.0gMnO2，混 料22h， IO(TC下烘干，研磨成粉末状后，通过孔径为60目的标准筛筛分造粒，再加入6330.0g 的聚乙烯醇粘结剂，混合均匀后，常温80MPa模压成型，在硅碳棒炉内120(TC下进行预烧结， 保温时间为5h，合成NiFe204尖晶石基体材料。将预烧结得到的NiFe204尖晶石基体材料进行 破碎，粒度级配时粗颗粒料占43%，粒径为L0 3.0mm;中颗粒料占18%，粒径为0,15~1.0mm; 细粉料占39%,粒径小于0.15mm。在粒度级配后的物料中加入13293.0gAg粉、6646.5gCu 粉、1329.3g碳纤维、2658.6g碳化硅纤维、3987.9g硼纤维和6646.5g聚乙烯醇粘结剂，混合 均匀后在130MPa下模压成型，在氮气保护的烧结炉内1350。C下进行烧结，保温9h，可制成 惰性阳极材料。 实施例7:惰性阳极材料的制备过程可按图1的工艺流程进行，制备尺寸为500mmX1000mmX 200mm惰性阳极材料。称取175552gNiO、 324448g Fe203、 10000.Og V205禾B 5000.0gMnO2， 混料20h， IO(TC下烘干，研磨成粉末状后，通过孔径为60目的标准筛筛分造粒，再加入 25750.0g的聚乙烯醇粘结剂，混合均匀后，常温55MPa冷等静压成型，在硅碳棒炉内1050 'C下进行预烧结，保温时间为6h，合成NiFe204尖晶石基体材料。将预烧结得到的NiFe204 尖晶石基体材料进行破碎，粒度级配时粗颗粒料占36%，粒径为2.0 4.0rnrn;中颗粒料占24%， 粒径为0.15~2.0mm;细粉料占40%，粒径小于0.15mm。在粒度级配后的物料中加入 32445.0gAg粉、81112.5gCu粉、5407.5g碳纤维、5407.5g碳化硅纤维、5407.5g硼纤维、5407.5g 氮化硅纤维和27037.5g聚乙烯醇粘结剂，混合均匀后在150MPa下冷等静压成型，然后在氩 气保护的烧结炉内142(TC下进行烧结，保温6h，可制成惰性阳极材料。 实施例8:惰性阳极材料的制备过程可按图1的工艺流程进行，制备尺寸为500mmX1000mmX 200mm惰性阳极材料。称取175552gNiO、 F324448g Fe203、 15000.0g V205和5000.0gMnO2， 混料22h， IOO'C下烘干，研磨成粉末状后，通过孔径为60目的标准筛筛分造粒，再加入 26000.0g的聚乙烯醇粘结剂，混合均匀后，常温65MPa模压成型，在硅碳棒炉内1150'C下进 行预烧结，保温时间为5h，合成NiFe204尖晶石基体材料。将预烧结得到的NiFe204尖晶石基 体材料进行破碎，粒度级配时粗颗粒料占35%，粒径为2.0 4.0mm;中颗粒料占20%，粒径 为0.15 2.0mm;细粉料占45%，粒径小于0.15mm。在粒度级配后的物料中加入43680.0gAg 粉、54600.0gCu粉、5460.0g碳纤维、2730.0g硼纤维、5460.0g氮化硅纤维和27300.0g聚乙烯 醇粘结剂，混合均匀后在180MPa下模压成型，然后在氮气保护的烧结炉内1320'C下进行烧 结，保温llh，可制成惰性阳极材料。 实施例9:惰性阳极材料的制备过程可按图1的工艺流程进行，制备尺寸为500mmX1000mmX 200mm惰性阳极材料。称取175552gNiO、 324448g Fe203、 5000.0g V205和10000.0gMnO2， 混料24h, IO(TC下烘干，研磨成粉末状后，通过孔径为60目的标准筛筛分造粒，再加入 25750.0g的聚乙烯醇粘结剂，混合均匀后，常温80MPa冷等静压成型，在硅碳棒炉内1200 'C下进行预烧结，保温时间为5h，合成NiFe204尖晶石基体材料。将预烧结得到的MFe204 尖晶石基体材料进行破碎，粒度级配时粗颗粒料占38%，粒径为2.0~4.0mm;中颗粒料占18%， 粒径为0.15~2.0mm;细粉料占44%，粒径小于0.15,，其中细粉料粒径小于10—6mm的粉末 占50%。在粒度级配后的物料中加入64890.0gAg粉、10815.0g碳化硅纤维、21630.0g硼纤维 和27037.5g拜乙烯醇粘结剂，混合均匀后在200MPa下冷等静压成型，然后在氮气保护的烧 结炉内130(TC下进行烧结，保温12h，可制成惰性阳极材料。
权利要求
1、一种铝电解用惰性阳极材料，包含有NiFe2O4陶瓷相、Ag粉或/和Cu粉金属相和纤维相，其特征在于陶瓷相中还有MnO2或/和V2O5，纤维相中有至少一种碳化硅纤维、碳纤维、硼纤维或氮化硅纤维；陶瓷相NiFe2O4组成含量是以NiO和Fe2O3为原料，按化学计量比合成NiFe2O4尖晶石，NiO过量15wt％；以NiO和Fe2O3总质量为基准，添加0.5～2.5wt％的MnO2或/和1.0～3.0wt％的V2O5组成NiFe2O4尖晶石基料；以NiFe2O4尖晶石基料总质量为基准，加入5～15wt％的Ag粉、5～30wt％的Cu粉中的至少一种和加入0.5～5wt％的碳化硅纤维、0.5～5wt％的碳纤维、0.5～10wt％的硼纤维、0.5～10wt％的氮化硅纤维中的至少一种；惰性阳极材料按粗颗粒料、中颗粒料和细粉料粒度级配。
2、 按照权利要求1所述的铝电解用惰性阳极材料，其特征在于惰性阳极材料按粒度级配， 粗颗粒料占35~45wt%，中颗粒料占15~25wt%，细粉料占35~45wt%，细粉料粒径小于10—6mm 的粉末含量大于或等于40wt%。
3、 按照权利要求1或2所述的铝电解用惰性阳极材料，其特征在于惰性阳极材料按尺寸 分为200mmx300mmx80mm ，粒度级配粗颗粒粒径为0.6~2.0mm ，中颗粒料粒径为 (U5 0.6mm，细粉料粒径0.15mm:尺寸为400mmx600mmxl00mm，粒度级配粗颗粒粒径为 1.0~3.0mm ， 中颗粒料粒径为0.15~1.0mm ， 细粉料粒径<0.15mm ; 尺寸为 500mmxl000mmx200mm,粒度级配粗颗粒粒径为2.0~4.0mm，中颗粒料粒径为0.15~2.0mm， 细粉料粒径0.15mm。
4、 按照权利要求l所述的铝电解用惰性阳极材料的制造方法，其特征在于按如下步骤进行混料按合成NiFe204尖晶石化学计量比计算，称取NiO和Fe203，其中NiO过量15wt%， 加入占NiO和Fe203总质量0.5 3wt。/。的Mn02或/和0.5 3.0wt。/。的V205,进行混料； 烘干混料均匀后，在10(TC下烘干；研磨将烘干的块状料研磨后，通过孔径为60目的标准筛筛分造粒，然后加入混合料总质量5wt。/。的有机粘结剂聚乙烯醇并混合均匀；成型对混合后的物料在常温、40 80MPa下冷等静压或模压成型；预烧结将上述成型料在温度为900~1200°C、保温4~8h条件下预烧结，合成NiFe204尖晶石基料块体；破碎筛分将预烧结得到的NiFe204尖晶石基料块体进行破碎并筛分成粗颗粒、中颗粒和 细粉三个级别的骨料；粒度级配依据惰性阳极材料尺寸与颗粒料粒径称取粗颗粒料、中颗粒料和细粉料并进行粒度级配；配料与混料以上述粒度级配后的NiFe204尖晶石基料总质量为基准，加入5 15wt。/。的 Ag粉、5 30wt。/。的Cu粉中的至少一种和加入0.5~5 wt %的碳化硅纤维、0.5 5wt。/。的碳纤维、 0.5 10wt。/。的硼纤维、0.5 10wt。/。的氮化硅纤维中的至少一种，然后加入聚乙烯醇粘结剂，进 行混料。成型将混合均匀的物料在常温、120-200 MPa下冷等静压或模压成型； 烧结将成型后的团块放入烧结炉中，在氮气或氩气保护下，在1300~1450°C、保温4~12h 条件下烧结，制成惰性阳极材料。
5、按照权利要求4所述的铝电解用惰性阳极材料的制造方法，其特征在于当惰性阳极材 料尺寸为200mmx300mmx80mm时，粗颗粒料粒径为0.6 2.0rnrn ，中颗粒料粒径为 0.15 0.6rnm，细粉料粒径0.15mm ;当惰性阳极材料尺寸为400mmx600mmxl00mm时，粗 颗粒料粒径为1.0 3.0mrn，中颗粒料粒径为0.15~1.0mm，细粉料粒径0.15mm ;当惰性阳极 材料尺寸为500mmxl000mmx200mm时，粗颗粒料粒径为2.0 4.0mm，中颗粒料粒径为 0.15 2.0rnrn，细粉料粒径0.15mm;惰性阳极材料按粒度级配粗颗粒料占35~45wt%，中颗粒 料占15 25wt。/。，细粉料占35 45wt。/。。
全文摘要
本发明涉及一种铝电解用惰性阳极材料及制造方法，惰性阳极材料包含有NiFe₂O₄陶瓷相、Ag粉或/和Cu粉金属相和纤维相，特征是在NiFe₂O₄陶瓷相中添加有MnO₂、V₂O₅，纤维相中添加了碳化硅纤维、碳纤维、硼纤维、氮化硅纤维。NiFe₂O₄陶瓷相以NiO和Fe₂O₃为原料，按化学计量比合成NiFe₂O₄尖晶石，NiO过量15wt％；以NiO和Fe₂O₃总质量为基准，添加0.5～2.5wt％的MnO₂、1.0～3.0wt％的V₂O₅中的至少一种组成NiFe₂O₄尖晶石基料；NiFe₂O₄尖晶石基料经破碎筛分后，按粗颗粒料、中颗粒料和细粉料进行粒度级配。以NiFe₂O₄尖晶石基料总质量为基准，加入5～15wt％的Ag粉、5～30wt％的Cu粉中的至少一种后再加入0.5～5wt％的碳化硅纤维、0.5～5wt％的碳纤维、0.5～10wt％的硼纤维、0.5～10wt％的氮化硅纤维中的至少一种。该产品具有较高的耐腐蚀性、抗热震性、抗弯强度和抗冲击性能。
文档编号C25C3/00GK101255570SQ20071015876
公开日2008年9月3日 申请日期2007年12月7日 优先权日2007年12月7日
发明者刘宜汉, 吴林丽, 姚广春, 张晓明, 曹卓坤, 祖国胤, 罗洪杰, 佳 马 申请人:东北大学