一種降低鋁電解陽極氣膜電壓降的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種降低鋁電解陽極氣膜電壓降的方法，其特征是通過在陽極中添加石墨插層化合物、鋁粉，和在電解質(zhì)中添加NaCl、NaF、碳酸鹽以降低陽極-電解質(zhì)界面張力，提高電解質(zhì)對(duì)陽極的潤濕性，促進(jìn)陽極氣泡的排放，從而實(shí)現(xiàn)鋁電解陽極氣膜電壓降的降低。同時(shí)，由于石墨插層化合物具有良好的導(dǎo)電性，在陽極中添加石墨插層化合物可顯著提高陽極導(dǎo)電性，減小陽極本體電壓降。
【專利說明】—種降低鋁電解陽極氣膜電壓降的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋁電解【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種降低鋁電解陽極氣膜電壓降的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]電解過程中，在直流電作用下，陽極發(fā)生如下反應(yīng):
[0003]2 八 1203十3?: = 4 八 1+3(? (1)
[0004]八1203十3?: = 2 八 1+3(30 (2)
[0005]電解過程中，氣泡在陽極底掌下產(chǎn)生，由于電解質(zhì)對(duì)陽極的潤濕性較差，因此有部分氣泡吸附在陽極底掌下。？0代111【1】等人研究發(fā)現(xiàn)氣泡在陽極底掌下的覆蓋率高達(dá)50% -60%。氣泡行為對(duì)電解過程影響巨大，由于氣泡不導(dǎo)電，因此，氣泡吸附在陽極底掌下會(huì)增大槽電阻，從而增大槽電壓。他即化⑴等人研究發(fā)現(xiàn):由氣泡所引起的電壓約為0.15-0.357。當(dāng)氣泡在陽極底掌下覆蓋面積過大時(shí)，會(huì)形成氣膜，甚至引起陽極效應(yīng)，導(dǎo)致槽電壓高達(dá)20-307。因此，如何促進(jìn)陽極底掌下氣泡排放是降低陽極氣膜壓降和節(jié)能的一個(gè)重要方面。
[0006]目前，針對(duì)促進(jìn)氣泡排放和降低氣膜電壓降的研究主要集中在開槽和超聲波。電解初期，開槽雖然有利于陽極底掌下氣泡的排放，但隨著陽極的消耗，開槽深度降低，開槽對(duì)促進(jìn)氣泡排放的作用減弱，且開槽深度受到限制，不可能伴隨整個(gè)陽極的使用過程。而利用超聲波促進(jìn)陽極底掌氣泡排放仍處于實(shí)驗(yàn)室研究，存在超聲波的輸送及超聲波發(fā)射器連接等技術(shù)難題，目前難于得到解決。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對(duì)陽極氣泡覆蓋在陽極底掌增大壓降的問題，提出了一種降低鋁電解陽極氣膜電壓降的方法。
[0008]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0009]一種降低鋁電解陽極氣膜電壓降的方法，同時(shí)在陽極和電解質(zhì)中添加不同的添加齊0，往陽極中添加鋁粉、石墨插層化合物中的一種或多種；往電解質(zhì)中添加版^1、他?、碳酸鹽中的一種或多種；或者僅僅往陽極中添加鋁粉、石墨插層化合物中的一種或多種，或者僅僅往電解質(zhì)中添加碳酸鹽中的一種或多種。
[0010]陽極中添加劑所占質(zhì)量百分比為1-10%，電解質(zhì)中添加劑所占質(zhì)量百分比為1-15%。
[0011]所述的石墨插層化合物包括0-^8插層化合物、0-1(插層化合物、0~11插層化合物中的一種或多種。
[0012]所述的碳酸鹽包括08003? 112003? ^2003中的一種或多種。
[0013]本發(fā)明在陽極和電解質(zhì)中分別添加不同的添加劑，以降低陽極-電解質(zhì)界面張力，提高電解質(zhì)對(duì)陽極的潤濕性，從而促進(jìn)陽極氣泡的排放。且添加劑能提高陽極導(dǎo)電性，降低陽極本體電壓降。

【具體實(shí)施方式】
[0014]以下結(jié)合實(shí)施例旨在進(jìn)一步說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
[0015]一種降低鋁電解陽極氣膜電壓降的方法，在陽極制備過程中添加石墨插層化合物、鋁粉中的一種或多種，或者在電解質(zhì)中添加版1(^1、版I？、碳酸鹽中的一種或多種，或者同時(shí)在陽極和電解質(zhì)中添加上述不同的添加劑。
[0016]實(shí)施例1
[0017]本實(shí)施例中，在制備陽極過程中添加5被％的0他插層化合物以改善陽極表面特性，促進(jìn)陽極氣泡的排放，并進(jìn)行了試驗(yàn)。
[0018]本實(shí)驗(yàn)通過槽電壓來研究陽極氣泡，實(shí)驗(yàn)原理:在較短時(shí)間內(nèi)，可認(rèn)為氧化鋁濃度、極距、電解質(zhì)成分等均未發(fā)生改變。在較短時(shí)間內(nèi)，槽電壓只與陽極氣泡有關(guān)。
[0019]本實(shí)驗(yàn)控制氧化鋁濃度為2.5%、浸入高度為2(3111、過熱度為151、電流密度為0.8八八1112、等條件下，研究添加5被％的0%插層化合物與未添加0%插層化合物兩種不同情況下，所產(chǎn)生的氣膜電壓降。
[0020]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:添加(:4?插層化合物有利于促進(jìn)陽極氣泡的排放，鋁電解陽極氣膜電壓降降低50-70—。
[0021]實(shí)施例2
[0022]本實(shí)施例中，在制備陽極過程中添加5被％的鋁粉以促進(jìn)陽極氣泡的排放，并進(jìn)行了試驗(yàn)。
[0023]本實(shí)驗(yàn)通過槽電壓來研究陽極氣泡，實(shí)驗(yàn)原理:在較短時(shí)間內(nèi)，可認(rèn)為氧化鋁濃度、極距、電解質(zhì)成分等均未發(fā)生改變。在較短時(shí)間內(nèi)，槽電壓只與陽極氣泡有關(guān)。
[0024]本實(shí)驗(yàn)控制氧化鋁濃度為2.5%、浸入高度為2(3111、過熱度為151、電流密度為0.從/挪2、等條件下，研究在陽極中添加5被％的鋁粉與未添加兩種不同情況下，所產(chǎn)生的氣膜電壓降。
[0025]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:添加鋁粉有利于促進(jìn)陽極氣泡的排放，鋁電解陽極氣膜電壓降降低 40-60—。
[0026]實(shí)施例3
[0027]本實(shí)施例中，通過往電解質(zhì)中添加10被％的似?:1以促進(jìn)陽極氣泡的排放，并進(jìn)行了試驗(yàn)。
[0028]本實(shí)驗(yàn)通過分析槽電壓來研究陽極氣泡，實(shí)驗(yàn)原理:在較短時(shí)間內(nèi)，可認(rèn)為氧化鋁濃度、極距、電解質(zhì)成分等均未發(fā)生改變。在較短時(shí)間內(nèi)，槽電壓只與陽極氣泡有關(guān)。
[0029]本實(shí)驗(yàn)控制氧化鋁濃度為2.5%、浸入高度為2(3111、過熱度為151、電流密度為0.從/挪2、等條件下，研究添加10被％的似與未添加似兩種不同情況下，所產(chǎn)生的氣膜電壓降。
[0030]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:添加似有利于促進(jìn)陽極氣泡的排放，鋁電解陽極氣膜電壓降降低 50-70—。
[0031]實(shí)施例4
[0032]本實(shí)施例中，通過往電解質(zhì)中添加10被％的似2?:03以促進(jìn)陽極氣泡的排放，并進(jìn)行了試驗(yàn)。
[0033]本實(shí)驗(yàn)通過分析槽電壓來研究陽極氣泡，實(shí)驗(yàn)原理:在較短時(shí)間內(nèi)，可認(rèn)為氧化鋁濃度、極距、電解質(zhì)成分等均未發(fā)生改變。在較短時(shí)間內(nèi)，槽電壓只與陽極氣泡有關(guān)。
[0034]本實(shí)驗(yàn)控制氧化鋁濃度為2.5%、浸入高度為2(3111、過熱度為151、電流密度為0.8八八1112、等條件下，研究添加10被％的與未添加兩種不同情況下，所產(chǎn)生的氣膜電壓降。
[0035]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:添加批鞏有利于促進(jìn)陽極氣泡的排放，鋁電解陽極氣膜電壓降降低 40-6011^。
[0036]實(shí)施例5
[0037]本實(shí)施例中，在陽極制備過程中添加5被％的插層化合物，并在電解質(zhì)中添加10被％的似以促進(jìn)陽極氣泡的排放，并進(jìn)行了試驗(yàn)。
[0038]本實(shí)驗(yàn)通過分析槽電壓來研究陽極氣泡，實(shí)驗(yàn)原理:在較短時(shí)間內(nèi)，可認(rèn)為氧化鋁濃度、極距、電解質(zhì)成分等均未發(fā)生改變。在較短時(shí)間內(nèi)，槽電壓只與陽極氣泡有關(guān)。
[0039]本實(shí)驗(yàn)控制氧化鋁濃度為2.5%、浸入高度為2(3111、過熱度為151、電流密度為0.從/挪2、等條件下，研究同時(shí)在陽極中添加5被％的插層化合物和在電解質(zhì)中添加10被％的似口與在陽極和電解質(zhì)中均未添加添加劑兩種不同情況下，所產(chǎn)生的氣膜電壓降。
[0040]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:同時(shí)在陽極中添加插層化合物和在電解質(zhì)中添加版1(^1有利于促進(jìn)陽極氣泡的排放，鋁電解陽極氣膜電壓降降低70-90?。。
【權(quán)利要求】
1.一種降低鋁電解陽極氣膜電壓降的方法，其特征在于，同時(shí)在陽極和電解質(zhì)中添加不同的添加劑，往陽極中添加鋁粉、石墨插層化合物中的一種或多種；往電解質(zhì)中添加NaCl、NaF、碳酸鹽中的一種或多種；或者僅僅往陽極中添加鋁粉、石墨插層化合物中的一種或多種，或者僅僅往電解質(zhì)中添加NaCl、NaF、碳酸鹽中的一種或多種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低鋁電解陽極氣膜電壓降的方法，其特征在于，陽極中添加劑所占質(zhì)量百分比為1_10%，電解質(zhì)中添加劑所占質(zhì)量百分比為1-15%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種降低鋁電解陽極氣膜電壓降的方法，其特征在于，所述的石墨插層化合物包括:Br-GIC、C-Na插層化合物、C-K插層化合物、C-Li插層化合物中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種降低鋁電解陽極氣膜電壓降的方法，其特征在于，所述的碳酸鹽包括:Na2C03、CaC03、Li2C03、K2CO3中的一種或多種。
【文檔編號(hào)】C25C3/18GK104313642SQ201410652070
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】呂曉軍, 雙亞靜, 李劼 申請人:中南大學(xué)