[发明专利]工业铝电解槽纯二硼化钛阴极涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于铝电解技术领域，特别涉及一种工业铝电解槽阴极二硼化钛涂层的制备方法。

背景技术

铝电解用的阴极炭块传统上采用回转窑或煤气锻烧的无烟煤骨料，但近年来大多数厂家开始生产电煅烧无烟煤炭块，以及用碳掺合的石墨制造的炭块，或者是石墨化炭块，或者是部分石墨化炭块。即普通炭块阴极、石墨质阴极、不同比例石墨化阴极或全石墨化阴极，这些炭块的主要缺点是对铝液的湿润性较差，抗Na和铝电解质熔体的腐蚀渗透能力不强，电解质熔体易渗透到阴极炭块中并与其发生反应，导致阴极炭块膨胀破裂，因此减缓或阻止Na和电解质熔体对阴极炭块的渗透是提高电解槽阴极炭块使用寿命的有效手段。

近年来随着人们对铝电解工业生产环保节能要求的提高，迫使人们寻求一种能够改善铝电解槽阴极的工作状态，提高电解槽使用寿命，大幅度节能降耗的惰性阴极材料。TiB₂是唯一在铝液中溶解度很小、熔点高、导电率高、硬度大，耐熔融铝液和冰晶石熔体的侵蚀，能被铝液良好湿润，与阴极炭块具有相近的热膨胀系数等众多优点，因此被认为是目前较理想的铝电解惰性阴极材料。目前，国内一些铝厂已经采用了TiB₂-C复合阴极涂层技术，取得较好的应用效果，但其主要缺点是涂层与阴极基体的结合较弱，容易脱落而影响涂层应用效果。采用熔盐电沉积的方法是在阴极炭块上直接沉积一层0.2～0.8mm的纯TiB₂涂层，其与阴极炭块结合紧密，不易脱落，且可使铝离子可以直接在二硼化钛惰性阴极上放电生成铝。

现有的碳阴极材料存在的缺点是：

1)铝液与阴极炭块长时间接触，易于在阴极上形成碳化铝，使阴极受损，减短阴极使用寿命；

2)电解质沉淀能够长期滞留于电解槽底部，使阴极电压降升高，能耗增加；

3)电解槽中需维持较高的铝液层，铝液波动大，增大铝的二次溶解。

现有的TiB₂-C复合涂层的缺点是：

1)目前的涂层制作主要是用热固性树脂，固化TiB₂-C复合涂层于阴极炭块表面，涂层与炭块表面的结合为简单物理结合，炭化后发生一些反应虽能增强涂层与基体的结合，但是仍然存在粘附性相对较差的问题，而电沉积二硼化钛时，二硼化钛能够与炭基体中的C相互嵌入对方品格中，粘附性很强，不易脱落。

2)已有的涂层制作中使用了无机粘结剂磷酸乙酯或硫酸乙脂等，会引入一些杂质。而电沉积纯二硼化钛涂层则不引入任何杂质。

发明内容

针对现有电解铝工业高能耗的特点，本发明在在大量实验研究的基础上提供一种在工业铝电解槽阴极炭块上涂覆纯TiB₂涂层的简便方法。目的在于使电解槽的阴极炭块上覆盖着一层能够与液态铝湿润的涂层，是工业铝电解槽生产过程中阴极压降降低，槽底沉淀减少，提高电流效率，实现节能、环保、单位产能高的巨大效益。

制作涂层可通过两种方法完成，第一种是在专门沉积电解槽中将单块阴极进行电沉积，然后将电沉积好的阴极块装槽，电解质采用NaCl-KCl-KF-K₂TiF₆-KBF₄-TiO₂-B₂O₃体系，各成分按质量百分比为2～15％NaCl，2～5％KCl，35～65％KF，8～18％K₂TiF₆，15～29％KBF₄，0～9％TiO₂和0～13％B₂O₃。电沉积温度为720～820℃，电流密度为0.2～0.9A/cm²，电沉积时间为2～6h；阴极炭块间的炭间缝使用纯二硼化钛粉与有机溶剂制成的炭间糊捣填，二硼化钛炭间糊由TiB₂+环氧树脂+聚酰胺树脂+糠醇混合而成，配方中各物质按质量百分比为65～80％TiB₂，8～10％环氧树脂，2～8％聚酰胺树脂，8～12％糠醇。

第二种是直接将电解共沉积二硼化钛的电解质装到电解槽中，所用的电解质体系及各成分质量百分含量与第一种方法中的相同，通过电解槽焙烧启动熔化电解质后，通入直流电进行电解沉积二硼化钛。