【技术实现步骤摘要】
本申请涉及铝冶炼，尤其涉及一种石墨化阴极及制备方法、铝电解槽、铝电解方法。
技术介绍
1、石墨化阴极是以石油焦、沥青焦等为主要原料，经过成型、焙烧、浸渍和2300℃以上的高温石墨化处理制成的阴极炭块。这一过程中，原料中的碳元素在高温下重新排列，形成类似石墨的晶体结构，从而赋予炭块优异的导电性、导热性和耐腐蚀性。石墨化阴极主要用于铝电解槽的阴极材料。在铝电解生产过程中，它作为导电和构成电解槽内衬的重要部分，对于提高电流效率、降低能耗、延长电解槽寿命等方面具有关键作用。
2、然而，在当前工业化的预焙炭阳极铝电解槽上开展低温铝电解生产时，低温电解质体系通常含有较高的钾，对炭质阴极的渗透破坏作用较强，特别是当铝电解槽采用普通炭块、半石墨质、石墨质阴极材料时，受到钾侵蚀后易出现阴极膨胀开裂现象。石墨化阴极的钾膨胀开裂风险略小，但石墨质地软抗钾渗透弱，长期运行也存在因钾侵蚀而出现层状粉化和剥落的问题。因此，亟需研制出一种能解决低温电解质对阴极钠钾渗透破坏的问题的方法。
技术实现思路
1、本申请提供了一种石墨化阴极及制备方法、铝电解槽、铝电解方法，以解决如下技术问题：如何抵抗低温电解质对石墨化阴极的钠钾渗透破坏。
2、第一方面，本申请提供了一种石墨化阴极，所述石墨化阴极包括：
3、石墨化阴极基体；以及
4、tib2复合层，所述tib2复合层覆盖于所述石墨化阴极基体的至少部分表面，所述tib2复合层的碳含量＜20wt.％，所述tib2复合层的厚度为5
5、第二方面，本申请提供了一种第一方面所述的石墨化阴极的制备方法，所述方法包括：
6、得到tib2复合糊状料和/或tib2复合粉末状料；
7、将tib2复合糊状料和铺设于石墨化阴极糊料的表面，得到混合料；或
8、将tib2复合粉末状料铺设于石墨化阴极糊料的表面，得到混合料；或
9、将tib2复合糊状料铺设于石墨化阴极糊料的表面，并将tib2复合粉末状料铺设于所述tib2复合糊状料的上表面，得到混合料；
10、将所述混合料进行一体化压制成型及烧结，得到石墨化阴极。
11、可选的，所述tib2复合糊状料的组分为：12wt.％-15wt.％的沥青，0.1wt.％-1wt.％的石墨纤维，余量为tib2粉末。
12、可选的，所述tib2复合粉末状料的组分为：2wt.％-10wt.％的tin粉，1wt.％-5wt.％的cob粉，1wt.％-3wt.％的zrb2粉，1wt.％-3wt.％的金属粉，1wt.％-2wt.％的聚乙烯醇粘结剂，余量为tib2粉。
13、第三方面，本申请提供了一种低温铝电解槽，所述铝电解槽包括第一方面所述的石墨化阴极。
14、可选的，所述铝电解槽的侧壁槽壳上设置有强制散热装置；
15、所述铝电解槽的侧壁内衬距炭阳极的距离≥320mm；
16、所述石墨化阴极与阴极集电棒连接后，所述石墨化阴极的上表面距阴极集电棒上表面的垂直距离≥300mm。
17、可选的，所述铝电解槽的侧壁内衬距炭阳极的距离为320mm-380mm；
18、所述石墨化阴极的上表面距阴极集电棒上表面的垂直距离为300mm-340mm。
19、可选的，所述强制散热装置包括：竖式散热片、风冷换热器、导热油冷却换热器中的一种或多种；
20、所述石墨化阴极与阴极集电棒的连接采用磷生铁浇筑，所述阴极集电棒采用高导电钢棒、插铜钢棒中的一种。
21、第四方面，本申请提供了一种低温铝电解方法，所述方法采用第三方面任意一项所述的低温铝电解槽，所述方法包括如下参数：低温电解质的初晶温度为820℃-850℃，电解温度为845℃-900℃，过热度为20℃-50℃。
22、可选的，所述低温电解质的组分为：kf：12wt.％-15wt.％，lif：1wt.％-2wt.％，caf2：0-5wt.％，mgf2：0-2wt.％，al2o3：2wt.％-4wt.％，naf：26wt.％-33wt.％，余量为alf3。
23、本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
24、本申请提供了一种石墨化阴极，所述石墨化阴极包括：石墨化阴极基体；以及tib2复合层，所述tib2复合层覆盖于所述石墨化阴极基体的至少部分表面，所述tib2复合层的碳含量＜20wt.％，所述tib2复合层的厚度为5mm-50mm。首先，tib2复合材料在电解槽的恶劣环境中，对于低温电解质中的钠钾渗透问题，tib2复合材料展现出了优异的抗渗透性能。其次，当tib2复合材料中的碳含量小于20wt.％时，制备的阴极与铝水润湿性好、硬度高，且能够有效抵抗低温电解质的钠钾渗透膨胀。再次，限定复合层的厚度为5mm-50mm，能够满足阴极与铝水的抗渗透膨胀性能。此外，当复合层的厚度超过50mm后，由于tib2复合材料与石墨化阴极烧结收缩率之间的差异，可能会在复合层上产生微裂纹，从而降低其抗渗透效果。从而抵抗了低温电解质对石墨化阴极的钠钾渗透破坏。
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1.一种石墨化阴极，其特征在于，所述石墨化阴极包括：
2.一种权利要求1所述的石墨化阴极的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述TiB2复合糊状料的组分为：12wt.％-15wt.％的沥青，0.1wt.％-1wt.％的石墨纤维，余量为TiB2粉末。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述TiB2复合粉末状料的组分为：2wt.％-10wt.％的TiN粉，1wt.％-5wt.％的CoB粉，1wt.％-3wt.％的ZrB2粉，1wt.％-3wt.％的金属粉，1wt.％-2wt.％的聚乙烯醇粘结剂，余量为TiB2粉。
5.一种低温铝电解槽，其特征在于，所述铝电解槽包括权利要求1所述的石墨化阴极。
6.根据权利要求5所述的低温铝电解槽，其特征在于，所述铝电解槽的侧壁槽壳上设置有强制散热装置；
7.根据权利要求6所述的低温铝电解槽，其特征在于，所述铝电解槽的侧壁内衬距炭阳极的距离为320mm-380mm；
8.根据权利要求6所述的低温铝电解槽，其特征在于，
9.一种低温铝电解方法，其特征在于，所述方法采用权利要求5～8任意一项所述的低温铝电解槽，所述方法包括如下参数：低温电解质的初晶温度为820℃-850℃，电解温度为845℃-900℃，过热度为20℃-50℃。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述低温电解质的组分为：KF：12wt.％-15wt.％，LiF：1wt.％-2wt.％，CaF2：0-5wt.％，MgF2：0-2wt.％，Al2O3：2wt.％-4wt.％，NaF：26wt.％-33wt.％，余量为AlF3。
...【技术特征摘要】
1.一种石墨化阴极，其特征在于，所述石墨化阴极包括：
2.一种权利要求1所述的石墨化阴极的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述tib2复合糊状料的组分为：12wt.％-15wt.％的沥青，0.1wt.％-1wt.％的石墨纤维，余量为tib2粉末。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述tib2复合粉末状料的组分为：2wt.％-10wt.％的tin粉，1wt.％-5wt.％的cob粉，1wt.％-3wt.％的zrb2粉，1wt.％-3wt.％的金属粉，1wt.％-2wt.％的聚乙烯醇粘结剂，余量为tib2粉。
5.一种低温铝电解槽，其特征在于，所述铝电解槽包括权利要求1所述的石墨化阴极。
6.根据权利要求5所述的低温铝电解槽，其特征在于，所述铝电解槽的侧壁槽壳上设置有强...
【专利技术属性】
技术研发人员：包生重，王怀江，陈开斌，张芳芳，罗丽芬，李静，石梦寒，张亚楠，刘彦辉，石序，马军义，唐新平，
申请(专利权)人：中铝郑州有色金属研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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