本发明专利技术涉及铝电解槽用阴极块，其至少在一些部分中由可通过燃烧混合物而获得的材料构成，所述混合物含有至少一种在2800℃下热处理后根据Maire和Mehring从平均层距离c/2计算的石墨化程度为至多0.50的含碳材料和至少一种非氧化物陶瓷。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】具有可润湿的耐磨表面的阴极块 本专利技术设及侣电解槽用阴极块、其制造方法、其用途和包含所述阴极块的阴极。 例如将电解槽用于侣的电解生产，工业上通常通过霍尔-埃鲁化all-胎roult) 法进行侣的电解生产。在霍尔-埃鲁法中，将由氧化侣和冰晶石构成的烙体电解。冰晶石 Na3用于将烙点从纯氧化侣的2045°C降至含有冰晶石、氧化侣和添加剂如氣化侣和 氣化巧的混合物的约950°C。 运种方法中使用的电解槽包含阴极基底，所述阴极基底可由形成阴极的多个相互 相邻的阴极块构成。为了承受在电解槽运作期间存在的热和化学条件，阴极通常由含碳材 料构成。通常，在阴极的每个底面上设置沟槽，在每个沟槽中至少布置一个母线，经由阳极 供应的电流通过所述母线消散。通常将特别是由单独的阳极块形成的阳极布置在液态侣层 上方约3cm~5cm处，所述液态侣层通常为15cm~50cm高，其位于阴极的顶面上，电解质， 即含有氧化侣和冰晶石的烙体，位于所述阳极与侣的表面之间。在约l〇〇〇°C下进行电解期 间，所形成的侣由于其密度大于电解质密度而沉积在电解质层下面，即作为阴极的顶面与 电解质层之间的中间层沉积。在电解期间，溶解在烙体中的氧化侣被电流分解成侣和氧气。 在电化学术语中，液态侣层是实际的阴极，因为侣离子在其表面上被还原为单质侣。然而， 在下文中，术语阴极不是指在电化学术语中的阴极即液态侣层，而是指例如由一个或多个 阴极块构成的组件，所述组件形成电解槽基底。 霍尔-埃鲁法的主要缺点在于它是高度能量密集的。生产化g的侣需要约 12kWh~15kWh的电能，并且运构成高达生产成本的40%。为了降低生产成本，因此希望尽 可能多地降低运种方法中的比能消耗。 阳0化]因此，近来越来越多地使用石墨阴极，即由含有石墨作为主要成分的阴极块所构 成的石墨阴极。石墨阴极块与石墨化阴极块之间存在差异，在石墨阴极块的制造中将石墨 用作原料，而对于石墨化阴极块的制造，将石墨前体用作原料，所述石墨前体含有碳并且通 过在2100°C~3000°C下的被称为石墨化的后续热处理而转化为石墨。通过与无定形碳进 行比较，石墨的突出之处在于低得多的电阻率和显著更高的热导率，运是指在电解期间使 用石墨阴极可W降低电解的比能消耗并且也使得可W在较高的电流强度下进行电解，从而 使得可W增加侣生产。然而，由石墨制成的阴极或阴极块、特别是石墨化阴极块，在电解期 间由于表面磨蚀而经受显著磨损，运种磨损远远大于由无定形碳制成的阴极块的磨损。除 此之外，由无定形碳或石墨制成的阴极或阴极块具有比较差的与侣的润湿性。 因此为了增加阴极块、特别是由石墨制成的阴极块与侣的润湿性，W及为了增加 由石墨制成的阴极块的耐磨性，先前已经提出由含有例如二棚化铁的石墨材料至少形成在 阴极块运作期间阴极块的构成其顶面的面。例如，W0 2012/107400A2公开了一种侣电解 槽用阴极块，其包含基底层和覆盖层，所述基底层含有石墨并且所述覆盖层含有石墨复合 材料，所述石墨复合材料含有1重量％至小于50重量％的烙点为至少1000°C的硬质材料。 要么含碳材料如焦炭、无烟煤、煤烟或玻璃碳，要么可选地非氧化陶瓷、优选二棚化铁，可用 作硬质材料。添加硬质材料旨在增加由石墨制成的阴极块的耐磨性，同时优选地使用棚化 铁旨在提高与侣的润湿性。在实验中已显示，添加例如二棚化铁确实增加了由石墨制成的阴极块的润湿性， 使得可W降低电解槽中侣层的厚度并因此降低电解槽中的阳极-阴极距离，从而导致电解 槽的比能消耗降低；然而，需要提高运些阴极块的耐磨性。由于需要提高的耐磨性，由运种 类型的阴极块构成的阴极不适于或者仅有时适于特别是在高达600kA的高电流强度下运 作的现代电解槽，运是因为其在运些运作条件下的使用寿命短。因此，本专利技术的目的是提供一种阴极块，其特别适合用于侣电解槽，并且其不仅具 有低的电阻率和与侣烙体的高润湿性，而且特别突出之处还在于，对于在烙体流动电解期 间、特别包括在例如600kA的高电流强度下的运作期间存在的磨蚀性化学和热条件，具有 高耐磨性。根据本专利技术，通过侣电解槽用阴极块实现了运一目的，所述阴极块至少部分地由 通过燃烧混合物可获得的材料构成，所述混合物含有：至少一种含碳材料，其在2800°C下 热处理后根据Maire和Me虹ing从平均层间距c/2计算的石墨化水平为至多0. 50 ;和至少 一种非氧化陶瓷。 根据本专利技术的阴极块优选由基底层和覆盖层形成，所述至少一个含有前述混合物 的部分是所述覆盖层的一部分。在本专利技术的含义内，运个部分可在整个覆盖层上延伸或者 所述部分可W仅形成运个覆盖层的一部分。 运种解决方案基于如下的发现：向制造阴极块的至少一部分的材料中，组合添加 含有石墨化比较差或完全不可石墨化的碳的材料，特别是在2800°C下热处理后根据Maire 和Mehring从平均层间距c/2计算的石墨化水平为至多0. 50的含碳材料，与添加非氧化陶 瓷，极大地增加了阴极块的耐磨性，并且运伴随着阴极块与侣的优异润湿性W及阴极块的 出色的电导率和热导率。由于非氧化陶瓷如二棚化铁对于石墨化的催化活性，所W其添加 增加了阴极块的电导率和热导率两者W及增加了阴极块与侣的润湿性，同时含有石墨化比 较差或完全不可石墨化的碳的材料的添加极大地增加了阴极块的耐磨性。因此，根据本发 明的阴极块可特别是甚至在例如600kA的高电流强度下使用并且甚至在运种类型的运作 条件中具有长的使用寿命。同时，含碳材料的相对差的石墨化度也是有利的，因为其将仅添 加非氧化陶瓷可能在阴极块上赋予的过高的电导率调节在可接受的范围内。原则上，阴极 需要尽可能高的电导率；然而，过高的电导率是不想要的，因为其可能导致例如在阴极块中 的不均匀的电流分布，并且运可能导致由碳化侣形成所产生的电化学诱导的腐蚀W及由液 态侣中的水平电流增加所产生的能量效率降低并且因此导致电解槽稳定性降低。总的说 来，由于向制造阴极块的至少一部分的材料中组合添加含有石墨化比较差或完全不可石墨 化的碳的材料，特别是在2800°C下热处理后根据Maire和Me虹ing从平均层间距c/2计算 的石墨化水平为至多0. 50的含碳材料，与添加非氧化陶瓷，根据本专利技术的阴极块不仅具有 低电阻率和与侣烙体的良好润湿性，而且特别突出之处还在于，对于在烙体流动电解期间、 特别包括在例如600kA的高电流强度下的运作期间存在的磨蚀性化学和热条件，具有高耐 磨性。在本专利技术的含义内，碳材料特别是指如下的材料，其含有大于60重量％、优选大 于70重量％、特别优选大于80重量％、更优选大于90重量％的碳，特别是焦炭。 由于前述特性和优点，根据本专利技术的阴极块优选是基于石墨的阴极块，即通过将 制造阴极块的材料燃烧和随后石墨化而可获得的阴极块。由于根据本专利技术使用的含碳材料 的石墨化度比较差或完全不存在石墨化，在2800°C下热处理后根据Maire和Me虹ing从平 均层间距c/2计算的石墨化水平为至多0. 50,所W在石墨化期间仅发生向石墨结构的非常 有限的转化，并且在非氧化陶瓷中完全不发生，因此运个实施方式中的阴极块的石墨比例 几乎完全源自下文详细描述的材料的其它成分。 为了在很大程度上实现上文关于添加含有石本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铝电解槽用阴极块(10)，所述阴极块(10)至少部分地由可通过燃烧混合物获得的材料构成，所述混合物含有至少一种在2800℃下热处理后根据Maire和Mehring从平均层间距c/2计算的石墨化水平为至多0.50的含碳材料和至少一种非氧化陶瓷。
【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：弗兰克·希尔特曼，詹努兹·图马拉，维尔姆·弗罗斯，赖纳·施米特，
申请(专利权)人：西格里碳素欧洲公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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