添加剂对炭阳极性能的试验研究

摘要

炭阳极作为铝电解槽的核心部件，其质量直接影响到电解槽的正常生产和各项技术经济指标。针对我国铝用炭阳极在空气/ CO2中抗氧化反应性能差、炭耗高的问题，通过加入合适的添加剂来改善其反应性是切实可行的途径，解决这一问题的关键是找出合适的添加剂。本文尝试用含钛添加剂直接电解制备铝合金，本论文选定了碳酸镍和二氧化钛作为炭阳极的添加剂，研究了添加剂对炭阳极反应性影响的规律，研究了添加剂对炭阳极和沥青焦微观结构的影响，也进行了添加剂对沥青热解过程的影响研究，尝试了针对含钛添加剂炭阳极电解制备铝钛合金的可行性研究，可拓宽添加剂的选择思路和范围。研究成果如下：
　　（1）制备出不同碳酸镍含量添加剂的炭阳极，对CO2/空气中的残余率和粉化率进行测定，用XRD对炭阳极和沥青焦进行检测，用TG-DTG法对沥青热解结焦过程进行了测定。结果表明:碳酸镍对炭阳极反应性影响显著，碳酸镍添加量小幅提高，可提高炭阳极体积密度，也可显著改善炭阳极在CO2和空气中的残余率和粉化率；碳酸镍添加细化了炭阳极和沥青焦的微晶粒度；碳酸镍加入沥青的热解过程表观活化能增大，为52.964 KJ/mol，沥青产焦率大幅增加。
　　（2）制备出不同含量的含钛添加剂炭阳极，含钛添加剂可显著改善炭阳极在CO2和空气中的残余率和粉化率；在含钛添加剂含量为1.5％时，CO2残余率急剧增加，增幅17.92%；当含钛添加剂含量为1.5%时，在空气中的残余率从空白样的51.87%可达68.39%；含钛添加剂添加细化了炭阳极的微晶粒度；在添加量为1.5%时，含钛添加剂加入沥青的热解过程表观活化能可达56.405 KJ/mol，沥青产焦率为50.5%。
　　（3）随着电解的进行，含钛炭阳极电解电压波动，且有逐渐增大的趋势；含钛炭阳极下部消耗成圆弧状，有电解质粘接，电解质进入炭阳极表层区域；使用含钛炭阳极制备出了铝钛合金，钛元素存在偏析的现象，富钛物相出现出棒状形态，电解铝中有未电解的Al2O3颗粒残留；结果表明，通过制备含钛炭阳极电解铝钛合金是可行的。

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第一章 绪论

1.1 铝电解工业概况

1.2 铝用炭阳极生产工艺简介

1.3 炭阳极质量的影响因素

1.4 炭阳极过度消耗的因素及机理

1.5 沥青改性方面研究现状

1.6 铝电解过程中直接电解制备铝钛合金

1.7 论文研究目的意义及研究内容

第二章 试验部分

2.1 炭阳极试验原料

2.2 添加剂改性炭阳极的制备

2.3 炭阳极反应性检测设备及方法

2.4 炭阳极、沥青焦微观结构检测设备及方法

2.5 沥青热解过程检测设备及方法

2.6 电解试验设备及方法

2.7 电解试验分析与检测

第三章 碳酸镍对炭阳极性能的影响

3.1 添加剂的选择原则

3.2 添加剂的选择

3.3 碳酸镍改性炭阳极结果及分析

3.4 小结

第四章 钛添加剂对炭阳极性能的影响

4.1 钛添加剂改性炭阳极实验结果与分析

4.2 小结

第五章 含钛炭阳极对电解过程的影响

5.1 电解过程槽电压变化

5.2 电解装置电解前后外观分析

5.3 炭阳极电解前后外观相貌分析

5.4 炭阳极电解后SEM电镜分析

5.5 电解前后电解质成分变化

5.6 原铝及电解铝外观相貌变化

5.7 原铝及电解铝XRD分析

5.8 原铝及电解铝SEM电镜分析

5.9 小结

第六章 结 论

参考文献

附录

附录一：在校期间发表论文：

附录二：硕士期间参加的主要科研项目：

致谢

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