一种含惰性阳极处理的电解铝方法与流程

1.本发明属于金属冶炼技术领域，具体涉及一种含惰性阳极处理的电解铝方法。


背景技术：

2.世界上电解铝产量三分之二在中国，最先进的530ka的电解铝技术也是在中国得到大规模的应用。中国的电解铝技术水平代表着实用的最先进的电解铝技术水平。在电解铝的过程中，电解阳极处于非常恶劣环境中，高温(900-950℃)，电解铝过程中阳极会产生大量的强氧化性的活性氧原子，会与阳极材料发生氧化反应。目前成熟应用的阳极为碳素阳极，碳素阳极的优点是便宜，耐高温不融化，不耐氧化，就让它直接和生产的活性氧原子直接反应生成二氧化碳阳极气体排出，增加了大气中的碳排放。同时碳素阳极会带入不少氢元素，会与电解液中的氟结合形成氟化氢污染气体。
3.国内相关的研究院，大学仿造国外技术开发了很多电解铝惰性阳极，在sno2中添加zno、cuo、fe2o3、sb2o3、bi2o的金属氧化物陶瓷阳极，nife2o4+nio+cu:含有17％cu和51.7％nio+48.3％fe2o3的阳极，nife2o4+nio+cu+ag铁酸盐(如nife2o4或znfe2o4)和金属氧化物(如nio或zno)尖晶石结构的陶瓷相和cu-ag合金相构成惰性阳极。
③
fe-ni-al2o3金属陶瓷型惰性阳极等，虽然实验室报道效果都不错，但是都没有进入实用阶段。
4.现有的惰性阳极电解铝技术不具有实用性，在全国采用最先进的530ka的兴仁是登高铝业调研，他们采用的电解铝阳极仍然是碳素阳极，目前技术没有进入实用，没有发挥惰性阳极电解铝产生的颠覆性的技术革命，没有产生具体的经济效益，且电极的使用寿命短。
5.鉴于以上原因，特提出本发明。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术存在的以上问题，本发明提供了一种含惰性阳极处理的电解铝方法，本发明的方法可以大大提高电解铝的阳极使用寿命，在电解铝的过程中不产生污染性气体，从而提高生产经济效率，具有较强的实用性和可操作性。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种含惰性阳极处理的电解铝方法，包括如下步骤：
9.(1)制备半惰性或完全惰性阳极；
10.(2)将铂金属密封圈扣在阳极、空气和冰晶石熔液三者界面之间；
11.(3)封闭电解槽，将产生的氧气及时抽走。
12.进一步的，步骤(1)中半惰性阳极为碳素电极表面涂覆一层碳化硅制备而成。
13.进一步的，所述的碳化硅的厚度＞1mm。
14.本发明中的半惰性阳极可以在适度范围内氧化和被腐蚀，并不要求半惰性阳极永远使用都不会被消耗，本发明的半惰性阳极比现有的碳素阳极具有更强的稳定性，能够在高于900℃的冰晶石熔液中电解，大量释放氧气时不被快速的腐蚀和氧化，电极消耗速度远
远低于碳素阳极，半惰性阳极能够在碳素阳极的基础上大大的节约碳素，产生实用的很大的经济效率，逐步提高企业生产效益的情况下，慢慢的完善和改进成完全的惰性阳极。
15.进一步的，步骤(1)中完全惰性阳极为采用p型铝掺杂的碳化硅烧结制备而成的半导体陶瓷材料。
16.进一步的，铝的掺杂比例为0.1～1％。
17.进一步的，烧结的温度为1700-1900℃。
18.进一步的，烧结的温度为1800℃。
19.本发明中的完全惰性阳极在电解过程中是输入电流的正极，大量的电子由电解液进入阳极。采用含有大量空穴的p型导电半导体为碳化硅陶瓷材料阳极，有利于达到阳极表面的电子快速与空穴复合，通过空穴导电进入电源的正极，加快氧负离子放电生成氧原子，从而快速生成氧气释放。阳极附近时时刻刻处于缺乏电子状态，有利于保护阳极的惰性及使用寿命，铝掺杂形成的p型半导体不会带入新的杂质元素，相比其他三价元素掺杂形成p型半导体更具有优越性。
20.碳化硅是一种非常稳定的共价化合物，理想的碳化硅每个硅原子都与相邻的四个碳原子形成稳定的共价键，这个化合物具有非常强的化学性能稳定性。碳化硅导热系数高、热膨胀系数小、用作电极热应力小。碳化硅至少有70种结晶型态。α-碳化硅同质异晶物在高于2000℃高温下形成，六角晶系结晶构造(似纤维锌矿)。β-碳化硅为立方晶系结构在低于2000℃生成。μ-碳化硅最为稳定，且碰撞时有较为悦耳的声音。这三种结构的碳化硅都能够在高于900℃摄氏度的冰晶石溶液中保持很强的稳定性和抗氧化性。目前碳素阳极的生产车间也只需要很少的改动，就可以生产外面是p型碳化硅半导体陶瓷表面，内部是碳素半惰性碳化硅阳极。
21.针对碳化硅和高于900℃的冰晶石熔液以及空气界面腐蚀氧化较为严重，本发明中采用铂金属密封圈对界面进行保护，避免过多氧气与高温碳化硅惰性电极接触。
22.进一步的，步骤(3)中电解槽上方的空气压力控制在1-100pa。
23.本发明中将电解槽冰晶石液面以上部分密封处理，用机械泵把里面抽成低压环境，压力为1-100pa，虽然不要求很高的真空度，但是用机械泵及时抽走产生的氧气形成低压环境，可以降低了阳极产生氧气腐蚀阳极的速度，从而延长了阳极的寿命，提高了生产经济效率。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
25.(1)本发明的方法通过制备半惰性或完全惰性阳极，本发明的半惰性阳极比现有的碳素阳极具有更强的稳定性，能够在高于900℃的冰晶石熔液中电解，大量释放氧气时不被快速的腐蚀和氧化，电极消耗速度远远低于碳素阳极，多惰性阳极能够在碳素阳极的基础上大大的节约碳素，产生实用的很大的经济效率；本发明中的完全惰性阳极在电解过程中是输入电流的正极，大量的电子由电解液进入阳极。采用大量空穴导电的p型半导体为阳极，有利于达到阳极表面的电子快速与空穴复合，通过空穴导电进入电源的正极，加快氧负离子放电生成氧原子，从而快速生成氧气释放。阳极附近时时刻刻处于缺乏电子状态，有利于保护阳极的惰性及使用寿命，铝掺杂形成的p型半导体不会带入新的杂质元素，相比其他三价元素掺杂形成p型半导体更具有优越性；
26.(2)本发明方法采用铂金属密封圈进行保护，避免过多氧气与高温碳化硅硅电极
接触，此外，将电解槽冰晶石液面以上部分密封处理，用机械泵把里面抽成低压环境，可以降低了阳极产生氧气腐蚀阳极的速度，从而延长了阳极的寿命，提高了生产经济效率。
具体实施方式
27.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
28.实施例1
29.一种含惰性阳极处理的电解铝方法，包括如下步骤：
30.(1)制备半惰性阳极，所述的半惰性阳极为碳素电极表面涂覆一层碳化硅制备而成，所述的碳化硅的厚度1.1mm，本发明的半惰性阳极比现有的碳素阳极具有更强的稳定性，能够在高于900℃的冰晶石熔液中电解，大量释放氧气时不被快速的腐蚀和氧化，电极消耗速度远远低于碳素阳极；
31.(2)将铂金属密封圈扣在阳极、空气和冰晶石熔液三者界面之间，这由于碳化硅和高于900℃的冰晶石熔液以及空气界面腐蚀氧化较为严重，本发明中采用铂金属密封圈进行保护，避免过多氧气与高温碳化硅硅电极接触；
32.(3)将电解槽冰晶石液面以上部分密封处理，用机械泵把里产生的氧气及时抽走，压力为1pa，形成低压环境，可以降低了阳极产生氧气腐蚀阳极的速度，从而延长了阳极的寿命，提高了生产经济效率。
33.实施例2
34.一种含惰性阳极处理的电解铝方法，包括如下步骤：
35.(1)制备半惰性阳极，所述的半惰性阳极为碳素电极表面涂覆一层碳化硅制备而成，所述的碳化硅的厚度2mm，本发明的半惰性阳极比现有的碳素阳极具有更强的稳定性，能够在高于900℃的冰晶石熔液中电解，大量释放氧气时不被快速的腐蚀和氧化，电极消耗速度远远低于碳素阳极；
36.(2)将铂金属密封圈扣在阳极、空气和冰晶石熔液三者界面之间，这由于碳化硅和高于900℃的冰晶石熔液以及空气界面腐蚀氧化较为严重，本发明中采用铂金属密封圈进行保护，避免过多氧气与高温碳化硅硅电极接触；
37.(3)将电解槽冰晶石液面以上部分密封处理，用机械泵把里产生的氧气及时抽走，压力为50pa，形成低压环境，可以降低了阳极产生氧气腐蚀阳极的速度，从而延长了阳极的寿命，提高了生产经济效率。
38.实施例3
39.一种含惰性阳极处理的电解铝方法，包括如下步骤：
40.(1)制备半惰性阳极，所述的半惰性阳极为碳素电极表面涂覆一层碳化硅制备而成，所述的碳化硅的厚度2.5mm，本发明的半惰性阳极比现有的碳素阳极具有更强的稳定性，能够在高于900℃的冰晶石熔液中电解，大量释放氧气时不被快速的腐蚀和氧化，电极消耗速度远远低于碳素阳极；
41.(2)将铂金属密封圈扣在阳极、空气和冰晶石熔液三者界面之间，这由于碳化硅和
高于900℃的冰晶石熔液以及空气界面腐蚀氧化较为严重，本发明中采用铂金属密封圈进行保护，避免过多氧气与高温碳化硅硅电极接触；
42.(3)将电解槽冰晶石液面以上部分密封处理，用机械泵把里产生的氧气及时抽走，压力为100pa，形成低压环境，可以降低了阳极产生氧气腐蚀阳极的速度，从而延长了阳极的寿命，提高了生产经济效率。
43.实施例4
44.一种含惰性阳极处理的电解铝方法，包括如下步骤：
45.(1)制备完全惰性阳极，完全惰性阳极为采用p型掺杂铝的碳化硅烧结制备而成的半导体陶瓷材料，铝的掺杂比例为0.1％，烧结的温度为1700℃，本发明中的完全惰性阳极在电解过程中是输入电流的正极，大量的电子由电解液进入阳极。采用大量空穴导电的p型半导体为阳极，有利于达到阳极表面的电子快速与空穴复合，通过空穴导电进入电源的正极，加快氧负离子放电生成氧原子，从而快速生成氧气释放；
46.(2)将铂金属密封圈扣在阳极、空气和冰晶石熔液三者界面之间，这由于碳化硅和高于900℃的冰晶石熔液以及空气界面腐蚀氧化较为严重，本发明中采用铂金属密封圈进行保护，避免过多氧气与高温碳化硅硅电极接触；
47.(3)将电解槽冰晶石液面以上部分密封处理，用机械泵把里产生的氧气及时抽走，压力为1pa，形成低压环境，可以降低了阳极产生氧气腐蚀阳极的速度，从而延长了阳极的寿命，提高了生产经济效率。
48.实施例5
49.(1)制备完全惰性阳极，完全惰性阳极为采用p型掺杂铝的碳化硅烧结制备而成的半导体陶瓷材料，铝的掺杂比例为0.55％，烧结的温度为1800℃，本发明中的完全惰性阳极在电解过程中是输入电流的正极，大量的电子由电解液进入阳极。采用大量空穴导电的p型半导体为阳极，有利于达到阳极表面的电子快速与空穴复合，通过空穴导电进入电源的正极，加快氧负离子放电生成氧原子，从而快速生成氧气释放；
50.(2)将铂金属密封圈扣在阳极、空气和冰晶石熔液三者界面之间，这由于碳化硅和高于900℃的冰晶石熔液以及空气界面腐蚀氧化较为严重，本发明中采用铂金属密封圈进行保护，避免过多氧气与高温碳化硅硅电极接触；
51.(3)将电解槽冰晶石液面以上部分密封处理，用机械泵把里产生的氧气及时抽走，压力为50pa，形成低压环境，可以降低了阳极产生氧气腐蚀阳极的速度，从而延长了阳极的寿命，提高了生产经济效率。
52.实施例6
53.(1)制备完全惰性阳极，完全惰性阳极为采用p型掺杂铝的碳化硅烧结制备而成的半导体陶瓷材料，铝的掺杂比例为1％，烧结的温度为1900℃，本发明中的完全惰性阳极在电解过程中是输入电流的正极，大量的电子由电解液进入阳极。采用大量空穴导电的p型半导体为阳极，有利于达到阳极表面的电子快速与空穴复合，通过空穴导电进入电源的正极，加快氧负离子放电生成氧原子，从而快速生成氧气释放；
54.(2)将铂金属密封圈扣在阳极、空气和冰晶石熔液三者界面之间，这由于碳化硅和高于900℃的冰晶石熔液以及空气界面腐蚀氧化较为严重，本发明中采用铂金属密封圈进行保护，避免过多氧气与高温碳化硅硅电极接触；
55.(3)将电解槽冰晶石液面以上部分密封处理，用机械泵把里产生的氧气及时抽走，压力为100pa，形成低压环境，可以降低了阳极产生氧气腐蚀阳极的速度，从而延长了阳极的寿命，提高了生产经济效率。
56.试验例1
57.试验组采用实施例1-6的方法处理电解铝的阳极进行电解铝试验，对照组电解铝阳极为碳素阳极，进行电解铝试验，其他条件均相同，考察阳极的使用寿命，结果如表1所示。
58.表1
[0059][0060]
从表中可以看出，采用本发明的方法处理的阳极与现有的碳素阳极相比使用寿命明显增加，且采用完全惰性阳极比半惰性阳极的寿命长。
[0061]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。