用于通过溶解在熔融电解质中的含铝化合物的电解来生产铝金属的电极，其中在常规的Hall-Hèroult设计的熔炼槽中进行电解冶金工艺。该电极包含含煅烧碳的本体，该本体与至少一种复合金属性导体结合在一起，该至少一种复合金属性导体包括含Fe材料的导电成分和含Cu材料的导电成分。该复合导体在两种导电材料之间的界面处包含阻挡层材料。提出了陶瓷、耐火硬质材料(RHM)的阻挡体材料和金属性类型的阻挡体材料以及用于它们的施加的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】 本专利技术涉及。 目前通过溶解在熔融电解质中的含铝化合物的电解来生产铝金属，并且在常规的 Hall-Iferoult设计的熔炼槽中进行电解冶金工艺。用水平排列成行的电极装备这些电解 槽，其中目前的槽的电学导电阳极和阴极由碳材料制备。电解质是基于氟化钠和氟化铝的 混合物，并且加入碱和碱土金属卤化物。随着从阳极通过电解质到阴极的电流导致铝离子 在阴极处放电时，发生该电解冶金工艺，产生铝金属。 通常，对于在阴极块中固定钢集流体棒，在该块中存在预成型的槽，该槽允许该棒 进入其中。可以用熔化的铸铁填充该槽的壁与该棒之间的空间或空隙和/或可以施加导电 浆料。 以类似的方式，将预烘干的碳阳极固定至钢螺栓，该钢螺栓是阳极支架的一部分。 该阳极具有预成型的孔，其允许钢螺栓进入其中。通常通过在每个单个螺栓和阳极中对应 的孔之间的环形空间中浇注熔化的铸铁来进行该螺栓与阳极的固定。 在可替代的方式中，可以以用棒捣实来施加导电颗粒，如在申请人自己的专利申 请TO09/099335中所示。 在向用于铝生产的低比能量消耗的追逐中，一个公知的并且有效的手段是目的在 于减小阴极和/或阳极电压降。事实上，减小阴极电压降减小了阴极中的欧姆能量损耗，允 许操作员增加电解槽系列电流强度和/或减小电解槽电压，最终导致生产每吨铝的比能量 消耗的减小。 使用了许多方法去实现阴极电压降的减小，并且通常已知的一种方法是使用铜插 入件以提高常用的钢集流体棒的电导率。许多出版物显示出该铜插入件或元件具有至少一 个外部的侧面或表面，该侧面或表面靠在该钢集流体棒的一个对应的表面上。 在W004031452中给出了实例，其公开了具有铜芯的钢集流体棒，US5976333A和 W00163014均公开了插入钢管中的各种不同设计的铜杆，该钢管嵌入阴极块的槽中。 在测试中证明了钢集流体棒中的铜插入件相对于常规的钢集流体棒可以使阴极 电压降减小约60mV。 在阴极中使用铜作为高导电成分的另一个益处是以这样的设计实现的更均匀的 阴极电流密度。尤其是对于石墨化阴极，更均匀的电流密度降低了最大侵蚀速率，由此增加 了阴极寿命。 然而，以包含插入高导电成分的解决方案节省的每个mV是昂贵的，因为除了使用 的昂贵铜杆以外，装配（集流体棒钻孔和铜棒插入）几乎是单独的铜成本的三倍。 另外，专利技术人观察到对于在这种类型的复合导体所存在的高温下，钢集流体棒中 的Fe可扩散进入邻近的铜插入件的Cu金属中。 这种扩散可导致复合集流体棒的欧姆电阻率的增加，并且随后导致阴极电压降随 着时间增加。 当对于阳极应用该Fe-Cu型复合导体时，关于欧姆电阻率可发生类似的影响。 本专利技术涉及具有复合导体的电极、阳极或阴极及其制备方法，其中可以降低或避 免这些不利的影响。 更具体的，本专利技术涉及用于通过溶解在熔融电解质中的含铝化合物的电解来生产 错金属的电极，其中在常规的Hall-HSroult设计的恪炼槽中进行电解冶金工艺。该电极包 含含煅烧碳的本体，该含煅烧碳的本体具有与其固定的至少一种复合金属性导体，该至少 一种复合金属性导体包含含Fe材料的导电成分和含Cu材料的导电成分。该复合导体在两 种导电材料之间的界面处包含扩散阻挡层材料。获得了几种用于扩散阻挡层的材料以及用 于施加该层的方法。 可以提及本专利技术的至少两个重要目的； 1)在槽的寿命期间保持最小的电阻率，以及 2)在复合导体中使用较薄的Cu-部分，即Cu板，以增加该复合导体的品质和成本 状况。 根据如在所附的权利要求中所要求的本专利技术可以实现这些和更多的优势。 在下文中，将通过图表进一步描述本专利技术，其中： 图1是揭露Fe扩散到Cu中的相图， 图2是显示当Fe扩散到Cu中时电阻率的增加的图表， 图3是显示对于复合导体在没有和具有各种阻挡体材料的情况下Fe在Cu中的浓 度的图表。 本专利技术通常涉及电极，但是当涉及阴极时，通常对于集流体棒存在一个问题，并且 该问题在于它们的工作温度远高于900°C，并且与该集流体棒接触的其它成分可扩散到该 材料中并且劣化该材料的电阻率。对于普通的钢集流体棒，碳（C)扩散到钢中并且电阻率 增加。 对于复合集流体棒（即Cu和Fe)，出现了额外的相互扩散。Fe将扩散到Cu中至 在图1中的相图中给出的含量。反之亦然，Cu也将扩散到Fe中，但是这对于组件的电阻率 是不太关键的。 测量了当Fe扩散到Cu中时电阻率的增加，并且在图2中示出。当Cu变成饱和有 Fe时，Cu的电阻率增加了几乎100%。因此需要具有防止Fe在Cu中的相互扩散的阻挡体。 在复合集流体棒中防止Fe扩散到Cu中的阻挡体所需要的性质为： 1)化合物在Fe和Cu两者中的低溶解度 2)在槽的工作温度下为稳定的 3)保持电学电导率 4)容易在薄层中施加 在第一个实验中，向Cu-杆施加 TiB2粉末的薄涂层，并且在扩散实验中测试效果。 在TiB2浆料中浸渍Cu杆并且施加了 100微米厚的层。在中空钢中放入该杆并且将该组件 加热至950°C持续14天。 在下一个实验中，以同样的方式测试了 100微米的Mo和W箔，即在Cu杆的表面处 施加每个箔，随后将其放入中空钢中并且相应地加热。 在图3中显示了浓度分布曲线。观察到扩散的明显减小。对于TiB2涂层，观察到 扩散以10倍减小。Mo和W箔在测试的时段（14天）中看起来实际上阻止了扩散。 可能有其它的成分/化合物是更（成本）有效的并且没有被测试，并且阻挡体不 限于这里提及的化合物。满足标准的其它导电金属、金属间化合物或材料是潜在的阻挡体。 当选择具有低扩散系数的材料时，低溶解度也是重要的性质。铜的电导率非常依 赖于杂质量，因此材料的溶解度界定了该材料可以做出的损害的上限。该阻挡体材料应该 能够阻止Fe，同时该阻挡体材料本身必须不会进入铜相。 通常，与穿过晶体内部相比，扩散沿着晶界和在自由表面上更迅速地发生，即杂质 将沿着晶界更快速地扩散到该金属中。只要溶解度低，就还应该预期铜中的累积低，并且因 此将会限制电导率的潜在减小。除了低扩散率以外，好的扩散阻挡体在铜中还必须具有低当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于通过溶解在熔融电解质中的含铝化合物的电解来生产铝金属的电极，其中在常规的Hall‑Hèroult设计的熔炼槽中进行电解冶金工艺，其中该电极包含含煅烧碳的本体，该含煅烧碳的本体具有与其固定的至少一种复合金属性导体，该至少一种复合金属性导体包含含Fe材料的导电成分和含Cu材料的导电成分，其特征在于：该复合导体在两种导电材料之间的界面处包含扩散阻挡层材料。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：E·哈根，B·欧叶，
申请(专利权)人：诺尔斯海德公司，
类型：发明
国别省市：挪威;NO
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