基金属陶瓷惰性阳极腐蚀速率的方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开了一种降低铝电解NiFe204基金属陶瓷惰性阳极腐蚀速率的方法，属 于熔盐电解技术领域。
【背景技术】
[0002] 铝电解采用惰性阳极的电解新工艺中无需碳素阳极及制备工厂，电解过程无需更 换阳极，阳极排出氧气而取代C02和碳氟化合物，能够实现低能耗、无污染、低成本的提取金 属铝。但作为铝电解用的惰性阳极材料除应具有良好导电性、高强度和抗热震性外，首要的 条件仍然是要有强抗电解质的腐蚀作用，在电解条件下具有低的腐蚀速率。
[0003] 金属陶瓷兼顾了金属氧化物的强耐腐蚀性和金属的良好导电性等优点，但电解条 件下的腐蚀速率仍需降低，以维持阳极更长的使用寿命，确保原铝品质不受影响。为了提高 NiFe204基金属陶瓷的抗腐蚀性能，降低腐蚀速率，通常采用的方案是调整金属陶瓷的成份 或结构（如专利201110146867. 4中采用降低金属相成分配比、金属相表面包覆陶瓷），或优 化制备技术（如专利200910304091. 7中采用添加剂、强化晶界）等方法，提高材料自身的 抗腐蚀能力，降低腐蚀率。
[0004] 为了降低材料的腐蚀速率，专利201210066342. 4公布了一种提高金属陶瓷惰性 阳极耐高温熔盐腐蚀性能的方法，其采用的方法是在同一种电解工艺条件下，使金属陶瓷 惰性阳极表面形成致密尖晶石型氧化物层，且保持该氧化物层范围为5-200μm，避免金属 陶瓷惰性阳极内部受高温熔盐的进一步腐蚀。
[0005] 该方法尽管有利于提高金属陶瓷惰性阳极在高温熔盐中的抗腐蚀性能，降低阳 极的腐蚀速率，但由于所采用的工艺参数中氧化铝浓度为3wt. % -7. 5wt. %，而电解温度 则为890°C~960°C。显然，该工艺条件下的氧化铝浓度高于现有铝电解生产过程中的 1. 5wt. % -2. 5wt. %的氧化铝浓度控制范围，从而将在电解槽槽底产生氧化铝沉淀，影响电 解过程的平稳运行，进而提高阳极的腐蚀速率，降低阳极使用寿命。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术之不足，而提供一种降低铝电解NiFe204基金属 陶瓷惰性阳极腐蚀速率的电解方法。
[0007] 本发明一种降低铝电解NiFe204基金属陶瓷惰性阳极腐蚀速率的方法，包括下述 步骤：
[0008]步骤一
[0009] 将NiFe204基金属陶瓷惰性阳极置于熔体中，进行第一阶段电解；所述熔体由熔剂 和溶质组成，所述熔质为三氧化二铝；第一阶段电解时，控制三氧化二铝在熔体中的质量百 分浓度大于等于5%、控制阳极电流密度为2. 0-3.OA/cm2、控制电解温度为960°C-1000°C; 控制电解时间为1-10小时、优选为3-10小时，进一步优选为5-10小时；
[0010] 步骤二
[0011] 继续电解，继续电解时，控制三氧化二铝在熔体中的质量百分浓度为 1. 5% -2. 5%，阳极电流密度为(λ65-L25A/cm2,电解温度为870°C-950°c。
[0012] 本发明一种降低铝电解NiFe204基金属陶瓷惰性阳极腐蚀速率的方法，第一阶段 电解时，控制三氧化二铝在熔体中的质量百分浓度为5% -10%。
[0013] 本发明一种降低铝电解NiFe204基金属陶瓷惰性阳极腐蚀速率的方法，所述溶质 以质量百分比计，由下述组分组成：
[0014]
[0015] 本发明一种降低铝电解NiFeA基金属陶瓷惰性阳极腐蚀速率的方法，所述 NiFe204基金属陶瓷惰性阳极以质量百分比计包括下述组分：
[0016]零价Y 0.5-1. 5%;
[0017]零价Ni 5-20% ;
[0018]NiFe204 68. 5%-84.5%,
[0019] 其它氧化物10% -20%;所述其它氧化物选自NiO,Cu20,C〇0,MnO,ZnO中的至少 一种。
[0020] 本发明一种降低铝电解NiFe204基金属陶瓷惰性阳极腐蚀速率的方法，所述 NiFe204基金属陶瓷惰性阳极以质量百分比计包括下述组分：
[0021] 零价Y 0.5-1. 5%;
[0022] 零价Ni 5-20% ;
[0023]零价Cu 0-10%;
[0024]零价Ag0-10% ；
[0025]零价Fe 0-10%;
[0026]NiFe204 68. 5% -84.5%,
[0027] 其它氧化物10% -20%;所述其它氧化物选自NiO,Cu20,C〇0,MnO,ZnO中的至少 一种。
[0028] 本发明一种降低铝电解NiFeA基金属陶瓷惰性阳极腐蚀速率的方法，所述 NiFe204基金属陶瓷惰性阳极以质量百分比计包括下述组分：
[0029]零价Y 0. 5% ；
[0030]零价Ni 10% ；
[0031]零价Cu 5%;
[0032]NiFe204 74.5%,
[0033]NiO 10%。
[0034] 本发明一种降低铝电解NiFe204基金属陶瓷惰性阳极腐蚀速率的方法，当采用 0· 5wt. %Y_5wt. %Cu-lOwt. %Ni_74. 5wt. %NiFe204_10wt. %NiO金属陶瓷惰性阳极时， 按照本发明的第一阶段工艺处理，后续电解按照现行铝电解工艺条件进行，其对接其阳极 年腐蚀率可降低至0. 52cm。而如果一直采用现行铝电解工艺条件，则阳极年腐蚀率却高达 3. 52cm〇
[0035] 本发明一种降低铝电解NiFeA基金属陶瓷惰性阳极腐蚀速率的方法，所述 NiFe204基金属陶瓷惰性阳极年腐蚀率根据以下公式获得：
[0036]
[0037]式中（：_阴极铝中Fe或Ni元素的质量含量（％ ) ;CM(一为阳极本体中Fe或Ni 元素的理论质量含量（％ ) ;MA1阴极铝的质量（g) ;P阳极实际密度（g/cm3)S阳极浸没面 积（cm2);τ电解时间（h)。
[0038] 原理和优势
[0039] 本发明在第一阶段工艺，采用高氧化铝浓度、高阳极电流密度和高电解温度的条 件，电解不超过10小时（优选为3-10小时，进一步优选为5-10小时）后，使NiFeA基金 属陶瓷惰性阳极表层能形成一定厚度的致密耐蚀层，以提高材料的抗腐蚀能力，降低其腐 蚀速率，但此阶段将会在电解槽槽底产生氧化铝沉淀，影响电解槽的平稳运行。随后，进入 第二阶段工艺，采用与现行铝电解工艺相近的氧化铝浓度、阳极电流密度和电解温度的电 解条件，在不产生新的氧化铝沉淀的前提下，凭借电解过程能消耗掉先前产生的槽底氧化 铝沉淀，以确保电解槽的平稳运行，且能维持阳极表层具有一定厚度的致密耐蚀层，从而提 高材料的抗腐蚀能力，降低其腐蚀速率。
[0040] 与现有技术相比，本发明能够获得以下效果：
[0041] 1)本发明由于在第一阶段采用了高氧化铝浓度、高阳极电流密度和高电解温度的 工艺条件，使NiFe204基金属陶瓷惰性阳极表层快速生成一层致密耐蚀层，从而提高材料的 抗腐蚀性能，降低其腐蚀速率。
[0042] 2)本发明由于在第二阶段采用了与现行工业铝电解相近的电解条件，可以确保电 解过程中氧化铝不会在电解槽槽底产生新的氧化铝沉淀；并且，在该电解条件下，在第一阶 段产生的槽底氧化铝沉淀在电解过程中将不断地消耗而确保槽底干净，从而保证电解槽的 平稳运行。
[0043] 3)本发明不同于已有技术条件所采用的同一种电解工艺，而是采用两段电解工 艺，根据电解过程阳极状态调整对应的工艺参数，从而在电解条件下实现金属陶瓷惰性阳 极表层致密耐蚀层的形成，并在整个电解过程中维持该致密耐蚀层存在且具有一定厚度， 降低其腐蚀速率。如在采用该两段电解工艺后，组成为〇. 5wt. %Y-5wt. %Cu-10wt. % Ni-74. 5wt. %NiFe204-10wt. %NiO金属陶瓷惰性阳极来说，其阳极年腐蚀率可由现行铝电 解工艺条件下的3. 52cm降低至0. 52cm。
【附图说明】
[0044] 附图1为本发明实施例1的金属陶瓷惰性阳极电解100小时后阳极的SEM图。
[0045] 附图2为本发明实施例2的金属陶瓷惰性阳极电解120小时后阳极的SEM图。
[0046] 附图3为本发明实施例3的金属陶瓷惰性阳极电解90小时后阳极的SEM图。
[0047] 从附图1中可以看出：电解120小时后，金属陶瓷表层存在约40μm厚度的明显与 材料本体不同的致密层（图中白色虚线左侧部分）。该致密层因比本体更致密，且主要组分 为NiFe204、NiAl204、CuAl204等氧化物。因此，其电解条件下的耐腐蚀能力更强，降低材料的 腐蚀速率。
[0048] 从附图2中可以看出：电解100小时后，金属陶瓷表层存在约30μm厚度的明显与 材料本体不同的致密层（图中白色虚线左侧部分）。该致密层因比本体更致密，且主要组分 为NiFe204、NiAl204、FeAl204、CuA1204等氧化物。因此，其电解条件下的耐腐蚀能力更强，降 低材料的腐蚀速率。
[0049] 从附图3中可以看出：电解90小时后，金属陶瓷表层存在约25μπι厚度的明显与 材料本体不同的致密层（图中白色虚线左侧部分）。该致密层因比本体更致密，且主要组分 为NiFe204、NiAl204、FeAl204等氧化物。因此，其电解条件下的耐腐蚀能力更强，降低材料的 腐蚀速率。
【具体实施方式】
[0050] 下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明，但不限制为发明的保护范围。
[0051] 实施例1 :
[0052] 在点式下料的熔盐铝电解槽内，将组成为0. 5wt. %Y_5wt. %C