一种提高金属陶瓷惰性阳极耐蚀性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高金属陶瓷惰性阳极耐蚀性能的方法；该方法通过控制电解腐蚀条件使金属陶瓷阳极组元被电解质腐蚀并与电解质反应生成络合阴离子，该络合离子在电场作用下团聚在阳极周围使阳极腐蚀速度减缓，并且该络合离子在电解铝三场作用下向阴极迁移速度较慢，因此溶解在电解质中的阳极组元不容易在阴极放电生成单质金属，从而保持其阴极原铝具有较高的纯度；该方法操作简单、高效，有利于推广应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种提高金属陶瓷惰性阳极耐蚀性能的方法，属于铝电解

技术介绍
为了降低金属陶瓷惰性阳极在高温熔盐电解质中的腐蚀速率，除了改变电解质组成降低电解温度外，还采用了在金属相表面包覆一定量的尖晶石型氧化物粉末避免金属相在高温熔盐中相比陶瓷相优先腐蚀(申请号：201110146867.4)；或控制一定的电解腐蚀条件使金属陶瓷惰性阳极达到表层致密尖晶石型氧化物陶瓷腐蚀与金属陶瓷惰性阳极内部连续形成新的致密尖晶石型氧化物陶瓷层的动态腐蚀平衡(申请号：201210066342.4)。包覆的方法虽一定程度上降低了腐蚀速率，但阳极电导率下降反而提高了能耗；动态腐蚀平衡虽解决了阳极表层腐蚀与电导的统一问题，但阳极耐腐蚀性能还有待提高。并且阳极组元被高温电解质腐蚀进入电解质后其形成的络合离子结构与迁移特性至今未见报道。
技术实现思路
针对现有耐蚀技术存在的缺陷，本专利技术的目的是在于提供一种能有效提高金属陶瓷惰性阳极耐蚀性能，且保持阴极原铝具有较高纯度的方法；该方法操作简单、高效，有利于工业推广应用。为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种提高金属陶瓷惰性阳极耐蚀性能的方法，该方法是将金属陶瓷惰性阳极置于电解液中，在温度为930～960℃、电流密度为0.95～1.0A/cm2的条件下，电解100h以上；所述的金属陶瓷惰性阳极包含尖晶石型氧化物、非尖晶石型氧化物和金属相；所述的电解液包含Na3AlF6和/或K3AlF6，与AlF3、CaF2及Al2O3组成的电解质。优选的方案，金属陶瓷惰性阳极包含以下质量百分比组分：尖晶石型氧化物50％～95％，非尖晶石型氧化物1％～30％，金属相1％～30％。较优选的方案，尖晶石型氧化物为MFe2O4，其中，M为Ni、Cu、Mn、Zn或Co。较优选的方案，非尖晶石型氧化物为AxOy，其中，x＝1或2，y＝1、2或3，A为Ni、Cu、Mn、Zn或Co。较优选的方案，金属相为Fe、Ni、Cu、Co、Ag中的至少一种。优选的方案，电解质中包含以下质量百分比组分：Na3AlF6和/或K3AlF660～80％，AlF35～30％，CaF2≤10％，Al2O37～10％。较优选的方案，金属陶瓷惰性阳极在电解液中电解，金属陶瓷惰性阳极组分与电解质组分发生反应生成MaAlxOyFz(2y+z-2a-3x)-络合离子，其中，M为Ni、Fe和Cu中的至少一种，a和x均大于或等于零，且不同时为零，y和z均大于零。本专利技术的技术原理及相对现有技术带来的有益技术效果：原理：通过大量研究表明，在本专利技术的温度和电流密度下，将金属陶瓷惰性阳极置于适当的电解液中进行电解腐蚀，金属陶瓷惰性阳极中的组元被腐蚀后与电解质反应生成一种特殊的络合阴离子MaAlxOyFz(2y+z-2a-3x)-，这种络合离子在电场作用下团聚分布在阳极周围，能够有效减缓阳极腐蚀速度，同时，该络合离子在电解铝三场作用下向阴极迁移速度较慢，因此溶解在电解质中的阳极组元不容易在阴极放电生成单质金属，从而保持其阴极原铝具有较高的纯度。有益效果：(1)本专利技术的技术方案可以同时提高铝电解用金属陶瓷惰性阳极的耐蚀性能和提高原铝纯度，采用合适的腐蚀工艺条件减缓了惰性阳极材料被氟化物高温熔盐电解质腐蚀后的耐蚀问题。(2)本专利技术的技术方案工艺简单、方便，易于推广应用。附图说明【图1】为实施例1中1300℃烧结4小时的22(20Ni-Cu)/(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷惰性阳极在960℃电解120h后表面致密层Fe2p峰的XPS谱。【图2】为实施例1中1300℃烧结4小时的22(20Ni-Cu)/(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷惰性阳极表面层Fe2p峰的XPS谱。【图3】为实施例1中电解质78.07％Na3AlF6-9.5％AlF3-5.0％CaF2-7.43％Al2O3的拉曼光谱图。【图4】为实施例1中电解质78.07％Na3AlF6-9.5％AlF3-5.0％CaF2-7.43％Al2O3中加入1.0wt％NiO的拉曼光谱图。【图5】为实施例1中电解质78.07％Na3AlF6-9.5％AlF3-5.0％CaF2-7.43％Al2O3中加入1.0wt％Fe2O3的拉曼光谱图。【图6】为实施例1电解质78.07％Na3AlF6-9.5％AlF3-5.0％CaF2-7.43％Al2O3中加入1.0wt％Ni的拉曼光谱图。【图7】为实施例1电解质78.07％Na3AlF6-9.5％AlF3-5.0％CaF2-7.43％Al2O3中加入1.0wt％Cu的拉曼光谱图。【图8】为实施例2中1300℃烧结4小时的22(20Ni-Cu)/(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷惰性阳极在960℃电解240h后表面致密层Fe2p峰的XPS谱。具体实施方式下面结合实施例对本
技术实现思路
作进一步说明，而不是对本专利技术权利要求保护范围的限制。实施例122(20Ni-Cu)/85(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷惰性阳极在78.07％Na3AlF6-9.5％AlF3-5.0％CaF2-7.43％Al2O3电解质中的电解120小时：22(20Ni-Cu)/85(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷惰性阳极在电解质78.07％Na3AlF6-9.5％AlF3-5.0％CaF2-7.43％Al2O3,中电解温度960℃(初晶温度947℃，过热度13℃，电流密度0.98A/cm2)电解120h后腐蚀样品表面致密层Fe2p峰的XPS谱分别如图1所示，其Fe2+/Fe3+比值分别为0.968，相比未电解样品Fe2+/Fe3+比值0.75(表面层Fe2p峰的XPS谱如图2所示)，电解后的样品Fe2+/Fe3+比值均有增加，说明其耐熔盐腐蚀性能均有所提高。经过图3-7拉曼光谱分析可知，在电解过程中溶解于电解质中的阳极组元与电解质形成了络合阴离子NiaAlxOyFz(2y+z-2a-3x)-、FeaAlxOyFz(2y+z-2a-3x)-和CuaAlxOyFz(2y+z-2a-3x)-(其中a和x大于等于零但不能同时为零，y和z大于零)。说明溶解于电解质中的阳极组元在电解质中形成了络合阴离子。实施例222(20Ni-Cu)/85(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷惰性阳极在78.07％Na3AlF6-9.5％AlF3-5.0％CaF2-7.43％Al2O3电解质中的电解240小时：2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高金属陶瓷惰性阳极耐蚀性能的方法，其特征在于：将金属陶瓷惰性阳极置于电解液中，在温度为930～960℃、电流密度为0.95～1.0A/cm2的条件下，电解100h以上；所述的金属陶瓷惰性阳极包含尖晶石型氧化物、非尖晶石型氧化物和金属相；所述的电解液包含Na3AlF6和/或K3AlF6，与AlF3、CaF2及Al2O3组成的电解质。

【技术特征摘要】
1.一种提高金属陶瓷惰性阳极耐蚀性能的方法，其特征在于：将金属陶瓷惰性
阳极置于电解液中，在温度为930～960℃、电流密度为0.95～1.0A/cm2的条件下，
电解100h以上；
所述的金属陶瓷惰性阳极包含尖晶石型氧化物、非尖晶石型氧化物和金属相；
所述的电解液包含Na3AlF6和/或K3AlF6，与AlF3、CaF2及Al2O3组成的电解质。
2.根据权利要求1所述的提高金属陶瓷惰性阳极耐蚀性能的方法，其特征在于：
所述的金属陶瓷惰性阳极包含以下质量百分比组分：尖晶石型氧化物50％～95％，
非尖晶石型氧化物1％～30％，金属相1％～30％。
3.根据权利要求2所述的提高金属陶瓷惰性阳极耐蚀性能的方法，其特征在于：
所述的尖晶石型氧化物为MFe2O4，其中，M为Ni、Cu、Mn、Zn或Co。
4.根据权利要求2所述的提高金属陶瓷惰性阳极耐蚀性能的方法，其特征在于：

【专利技术属性】
技术研发人员：何汉兵，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43