[发明专利]一种石墨阳极板抗氧化涂层组合物及其应用

说明书

本发明涉及一种石墨阳极板的抗氧化涂层组合物，该抗氧化涂层组合物包括稀土金属的化合物、硅酸钠、磷酸锌，所述稀土金属的化合物为稀土金属的氟化物或/和氧化物。以硅酸钠、磷酸锌在一定的复配下稳固将稀土金属的氟化物和氧化物粘结在石墨阳极板上，能够显著改善石墨阳极板抗高温氧化的性能，并且有效地阻止了空气与石墨阳极板的接触，进而降低了石墨阳极板表面与空气氧化反应的速度，延长了石墨阳极板的使用寿命，减少了更换石墨阳极板的次数，降低工人劳动强度，提高生产效率，降低生产成本。

技术领域

本发明属于稀土冶金、稀土氧化物熔盐电解制备各种单一稀土金属、稀土合金技术领域，涉及一种石墨阳极板抗氧化涂层组合物及其应用。

背景技术

稀土氧化物熔盐电解制备稀土金属及稀土合金生产过程中石墨阳极板对电解过程、产品质量、生产成本影响很大。石墨阳极消耗占到生产成本的23％，而且稀土金属中的碳主要来自于石墨。因此，提高阳极石墨板的质量，减缓石墨的氧化速度，延长使用寿命，对于稀土氧化物熔盐电解工艺来讲很重要。

稀土氧化物熔盐电解制备高纯稀土金属工艺对石墨的质量要求很高。因为石墨的质量直接关系到稀土金属的质量及纯度，它是决定稀土金属中碳含量高低的重要因素。

石墨的制造过程是一个高能耗、高污染的过程。现在每吨石墨的价格已经涨到1.5万元，而且还在持续上涨。因此有必要对阳极板表面涂层抗氧化技术进行深入的研究。无论是从资源的角度，还是从生产成本、产品质量等方面都具有十分重要的意义。

稀土氧化物熔盐氧化物制备稀土金属是基于稀土氧化物在氟化稀土熔盐中有一定的溶解度，在熔融状态中存在稀土离子(RE⁺)和氧离子(O^2-)，在直流电场的作用下，通过发生氧化还原反应将RE⁺还原为RE。而且氟盐体系比较稳定，可以在稀土熔点以上直接电解。电解时：首先稀土氧化物在熔盐体系中溶解形成RE⁺和O^2-，整个熔盐体系便是由电量相同，电性相反的阴阳离子构成。给熔盐通直流电，阳离子在电解槽内向钨阴极移动，阴离子向阳极板移动。反应如下：

钨阴极：RE⁺+e→RE

阳极板：2O^2-+C-4e→CO₂↑

石墨阳极板消耗分为两种情况：

(1)、一种是石墨阳极板浸入到熔融电解质里面与稀土氧化物熔盐电解过程产生的O₂反应，生成CO和CO₂,，反应方程：C+O₂→CO₂ ①

(2)另外一种情况是石墨阳极板裸露在熔融电解质液面上面与空气的O₂反应，生成CO和CO₂.第二种情况石墨阳极板的氧化反应速度远远大于第一种情况。另外，石墨阳极板端面与阳极卡具连接处消耗最快。原因是此处的电阻最大，温度最高。

实际电解过程浸在电解质里面的石墨阳极板的消耗不到三分之一，而暴露在空气中与阳极卡具连接处的石墨板消耗了四分之三。

因此，要想提高阳极板的使用寿命，首先需要提高暴露在空气中阳极板的寿命。

目前存在问题是：稀土氧化物熔盐电解过程中石墨阳极板的寿命普遍在30个小时左右，使用寿命较低。主要原因是暴露在空气中的石墨阳极板抗高温氧化性能较差，其次是石墨阳极板与阳极卡具连接处的电阻最大，温度最高，是造成石墨阳极板此处消耗速度过快的原因之一。这就导致石墨阳极板导电面积变小，石墨阳极板电阻增大，导电更加困难，生产不能正常运行，被迫更换新的石墨阳极板。随着石墨阳极板产品的不断研究，有些石墨阳极板的密度有了较大的提高，使用寿命也得到相应的提高，一般为40-45小时。

发明内容