[发明专利]一种铝电解用TiB2基复合阴极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于铝电解新型阴极材料及其制备领域，具体涉及一种铝电解用TiB₂基复合阴极材料及其制备方法。

背景技术

Hall-Heroult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，然而，炭素阴极与熔融金属铝不润湿，为了保持熔融金属阴极表面的平稳，避免短路，现行铝电解槽中必须存留18～30cm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,也会产生流动、波动和隆起，这使得阴、阳极间必须保持较高的极距，增大了电能消耗和铝的二次反应损失。另一方面，炭素阴极容易被熔盐和Na渗透，还能和铝反应生成Al₄C₃，炭素阴极表面易形成槽底沉淀，使得阴极电压降增大、电流分布不均，铝电解槽运行不稳定，最终导致阴极的膨胀、破损等。

理想的可润湿性阴极应具有良好的导电性和机械性能；能够很好的与熔融金属铝润湿；具有良好的抗高温铝电解质熔盐和熔融铝液腐蚀能力。

TiB₂在铝液中溶解度很小并且能被铝液很好的润湿。它具有熔点高、电导率高、硬度大、耐熔融铝液和冰晶石熔体的侵蚀等特点，被视为铝电解用可润湿性阴极的最佳材料。

目前，对可润湿性阴极材料的研究主要集中于：TiB₂-C复合阴极材料，TiB₂纯陶瓷阴极材料以及TiB₂涂层阴极材料等，从文献报道来看，它们具有可润湿性阴极材料的特点，但均存在不同程度上的缺陷，TiB₂-C复合阴极材料中的碳胶粘结剂炭化后结焦炭与铝液反应，在铝液与阴极界面处形成Al₄C₃，导致TiB₂颗粒脱落，复合材料孔隙率增大，材料寿命短；TiB₂纯陶瓷阴极材料烧结温度高，致密性差，且脆性大，抗热震性能差，达不到铝电解阴极材料的技术要求；TiB₂涂层阴极材料寿命短，涂层功效难以持久维持。传统的TiB₂-Al₂O₃复合陶瓷阴极材料烧结温度较高，达到1700～1900℃，该材料的烧结对设备要求高，大大提高了生产成本。而当前研究的一些TiB₂/金属复合阴极材料，由于在复合材料中引入了金属相，虽有利于改善复合材料的烧结性能，但金属相在熔融铝液和电解质中化学稳定性差，造成复合材料寿命缩短且降低原铝产品品质，因此，也不适宜用作电解铝阴极材料。

本发明能很好地避免这些问题，本发明的一种铝电解用TiB₂基复合阴极材料烧结温度低，降低了烧结成本，且未引入金属相，力学、电学性能优异，复合材料在铝液和电解质中化学稳定性好，材料寿命长。

发明内容

针对目前TiB₂可润湿性阴极材料及其制备研究中存在的缺陷，本发明提供一种与铝液润湿性好、耐熔融电解质和铝液腐蚀、导电率高、力学性能优异且烧结温度低的TiB₂基复合阴极材料及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。