铝电解用惰性阳极Fe0.68Ni0.32的合金制备及性能研究

摘要

本文采用中频感应电炉熔炼Fe0.68Ni0.32合金，通过XRD和SEM对合金分析表明，合金的物相为(Fe，Ni);合金中元素分布均匀，但夹杂着少量Fe2O3和FeS杂质。 在970℃下，将合金置于静态空气中进行22h的热重实验。在静态空气中，合金在氧化的过程中在其表面能生成一层氧化膜，该层氧化膜能阻挡空气中的氧原子向合金基体内部扩散，使合金的氧化程度大大降低。合金的高温氧化动力学遵循抛物线规律，其氧化动力学常数为9.568×10-4Kg2·m-4·h-1，氧化增重量为42.98mg/cm2。 在970℃的静态空气中，对样品进行不同时间的氧化实验，并随炉冷却。物相分析表明，氧化后样品最外层的物相均为Fe2O3。随着氧化时间的延长，氧化层与合金基体接触的紧密程度越来越不好。合金氧化层大致可以分为两层:外层的Fe2O3层和内层的Fe-Ni-O尖晶石层。随着氧化时间的延长，氧化层的厚度、Fe-Ni-O层的厚度、氧浸入基体内部的深度都逐渐增大。 在970℃下，合金在熔盐体系3.5wt％Al2O3-4wt％CaF2-5wt％LiF-CR2.2中的热腐蚀试验表明，其热腐蚀速率为3.22mg/cm2·h。在相同温度下，在熔盐体系3wt％CaF2-9.7wt％Al2O3-CR2.9中的电化学实验表明，合金的开路电位为1.21V，腐蚀电压为1.60V，腐蚀电流为3.09×10-2A，腐蚀电流密度为4.24×10-2A/cm2。 透明槽电解实验表明，在电解之前，合金首先预氧化处理一段时间。在电解的过程中，阳极上产生了很多细小的气泡，同时在炉口上部的带火星的小木条复燃，证明合金是惰性阳极。在电解的过程中，在1.1A/cm2、1.3A/cm2、1.5A/cm2和2.0A/cm2不同电流密度下，电压分别稳定在5.5V、6.2V、6.8V和8.8V左右。在工业炭素阳极底掌，气泡形核长大并彼此合并成为一个覆盖阳极底掌的大气泡，阳极底掌气泡释放的周期和气泡覆盖率都随着电流密度的增大而减小。而在惰性阳极底掌，气泡以泡沫形式离开阳极，彼此不会合并成为一个大气泡。 合金在熔盐体系3.5wt％Al2O3-4wt％CaF2-5wt％LiF-CR2.2中进行9h电解实验表明，阳极上始终有大量的气泡生成。电解之后，阳极的尺寸基本上没有发生变化。电解铝产品的纯度达到97.11wt％以上。杂质主要为铁和硅，其含量分别为1.71wt％和1.08wt％。镍含量为0.005wt％，其它杂质含量低于0.1wt％。电解电流效率为63.35％。 同时，为了研究阳极底掌气泡行为的需要，研制了一台新型透明槽。

目录

声明

摘要

1．1引言

1．2惰性阳极

1．2．1惰性阳极的发展

1．2．2惰性阳极的优势

1．3惰性阳极研究进展

1．3．1金属合金惰性阳极

1．3．2金属陶瓷惰性阳极

1．3．3金属氧化物陶瓷惰性阳极

1．4惰性阳极发展趋势

1．4．1惰性阳极与低温铝电解技术相结合

1．4．2惰性阳极与可润湿性阴极相结合

1．4．3惰性阳极与新型电解槽相结合

1．5本论文主要研究的内容

第2章Fe0．68Ni0．32惰性阳极的制备及分析

2．1．1实验原料和制备工艺

2．1．2配料及装料

2．1．3抽真空

2．1．4中频感应加热

2．1．5水冷浇铸

2．2实验结果及分析

2．2．1 Fe0．68Ni0．32惰性阳极合金化学分析

2．2．3 Fe0．68Ni0．32惰性阳极合金形貌分析

2．3本章小结

第3章Fe0．68Ni0．32惰性阳极合金的高温氧化

3．1 Fe0．68Ni0．32惰性阳极合金高温氧化热力学计算

3．2合金高温氧化动力学

3．2．1 Pilling-Bedworth原理

3．2．2合金高温氧化动力学规律

3．3 Fe0．68Ni0．32惰性阳极合金高温氧化

3．3．1 Fe0．68Ni0．32合金热重实验

3．3．2 Fe0．68Ni0．32合金高温氧化极冷实验

3．4氧化时间对Fe0．68Ni0．32合金氧化膜的影响

3．4．1实验方法

3．4．2实验结果分析

3．5本章小结

第4章Fe0．68Ni0．32惰性阳极腐蚀实验

4．1．1实验方法

4．1．2实验结果分析

4．2 Fe0．68Ni0．32惰性阳极电化学腐蚀实验

4．2．1实验方法

4．2．2实验结果分析

4．3本章小结

第5章Fe0．68Ni0．32惰性阳极电解实验

5．1惰性阳极透明槽实验

5．1．1透明槽实验方法

5．1．2透明槽实验结果分析

5．2惰性阳极电解实验

5．2．1电解实验方法

5．2．2电解实验结果分析

5．3本章小结

第6章阳极底部气泡相关参数研究实验

6．1工业炭素阳极实验

6．1．1实验方法

6．1．2实验结果分析

6．2惰性阳极Fe0．68Ni0．32阳极实验

6．2．1实验方法

6．2．2实验结果分析

6．3本章小结

第7章结论

参考文献

致谢

作者简历

攻读硕士学位期间发表的论文和科研情况