一种氧铝联产用微消耗阳极材料的制备方法技术

本发明专利技术属于铝电解技术领域，特别涉及一种氧铝联产用微消耗阳极材料的制备方法。所述阳极材料是由金属相和陶瓷相构成的复合材料，其中金属相为AlCoCrFeNi高熵合金，含量为25％

【技术实现步骤摘要】
一种氧铝联产用微消耗阳极材料的制备方法


[0001]本专利技术属于铝电解
，特别涉及一种氧铝联产用微消耗阳极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]现行熔盐电解制备有色金属铝的工艺中大多采用碳素阳极材料，不仅消耗大量优质的碳素材料，产生大量的CO2温室气体和有致癌物质沥青烟气、酸性气体二氧化硫以及强温室气体CF
n
，造成严重的环境污染，而且碳阳极的导电性能差，电能效率低，电能消耗特别大，是现行铝电解工艺高能耗、高成本等问题的主要原因，而非碳微消耗阳极因能解决上述问题而有望实现熔盐铝电解技术的革命。
[0003]有三类材料被研究用作熔盐电解惰性阳极：氧化物陶瓷、合金和金属陶瓷。氧化物陶瓷虽具有优异的耐电解质溶解腐蚀和新生态氧渗蚀性能，但其导电性低、脆性高、抗热震性差、难以与金属导杆连接；合金阳极强度高、韧性好、适用于大型化异性装备、与金属导杆连接容易、导电性能好，发展合金阳极的主要难题是如何降低其腐蚀速率、氧化膜层厚度的控制以及其与基体的结合度；理想中的金属陶瓷可以兼备金属氧化物陶瓷的强抗腐蚀性和金属的良好的导电性和力学性能，可克服金属氧化物阳极的抗热震性差及其与导杆连接困难等问题，同时比金属或合金阳极具有更好的耐腐蚀性和抗氧化性，但是由于目前所用的金属氧化物陶瓷与金属之间还未能实现理想的取长补短，使得制备出的金属陶瓷材料难于充分同时拥有金属相和陶瓷相的优点，尤其是金属相优先腐蚀，造成电解铝杂质含量偏高或阳极失效。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的技术缺陷，提供一种氧铝联产用微消耗阳极材料的制备方法。
[0005]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0006]首先提供一种氧铝联产用微消耗阳极材料，是由金属相和陶瓷相构成的复合材料，其中金属相为AlCoCrFeNi高熵合金，质量分数为25％
‑
95％；陶瓷相为AB2O4，其中A为Ni、Co、Sn、Zn中的一种或多种任意比例组合，B为Fe、Al、Cr、Sn中的一种或多种任意比例组合；所述陶瓷相质量分数为0
‑
75％，且陶瓷相不为0；优选为5％
‑
75％。
[0007]优选的，所述高熵合金包括Al、Co、Cr、Fe、Ni金属元素，其中Al、Co、Cr、Fe、Ni金属元素的摩尔比为(0
‑
20)：(20
‑
40)：(10
‑
25)：(10:25)：(20
‑
40)。
[0008]本专利技术还提供一种氧铝联产用微消耗阳极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0009](1)制浆：将所述陶瓷相粉末和金属相粉末按照比例均匀混合，得到粉末混合物，然后加入粘接剂和一定量的水，搅拌均匀，配制为固含量为30％
‑
70％浆料；
[0010](2)造粒：将步骤(1)得到的浆料通过喷雾造粒制备成造粒粉(具有良好流动性)；
[0011](3)压制成型：将步骤(2)得到的造粒粉装入模具压制成型，得到成型后的产品；所
述成型压力为150
‑
300MPa，成型温度为20
‑
300℃；
[0012](4)烧结：将成型后的产品在氮气或氩气气氛中，于1000
‑
1400℃烧结1
‑
6小时得到致密的产品，即为氧铝联产用微消耗阳极材料。
[0013]进一步的，步骤(1)中所述粘接剂的用量为粉末混合物质量的0.5％
‑
3％。
[0014]进一步的，步骤(1)中所述固含量为50％
‑
65％。
[0015]进一步的，步骤(3)中所述压制采用温等静压或冷等静压成型。
[0016]进一步的，步骤(4)中所述烧结过程中的氧含量控制在100
‑
1000ppm。
[0017]本专利技术的有益效果是：
[0018]高熵合金抗断裂能力、抗拉强度、抗腐蚀及抗氧化特性都要优于传统的合金；但是目前报道使用高熵合金作为阳极材料的研究，仍然不能解决电解铝杂质含量偏高的问题，无法达到工业纯铝的要求；本专利技术创造性的以高熵合金结合陶瓷相，作为氧铝联产用微消耗阳极材料；同时高熵合金和陶瓷相也并非是简单结合，本专利技术优化了各自的用量，只有在此用量条件下才能获取良好的结果；本专利技术采用高熵合金作为阳极材料的金属相，可以有效防止金属相尤其是活泼元素的优先溶解和电解液的腐蚀，提高阳极的使用寿命，降低阳极的消耗速率、降低铝液的杂质含量；本专利技术所得铝液杂质含量均不高于0.4％，达到了工业纯铝的要求(99.6％)。
附图说明
[0019]图1为实施例1中微消耗阳极电解电压曲线；
[0020]图2为实施例2中微消耗阳极电解电压曲线；
[0021]图3为实施例3中微消耗阳极电解电压曲线；
[0022]图4为实施例4中微消耗阳极电解电压曲线；
[0023]其中，图1
‑
4中，a指代电压；b指代温度。
具体实施方式
[0024]以下通过具体的实施例结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0025]实施例1：
[0026](1)将AlCoCrFeNi高熵合金粉末和Ni
0.8
Co
0.2
Fe
1.5
Al
0.5
O4陶瓷粉末通过球磨机混合2小时，得到粉末混合物，并加入粉末混合物质量1.5％的聚乙烯醇作为粘接剂，加入水配制成均匀分散的浆料，固含量为60％；其中金属相质量分数为25％，陶瓷相质量分数为75％，高熵合金粉体中Al、Co、Cr、Fe、Ni各元素的摩尔比为18：25：11：14：32；
[0027](2)将步骤(1)得到的浆料于250℃通过离心喷雾造粒得到流动性良好的造粒粉；
[0028](3)将造粒粉装入丁腈橡胶模具在室温下于250MPa冷等静压成型，得到成型后的产品；
[0029](4)将成型后的产品(即经过精加工的阳极坯体)经过精加工的阳极坯体在氮气气氛中于1400℃烧结2小时得到阳极成品。
[0030]由此获得的阳极在KF
‑
NaF
‑
AlF3‑
Al2O3电解质体系中进行20A电解实验(见图1)，CR＝1.38，阳极电流密度0.6A/cm2，24小时内电压平稳，平均电压为3.28V，所产铝杂质含量为0.33％。
[0031]实施例2：
[0032](1)将AlCoCrFeNi高熵合金粉末和Ni
0.9
Zn
0.1
Fe
1.9
Cr
0.1
O4陶瓷粉末通过球磨机混合2小时，得到粉末混合物，并加入粉末混合物质量0.6％的聚乙烯醇作为粘接剂，加入水配制成均匀分散的浆料，固含量45％；其中金属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧铝联产用微消耗阳极材料，其特征在于，所述阳极材料是由金属相和陶瓷相构成的复合材料，其中金属相为AlCoCrFeNi高熵合金，质量分数为25%
‑
95%；陶瓷相为AB2O4，其中A为Ni、Co、Sn、Zn中的一种或多种任意比例组合，B为Fe、Al、Cr、Sn中的一种或多种任意比例组合；所述陶瓷相质量分数为5%
‑
75%。2.根据权利要求1所述的氧铝联产用微消耗阳极材料，其特征在于，所述高熵合金包括Al、Co、Cr、Fe、Ni金属元素，其中Al、Co、Cr、Fe、Ni金属元素的摩尔比为（0
‑
20）：（20
‑
40）：（10
‑
25）：（10:25）：（20
‑
40）。3.根据权利要求1或2所述的氧铝联产用微消耗阳极材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：（1）制浆：将所述陶瓷相粉末和金属相粉末按照比例均匀混合，得到粉末混合物，然后加入粘接剂和一定量的水，搅拌均匀，配制为固含量为30%
‑
70%浆料；（2）...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：浙江睿曦绿业新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：