[发明专利]一种适用于高温熔盐体系的惰性阳极的制备方法

说明书

本发明涉及一种适用于高温熔盐体系的惰性阳极的制备方法，属于熔盐电解行业。具体如下：惰性阳极是由基体和氧化层组成，基体材料为二硼化钛，氧化层可通过电解过程二硼化钛基体表面与氧和电解质原位反应生成，也可通过在800‑1200℃温度下，空气气氛中煅烧0.5‑2小时预氧化生成，该稳定氧化层可阻止二硼化钛基体材料的化学‑电化学腐蚀，同时一直具有良好导电性；所述惰性阳极适用于400‑1000℃的碱/碱土金属氯化物熔盐体系和1200‑1600℃的CaO‑Al₂O₃‑SiO₂基熔融氧化物体系。该惰性阳极具有化学与电化学溶解低、抗氧化能力强、耐腐蚀性好、导电性优异、可以避免碳素阳极的消耗和CO₂气体的排放、实现可连续生产、节约能源等优点。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种适用于高温熔盐体系的惰性阳极，适用于熔盐电解行业。

背景技术

熔盐电解制备金属及合金是一种短流程、低能耗的冶金方法。19世纪初，英国Davy第一个采用熔盐电解法，从各种碱/碱土金属氢氧化物熔融盐中制备出碱/碱土金属，从而开辟了熔盐电化学技术时代。随着熔盐电化学的迅速发展，至19世纪末期，熔盐电解铝、镁等轻金属就已实现工业化生产。之后，熔盐电解技术又被应用于稀土、难熔金属等的研究与应用中。目前，熔盐电解工艺普遍采用碳素材料作为阳极，在电解过程中，金属氧化物原料中的氧以游离态氧离子的形式，扩散迁移到阳极附近放电，并与碳结合生成CO/CO₂，是导致全球气候变暖的重要温室气体。同时，电解过程消耗性碳素阳极的更换，将造成能耗增加、电解效率降低、连续运行中断等一系列问题。因此，发展一种稳定惰性阳极，是熔盐电解行业内的热点和难点。

目前，碱/碱土金属氯化物熔盐电解质中常见报道的SnO₂基惰性阳极，因存在析氧电位高、机械强度差，且长时间电解使用表面会生成CaSnO₃而导致导电性下降，而无法扩大应用。对Ni，Fe，Cr金属进行表面氧化处理可以提高其在氯化物熔盐中的稳定性，但依旧存在电化学溶解度高的问题。另一方面，熔融氧化物体系熔盐电解金属是近年来备受关注的一种新型冶金技术，但电解温度通常高达1200-1600℃左右，属于超高温电解。由于熔融氧化物体系温度高、腐蚀性强，对阳极材料要求极为苛刻。目前报道的可在熔融氧化物体系中使用的惰性阳极多数为Ir等贵金属，但价格昂贵。因此，发展一种适用于极高温熔融氧化物体系的惰性阳极，极为迫切，但也具有巨大挑战性。

发明内容

本发明提供一种适用于高温熔盐体系的惰性阳极，其具有化学与电化学溶解低、抗氧化能力强、耐腐蚀性好、导电性优异、可以避免碳素阳极的消耗和CO₂气体的排放、实现可连续生产、节约能源等优点。

本发明的技术方案是：

一种适用于高温熔盐体系的惰性阳极的制备方法，其特征在于：所述惰性阳极是由基体和氧化层组成，基体材料为二硼化钛；氧化层通过高温电解过程二硼化钛基体表面与电解质中的氧原位反应生成，或通过煅烧预氧化生成；该氧化层可阻止二硼化钛基体材料的化学-电化学腐蚀，同时保持良好的导电性；所述惰性阳极适用于400-1000℃的碱/碱土金属氯化物熔盐体系和1200-1600℃的CaO-Al₂O₃-SiO₂基熔融氧化物体系，实施2.0-3.0V的恒电压电解或0.1-0.8A cm^-2的恒电流电解，腐蚀率可低于1.50×10^-3g cm^-2h^-1。

进一步地，所述二硼化钛基体材料纯度应在99.5％以上。