一种铝电解用可润湿性炭素阴极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于铝电解领域，具体涉及一种铝电解用可润湿性炭素阴极，为N掺杂或N与P双掺杂的碳材料，所述的碳材料按照材料的质量比石墨：软炭材料：硬炭材料＝35～70：15～25：3～15进行原位复合；所述的炭素阴极中，元素碳：元素氮：元素磷的摩尔比为76～99：1～8：0～6；所述的炭素阴极中，六元碳环中杂化的N的含量不低于总N含量的50％，六元碳环中杂化的P的含量不低于总P含量的50％。本发明专利技术还提供了一种所述的炭素阴极的制备方法和应用。本发明专利技术通过大规模的原子掺杂，在保证导电率的情况下，提升现有炭素阴极的润湿性；同时，在有效降低成本的基础上，克服了TiB

【技术实现步骤摘要】
一种铝电解用可润湿性炭素阴极及其制备方法和应用
：本专利技术涉及铝电解槽阴极材料及其制备方法，属于铝电解槽新型阴极材料及其制备领域。
技术介绍
：Hall-Heroult一法是当今世界唯一的工业炼铝法。现行铝电解工业中，阴极材料不仅起着承载电流的作用，还要承受高温电解质熔体的化学侵蚀和铝液的物理冲蚀，现行槽一直采用碳质材料作为阴极材料，由于金属铝液与炭阴极材料表面的润湿性极差，为了避免因碳素阴极表面暴露于电解质之中而引起的电极反应不稳定，现行铝电解槽中通常存留厚度为20cm左右的熔融金属铝，旨在通过厚厚的铝液层自身的重力来稳定碳素阴极表面上的铝液波动。但是，如此厚的铝液在电磁力作用下会产生波动，使铝液与电解质界面都发生变形。铝液的运动和界面形变都会影响电流效率。为了平稳生产并获得较高的电流效率，现行铝电解槽阴、阳极间必须保持较高的极距，由此带来高的槽电压，增大了电能消耗和铝的二次反应损失。为此，人们致力于能被铝液完全湿润的阴极材料的研究和开发，力求与铝液润湿的阴极表面只需要保存较薄的铝液就能形成平稳的阴极电极反应的界面，不再产生主要由磁场引起的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝电解用可润湿性炭素阴极，其特征在于，为N掺杂或N与P双掺杂的碳材料，所述的碳材料按照材料的质量比石墨：软炭材料：硬炭材料＝35～70：15～25：3～15进行原位复合；/n所述的炭素阴极中，元素碳：元素氮：元素磷的摩尔比为76～99：1～8：0～6；/n所述的炭素阴极中，六元碳环中杂化的N的含量不低于总N含量的50％，六元碳环中杂化的P的含量不低于总P含量的50％。/n

【技术特征摘要】
1.一种铝电解用可润湿性炭素阴极，其特征在于，为N掺杂或N与P双掺杂的碳材料，所述的碳材料按照材料的质量比石墨：软炭材料：硬炭材料＝35～70：15～25：3～15进行原位复合；
所述的炭素阴极中，元素碳：元素氮：元素磷的摩尔比为76～99：1～8：0～6；
所述的炭素阴极中，六元碳环中杂化的N的含量不低于总N含量的50％，六元碳环中杂化的P的含量不低于总P含量的50％。


2.如权利要求1所述的铝电解用可润湿性炭素阴极，其特征在于，所述的炭素阴极的开孔率为14～17％；电阻率为23～27μΩ·m-1；体积密度为1.65～1.71g·cm-3；耐压强度为35～37Mpa；抗折强度为16～19Mpa。


3.一种权利要求1～2任一项所述的铝电解用可润湿性炭素阴极的制备方法，其特征在于，将石墨、软炭材料前驱体、硬炭材料前驱体、N源、P源混合挤压成型得阴极前体；
将阴极前体经多段焙烧，其中，各段焙烧产物预先经浸渍液A浸泡后再进行下一段的焙烧；各段焙烧的温度均为1000℃～1400℃；
浸渍液A中，至少包含软炭材料前驱体、硬炭材料前驱体中的至少一种；还包含N源、P源中的至少一种；
最后一段焙烧后，得到所述的可润湿性炭素阴极。


4.如权利要求3所述的铝电解用可润湿性炭素阴极的制备方法，其特征在于，所述石墨包括人造石墨、天然鳞片石墨、天然土质石墨、天然微晶石墨、铝电解槽废旧阴极中的至少一种；
优选地，石墨中，50mm以上：5～50mm：0.075mm～5mm：0.075mm以下的质量比为36～48：17～31：11～20：0～5。


5.如权利要求3所述的铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖延清，杨凯，田忠良，卢俊杭，李劼，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43