專利名稱：鋁電解金屬陶瓷惰性陽極的制備與組裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬的熔鹽電解法生產(chǎn)所用的陽極，進一步而言涉及鋁電解所用的金屬陶瓷惰性陽極。
背景技術(shù)：
眾所周知，惰性電極是在電解池中電極本身不參與反應(yīng)的電極。鋁電解工業(yè)現(xiàn)行使用的碳素陽極存在消耗大量碳素材料、能量損耗高、環(huán)境污染等諸多問題。使用惰性陽極可在一定程度上解決上述問題。人們希望將惰性電極用于電解鋁工業(yè)已有多年歷史，中國專利申請件89210028.1號“一種惰性電極的鋁電解槽結(jié)構(gòu)”就公開了惰性電極的應(yīng)用方法，之后，又有00814882.1號“用于金屬的電解制備的金屬陶瓷惰性陽極”和03132536.X號“電解鋁用氧化亞銅基的金屬陶瓷惰性陽極材料”等申請件，都肯定了使用惰性電極具有在電解鋁過程中能耗低、無環(huán)境污染、電極壽命長、材料導(dǎo)電性高、抗腐蝕性強、成本低等優(yōu)點。
自1886年Ha11-Herout發(fā)明鋁電解法以來，100多年里，鋁冶金在技術(shù)、工藝和設(shè)備等各方面都取得了很大進展，例如鋁電解槽，在鋁工業(yè)初期曾采用4000-8000A小型電解槽，目前大型電解槽的電流強度達到28-30萬A。而到目前為止，對惰性陽極材料的使用，理論上是可行的，但僅僅在實驗室里使用，其關(guān)鍵問題是陽極材料難以大型化。如果不能大型化，則電流強度難以達到要求。所以，鋁電解用惰性陽極材料大型化的研究一直是國際上革新鋁冶金技術(shù)的重要發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種大型板狀鋁電解金屬陶瓷惰性陽極的制備方法，以滿足惰性陽極鋁電解工業(yè)小型電解槽生產(chǎn)及實驗的需要。
本發(fā)明的另一目的是提供這種鋁電解金屬陶瓷惰性陽極的組裝方法，為用多組惰性陽極設(shè)計安裝更大的新型電解槽打下基礎(chǔ)。
發(fā)明人提供的鋁電解金屬陶瓷惰性陽極的制備方法是用Fe2O3、NiO或Ni2O3及金屬Al、或Ni、或Cu和添加劑為原料，按下列過程制成的(1)取上述金屬氧化物、金屬材料和添加劑分別烘干，過篩，按比例混合均勻；(2)將所得到的混合料冷壓成型，制備金屬陶瓷惰性陽極壓坯；(3)將壓坯進行燒結(jié)；(4)冷卻至室溫，得到金屬陶瓷惰性陽極。
上述過程第一步中所用的添加劑是液體石蠟、甘油、凡士林、硬脂酸中的一種；所用的添加劑與金屬氧化物、金屬材料的質(zhì)量比例為添加劑/(NiO+Fe2O3+Cu)＝5％～10％，以7％最好；其中NiO或Ni2O3、Fe2O3、Cu的質(zhì)量配比是NiO 51％～53％，F(xiàn)e2O330％～32％，Cu 16％～18％，或是Ni2O350％～54％，F(xiàn)e2O330％～33％，Cu15％～17％；液體石蠟占物料總量的7％左右。
上述過程第二步中壓坯是在250t壓力機下使用1MPa/cm2壓力冷壓成型制成的。
上述過程第三步是在硅碳棒爐內(nèi)按預(yù)定的燒結(jié)制度常壓升溫至1250℃并保溫2～5h，使陽極壓坯物料燒結(jié)，充分反應(yīng)生成結(jié)構(gòu)致密的金屬陶瓷陽極材料。
上述過程第四步制得的金屬陶瓷惰性陽極是導(dǎo)電率為72Ω-1cm-1，表觀密度為5.3g/cm3的板狀產(chǎn)品。
發(fā)明人指出金屬陶瓷惰性陽極雖有較好的抗腐蝕性、抗氧化性能，但機械強度較差，無法制備大規(guī)格的惰性陽極；如果要直接制成大尺寸的惰性陽極，則因為抗熱震性差，進入高溫電解質(zhì)熔體時會因急熱而開裂。為此，發(fā)明人的解決方案是將小尺寸的金屬陶瓷惰性陽極組裝起來，就可以用在較大規(guī)模的鋁電解槽中。
本發(fā)明的金屬陶瓷惰性陽極板的組裝方法是(1)用砂輪將金屬陶瓷惰性陽極板表面打磨、拋光，并在其上方兩側(cè)各挖一半圓狀凹槽；(2)在金屬陶瓷惰性陽極板上鉆孔，將鉆孔周圍打磨光滑，以連接陽極導(dǎo)桿；(3)將金屬陶瓷惰性陽極并排排列，用不銹鋼板和螺栓將加工好的金屬陶瓷惰性陽極板連接，并以螺母夾緊，得到大型板狀的金屬陶瓷惰性陽極。
上述組裝的第一步中，所挖半圓狀凹槽的半徑要跟所選用的連接螺栓相適應(yīng)，確保連接螺栓恰好能穿過。
上述鉆孔工藝是采用配備有無級調(diào)速器的立式銑床及配套的麻花鉆頭進行的，成孔速度要控制在1mm/min以下，以防止“崩豁”。
采用本發(fā)明提供的鋁電解金屬陶瓷惰性陽極的制備和組裝方法，可以制備大型板狀鋁電解金屬陶瓷惰性陽極，其通過的電流強度可達500～600A，與TiB2制成的鋁電解惰性陰極材料聯(lián)合使用，可以滿足惰性陽極鋁電解工業(yè)小型電解槽生產(chǎn)及實驗的需要，實現(xiàn)金屬陶瓷惰性陽極用于工業(yè)生產(chǎn)的目的；為用多組惰性陽極設(shè)計安裝更大的新型電解槽打下基礎(chǔ)。


以下附圖可以更好地說明本發(fā)明圖1為金屬陶瓷惰性陽極制備工藝框圖，圖2為挖了凹槽的板狀金屬陶瓷惰性陽極，圖3為大型板狀金屬陶瓷惰性陽極板連接示意圖。
以上圖中，1為金屬陶瓷惰性陽極板，2為凹槽，3為不銹鋼螺栓，4為不銹鋼板。
具體實施例方式
實施例 取Fe2O3、NiO及金屬Cu和液體石蠟分別按常規(guī)方法用熱風烘干，過60目篩，按照液體石蠟/(NiO+Fe2O3+Cu)＝7％的比例混合均勻，其中NiO、Fe2O3、Cu的質(zhì)量配比是NiO 52％，F(xiàn)e2O331％，Cu 17％；將所得到的混合料在250t壓力機下使用1MPa/cm2壓力冷壓成型，制備金屬陶瓷惰性陽極壓坯；將壓坯在硅碳棒爐內(nèi)按預(yù)定的燒結(jié)制度常壓升溫至1250℃并保溫5h，使陽極壓坯物料燒結(jié)，冷卻至室溫，得到金屬陶瓷惰性陽極產(chǎn)品，其尺寸為160mm×100mm，導(dǎo)電率為72Ω-1cm-1，表觀密度為5.3g/cm3。
用砂輪將金屬陶瓷惰性陽極板1表面打磨、拋光，并在其上方兩側(cè)按照附圖2所示各挖一半圓狀凹槽2，所挖半圓狀凹槽2的半徑要跟所選用的連接螺栓3相適應(yīng)，并將凹槽2鉆孔周圍打磨光滑，；在不銹鋼板4上鉆孔，以備連接陽極導(dǎo)桿；將3塊金屬陶瓷惰性陽極1如附圖3并排排列，用2塊不銹鋼板4夾住，再用4對不銹鋼螺栓3將加工好的金屬陶瓷惰性陽極板1連接，并以螺母夾緊，得到尺寸為300mm×160mm大型板狀的金屬陶瓷惰性陽極。
權(quán)利要求
1一種鋁電解金屬陶瓷惰性陽極的制備方法，其特征在于該陽極是用Fe2O3.NiO或Ni2O3及金屬Al、或Ni、或Cu和添加劑為原料，按下列過程制成的(1)取上述金屬氧化物、金屬材料和添加劑分別烘干，過篩，按比例混合均勻；(2)將所得到的混合料冷壓成型，制備金屬陶瓷惰性陽極壓坯；(3)將壓坯進行燒結(jié)；(4)冷卻至室溫，得到金屬陶瓷惰性陽極。
2按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于第一步中所用的添加劑是液體石蠟、甘油、凡士林、硬脂酸中的一種；所用的添加劑與金屬氧化物、金屬材料的質(zhì)量比例為添加劑/(NiO或Ni2O3+Fe2O3+Cu)＝5％～10％；其中NiO或Ni2O3、Fe2O3、Cu的質(zhì)量配比是NiO 51％～53％，F(xiàn)e2O330％～32％，Cu 16％～18％；或是Ni2O350％～54％，F(xiàn)e2O330％～33％，Cu15％～17％；液體石蠟占物料總量的7％。
3按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于第二步中壓坯是在250t壓力機下使用1MPa/cm2壓力冷壓成型制成的。
4按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于第三步是在硅碳棒爐內(nèi)常壓升溫至1250℃并保溫2～5h，燒結(jié)生成的。
5按照權(quán)利要求1制備的金屬陶瓷惰性陽極的組裝方法，其特征包括(1)用砂輪將金屬陶瓷惰性陽極板表面打磨、拋光，并在其上方兩側(cè)各挖一半圓狀凹槽；(2)在金屬陶瓷惰性陽極板上鉆孔，將鉆孔周圍打磨光滑；(3)將金屬陶瓷惰性陽極并排排列，用不銹鋼板和螺栓將加工好的金屬陶瓷惰性陽極板連接，并以螺母夾緊，得到大型板狀的金屬陶瓷惰性陽極。
全文摘要
鋁電解金屬陶瓷惰性陽極的制備和組裝方法，該陽極是用Fe
文檔編號C25C3/12GK1986897SQ20061005128
公開日2007年6月27日 申請日期2006年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月22日
發(fā)明者吳賢熙, 劉衛(wèi), 張立成, 徐利華 申請人:貴州大學(xué)