电解铝用惰性合金阳极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种电解铝用惰性合金阳极，其以Fe和Cu为主要组分，还包括Sn，Sn金属的加入有助于在惰性合金阳极的表面形成一层抗氧化性强且结构稳定的氧化膜，有助于阳极耐腐蚀性的提高；在此基础上，惰性合金阳极的组分还包括Ni，Al和Y，Al金属的加入能够防止主要金属组分被氧化，Y金属的加入可以控制合金在制备过程中呈现所需要的晶型，达到抗氧化的目的。上述以Fe和Cu为主要组分的惰性合金阳极过电压低、导电率高、成本低，适用于电解铝工业。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种电解铝用惰性合金阳极，其以Fe和Cu为主要组分，还包括Sn，Sn金属的加入有助于在惰性合金阳极的表面形成一层抗氧化性强且结构稳定的氧化膜，有助于阳极耐腐蚀性的提高；在此基础上，惰性合金阳极的组分还包括Ni，Al和Y，Al金属的加入能够防止主要金属组分被氧化，Y金属的加入可以控制合金在制备过程中呈现所需要的晶型，达到抗氧化的目的。上述以Fe和Cu为主要组分的惰性合金阳极过电压低、导电率高、成本低，适用于电解铝工业。【专利说明】
本专利技术涉及一种用于电解铝的惰性合金阳极及其制备方法，属于电解铝工业领域。
技术介绍
电解铝就是通过电解氧化铝得到铝。现有技术中，电解铝通常采用的是传统的Hall-Heroult溶盐电解铝工艺，该工艺采用的是冰晶石-氧化铝融盐电解法，其以冰晶石Na3AlF6氟化盐熔体为熔剂,将Al2O3溶于氟化盐中，以碳素体作为阳极，招液作为阴极，通入强大的直流电后，在940-960°C的高温条件下，在电解槽的两极进行电化学反应，从而得到电解铝。传统的电解铝工艺中碳素阳极在电解过程中不断被消耗，从而需要不断更换碳素阳极；并且伴随着氧化铝的电解，在阳极不断产生二氧化碳、一氧化碳和有毒的氟化氢等废气，这些气体排放到环境中会对环境和人畜的健康造成危害，因此需要对电解铝产生的废气进行净化处理后才能排放，这样就增加了电解铝生产工艺的投入成本。电解铝过程中阳极材料的消耗主要是由于传统的Hall-Heroult工艺所采用的碳素阳极材料在电解过程中发生氧化反应而造成的。因此，国内外许多研究者为了降低电解铝过程中阳极材料的消耗，同时减少废气的排放，纷纷对阳极材料展开了研究。如中国专利文献CN102230189A公开了一种用于电解铝的金属陶瓷惰性阳极材料，该阳极材料是用Ni2O3和Fe2O3为原料制备得到NiO-NiFe2O4金属陶瓷基体，再添加金属铜粉及纳米NiO制备而成，所得到的阳极材料的电导率可达到102Ω-1.cm1。上述技术中以金属陶瓷为基体的阳极材料虽然不容易与电解质发生反应；但以金属陶瓷为基体的阳极材料电阻大、过电压高，所制作的阳极在电解铝的过程中会导致工艺耗电量大、成本高；并且以金属陶瓷为基体的阳极材料抗热震性不强，阳极在使用过程中容易发生脆裂；此外，也正是由于金属陶瓷基体的阳极材料容易发生脆裂，从而导致用上述材料制作阳极时加工性能不佳，无法得到任意形状的阳极。为了解决金属陶瓷基体阳极材料导电率低和材质脆的问题，有研究者提出采用合金金属作为阳极材料，以提高阳极材料的导电性，同时提高材料的加工性能。中国专利文献CN1443877A公开了一种应用于铝、镁和稀土等电解工业的惰性阳极材料，它是由铬、镍、铁、钴、钛、铜、招、猛等金属所组成的二元或多元合金构成,其制备方法是熔炼或粉末冶金的方法。所制备得到的阳极材料导电导热性好，在电解过程中阳极产生氧气，其中实例一是由37wt %的钴、18wt %的铜、19wt %的镍、23wt %的铁、3wt %的银所组成的合金材料制作成阳极用于电解铝，在850°C的电解过程中，阳极电流密度为l.0A/cm2，并且在电解过程中槽压稳定保持在4.1-4.5V，所产生铝的纯度为98.35%。 上述技术中采用铬、镍、铁、钴、钛、铜、铝和锰等多种金属构成的合金作为阳极材料电解铝时，虽然合金阳极材料相比金属陶瓷基体阳极材料具有较高的导电率，合金材料可以通过熔炼或粉末冶金的方法加工成任意形状，并且与碳素阳极材料相比不容易在电解过程中发生消耗。但是，上述技术中在制备合金阳极时使用了大量价格昂贵的金属材料，导致阳极材料的成本高昂，无法适应工业化成本的需要；并且由上述金属组分所制作的合金阳极导电率低、过电压高，增大了工艺的耗电量，无法满足电解铝工艺的需要。再有，迄今为止的现有技术中所制备的合金阳极表面都会产生一层氧化物薄膜，并且这层氧化物薄膜被破坏后，暴露在表面的阳极材料又会被氧化补充为新的氧化物薄膜。上述技术中的合金阳极表面氧化物薄膜抗氧化性低，容易进一步发生氧化反应生成易被电解质腐蚀的产物，并且该氧化物薄膜稳定性低，在电解的过程中容易从阳极电极上脱落，原有的氧化物薄膜腐 蚀或脱落后，合金阳极暴露在表面的材料会与氧气反应形成新的氧化物薄膜，这种氧化物薄膜的新旧替换导致阳极材料不断被消耗、耐腐蚀性差、电极使用寿命短；并且腐蚀或脱落的氧化物薄膜随着氧化铝的电解过程会进入到液态铝中，从而降低了最终产品铝的纯度，使所生产的铝产品不能达到国家标准的要求，无法作为成品直接使用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第一个技术问题是现有技术中合金阳极所使用的金属材料价格昂贵，工艺成本高，并且所制作的合金阳极导电率低、过电压高，增大了工艺的耗电量；进而提出一种成本低、过电压低的。本专利技术同时所要解决的第二个技术问题是现有技术中合金阳极表面氧化物薄膜的抗氧化性低、容易脱落，导致合金阳极不断被消耗、耐腐蚀性差，并且腐蚀或脱落的氧化物薄膜进入到液态铝中降低了最终产品铝的纯度；进而提出一种表面形成的氧化物薄膜抗氧化性强、不易脱落，从而提高了其耐腐蚀性和产品铝纯度的。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种电解铝用惰性合金阳极，其组分包括:Fe、Cu 和 Sn ；所述Fe、Cu 和 Sn 的质量比为(40.01 ~80): (0.01 ~35.9): (0.01 ~0.19)。还包括Ni。所述Fe、Cu、Ni 和 Sn 的质量比为(40.01 ~80): (0.01 ~35.9): (28.1 ~70): (0.01 ~0.19)。所述惰性合金阳极由Fe、Cu、Ni和Sn组成，其中所述Fe的含量为40.01~71.88wt%，所述Cu的含量为0.01~31.88wt%，所述Ni的含量为28.1~59.97wt%，所述Sn的含量为0.01~0.19wt%。还包括Al。所述惰性合金阳极由Fe、Cu、N1、Sn和Al组成，其中所述Fe的含量为40.01~71.88wt%，所述Cu的含量为0.01~31.88wt%，所述Ni的含量为28.1~59.97wt%，所述Al的含量为大于零且小于或等于4wt%,所述Sn的含量为0.01~0.19wt%。还包括Y。所述惰性合金阳极由Fe、Cu、N1、Sn、Al和Y组成，其中所述Fe的含量为40.01~71.88wt%，所述Cu的含量为0.01~31.88wt%，所述Ni的含量为28.1~59.97wt%，所述Al的含量为大于零且小于或等于4wt %，所述Y的含量为大于零且小于或等于2wt %，所述Sn的含量为0.01~0.19wt%。所述惰性合金阳极的制备方法，其包括如下步骤，将Fe、Cu和Sn金属熔融并混合均匀后，快速浇铸、快速冷却得到惰性合金阳极；或者，将Fe、Cu和Sn金属熔融后，再加入Al或Y金属熔融并混合均匀后，或先加Λ Al金属熔融，再加入Y金属熔融并混合均匀后，快速浇铸、快速冷却得到惰性合金阳极；或者，将Fe、Cu、Ni和Sn金属熔融混合后浇铸得到惰性合金阳极；或者，先将Fe、Cu、Ni和Sn金属熔融混合后，加入Al或Y金属熔融并混合均匀后，或先加入Al金属熔融，再加入Y金属熔融并混合均匀后，浇铸得到惰性合金阳极。本专利技术所述的电解铝用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解铝用惰性合金阳极，其组分包括：Fe、Cu和Sn；所述Fe、Cu和Sn的质量比为(40.01～80)∶(0.01～35.9)∶(0.01～0.19)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙松涛，方玉林，
申请(专利权)人：内蒙古联合工业有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15