铝电解用金属惰性阳极的研究进展
铝电解大型金属陶瓷惰性阳极制备及电解测试
１ 实验 原 材 料及 设 备
１ １ 实验原料 ．
实验所 用原 料 Ｎｉ 上海化 学试 剂厂生 产 ， 度大 于 ９ ． ％； ｏ３ Ｏ为 纯 ９Ｏ Ｆ 为重 庆化 学试 剂 总 厂生 产 ， 纯度 大
于 ９ ．％； ｕ ９Ｏ Ｃ 为天万特吉尔环技术研究所生产纯度达 ９ ．５ 均为分析纯 ， ２０目 。 ９９ ％， 过 ０ 筛
（ 贵州大学， 贵州 贵阳 ５０ ０ ） ５０ ３
要 ： 用传 统粉 末 冶金技 术 ， 采 冷压烧 结 法制备 了 Ｃ —Ｎｉｅ 金属 陶瓷板 状 惰性 阳极 ， ｕ Ｆｚ ４ ０ 研
究 了惰性 阳极制 备 工艺 、 相组成 。采 用此 惰性 阳极 （５ ｉ ０ ＩＩ ０ＩＴ） 物 １０ｒｎＸ１０Ｉ１Ｘ１ Ｉ 与冰 晶石 一 ａ ＴＴ ＴＩ １ 氧化 铝 系电解质 ， ９０℃ 下进行 电解 实验 ， 在 ６ 保持 阳极 电流 密度 １Ａ／ｍ ， Ｃ ２实验 共进行 １ ， ０ｈ 得
１０ ００℃时， Ｇ ２ ：一 ２ １ ．１ ／ ｏ ， △ ｌ３ ２０ ２４ ｍ ｌ 因此反应易向右进行。在 １０ ７ Ｊ ＜０ ２０℃、 无保护气氛的环境 中对 ＮＯ与 Ｆｚ ３ ｉ ｅ 进行烧结 ， ｏ 制得 １０ ０ ×１ ５ ×１０ ０ ｍｍ大型板状惰性阳极。在对 Ｃ — ｉｅ ４ ｕ Ｎ Ｆ２ 金属陶瓷进行烧结 ０
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第３ 卷 第３ ５ 期
２ ０ 年 ６ ０６ 月
贵 州 工 业 大 学 学报 （ 自然科 学 版 ）
Ｊ Ｕ Ｎ ＬＯ Ｕ Ｚ Ｏ Ｎ Ｖ Ｒ ＩＹＯ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ Ｙ Ｏ Ｒ Ａ ＦＧ ＩＨ Ｕ Ｕ ＩＥ ＳＴ ＦＴ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ
２ ３
可以改善其力学和抗热震性能 ， 以满足作为惰性阳极材料的要求。本文将 Ｎ Ｏ与 Ｆｚ ３Ｃ 粉按图 １ ｉ ｅ 、ｕ ｏ 混合 、
电解铝惰性阳极
摘要(“摘要”之间空两格，采用三号字、黑体、居中，与内容空一行) （内容采用小四号宋体）关键词：(小四号、黑体、顶格)（内容采用小四号、宋体、接排、各关键词之间有1个空格及分号）ABSTRACT(采用三号字、Times New Roman字体、加黑、居中、与内容空一行) （内容采用小四号Times New Roman字体）Keywords：(小四号、Times New Roman、黑体、顶格)（内容采用小四号、Times New Roman字体、接排、各关键词之间有1个空格及分号）目录一般部分1 研究背景及意义 (1)2 惰性阳极材料研究进展 (2)2.1金属合金阳极耐蚀性研究 (3)2.1.1Cu-Al合金 (3)2.1.2Ni-Al-Fe-Cu合金 (3)2.1.3Ni-Fe合金 (3)2.1.4 Ni-Fe-Cu合金 (3)2.2氧化物陶瓷阳极耐蚀性研究 (4)2.2.1尖晶石(AB2O4)型金属氧化物 (4)2.2.2 SnO2 (4)2.2.3 CeO2 (4)2.2.4其它 (5)2.3金属陶瓷阳极耐蚀性研究 (5)3 影响NiFe2O4基金属陶瓷惰性阳极耐腐蚀性的因素 (6)3.1陶瓷相组成对耐腐蚀性能的影响 (6)3.2金属相组成对耐腐性能的影响 (7)3.3电解工艺对耐腐性能的影响 (8)4 研究内容与实验方案 (9)专题部分1 引言 (10)2 实验方法与过程 (10)2.1陶瓷基体材料的合成工艺 (10)2.1.1 原料配比的确定 (10)2.1.2 试验原料 (11)2.1.3 试验设备 (11)2.1.4 配料 (12)2.1.5 球磨混料 (12)2.1.6烘干 (13)2.1.7研磨与造粒 (13)2.1.8模压成型 (13)2.1.9烧结 (13)2.2镍铁尖晶石基金属陶瓷的制备 (14)2.2.1破碎筛分 (14)2.2.2原料配比 (15)2.2.3冷压成型 (16)2.2.4二次烧结 (16)2.3电解腐蚀的测试 (16)2.4腐蚀后试样的处理 (17)2.5腐蚀率计算 (17)2.6试样微观分析 (17)3 铁酸镍基金属陶瓷惰性阳极的电解实验研究 (18)3.1不同电解时间无添加剂的金属陶瓷阳极的腐蚀 (18)3.2添加剂V2O5对惰性阳极腐蚀率的影响 (20)3.3添加剂MnO2对惰性阳极腐蚀率的影响 (24)3.4添加剂Cr2O3对惰性阳极腐蚀率的影响 (27)3.5复合添加剂TiO2+1.0wt%V2O5对惰性阳极腐蚀率的影响 (29)4 惰性阳极腐蚀原因分析 (32)5 结论 (35)参考文献： (36)中国矿业大学2007届本科毕业设计（论文）第1页1 研究背景及意义铝在地壳中的含量为8%，其丰度位居所有金属之首。
控制电解铝生产中阳极效应的新技术
控制电解铝生产中阳极效应的新技术摘要：铝电解槽产生阳极效应时，铝电解槽电压迅速增加，可达20-50伏。
这种现象可能导致电力效率下降，破坏整个电力系统的电力供应稳定，影响铝电解中铝的生产和质量。
阳极是熔盐电解的一种特殊现象，其阳极在电解铝生产中最为明显。
业界人士逐渐倾向于认为铝电解更有害。
因此，世界上许多国家密切监测阳极对铝电解生产的影响。
结合生产实践，分析了复杂电解液系统铝电解槽阳极反应的危害和原因，以及控制阳极效应的具体措施。
关键词：电解质；铝电解；阳极效应；分析；控制前言预焙阳极质量将直接决定铝电解液的影响以及铝电解液生产和经济技术指标。
在同一个电解生产环境中，高质量的预焙阳极可以稳定铝电解生产过程，主要技术和经济指标也可以很好，特别是在电流较高的情况下，从而产生更好的电解效果，并有助于缺少高质量预焙阳极可能对铝电解产生严重影响。
此外，它还增加了因裂纹而移除区块的可能性，从而大大减少阳极总面积，从而增加电流密度。
这也会改变阳极电流分布并降低电流效率。
拆除掉的残块增加了工人的工作量，妨碍了残块的正常运作，并影响了他们的工作环境。
因此，保证阳极质量必然提高电解技术指标。
1阳极效应的发生机理概述专家们以各种方式解释了铝电解槽反应中阳极效应的原因，其中最合理和最广为人知的机制是:随着铝电解槽反应的进展，当氧离子减少到一定程度时，电解槽中的氧离子逐渐减少当四氯氟化碳分解时，小的碳颗粒会沉淀。
这些碳颗粒附着在阳极表面，形成电解液表面和阳极表面之间的屏障，使电解液不能很好地滋润阳极，阳极产生的气体不能顺利及时排出，从而导致介质中形成气流，严重影响其行为阳极张力增大，最终产生阳极效应。
当你再次添加氧化铝时，氧气再次冲向阳极此时氧气与碳粉反应，阳极表面平静，铝电解过程逐渐恢复正常。
一些人认为，铝电解槽正常生产中产生的阳极效应可以反映电解槽的工作状态，补充电解槽的热量，清洁电解槽和阳极。
此时阳极效应有积极的一面但是，随着科技的发展，铝电解技术和电解工艺的改进和优化，阳极的好处越来越少，阳极的负面影响越来越大。
无碳铝电解技术评述
严格说来，无碳电解技术应称为无碳析氧电解 技术。加析氧两个字是为了跟气体阳极区别开来。 当采用惰性多孔基体时，气体阳极也是无碳的。由 于气体阳极还处于实验室研究阶段，影响还很有限， 所以一般讲到无碳电解技术，指的就是惰性阳极电 解技术。
瑞典 Ｍｏｌｔｅｃｈ公司的 Ｎｉ－Ｆｅ合金阳解试验，在阳极形状设计方面充分考虑了阳
收稿日期：２０１９－０１－０４
· ２·
廖贤安 等：无碳铝电解技术评述
２０１９年第 ３期
极电流分布、氧气气泡溢出、电解质流动等因素。 Ｍｏｌｔｅｃｈ公司解散后，一部分技术人员转入俄铝
（ＵＣＲｕｓａｌ），当然俄铝也有自己的惰性阳极研发基 础［５］。俄铝（ＵＣＲｕｓａｌ）在 ２０１５年开始做惰性阳极 铝电解槽的工 业 试 验 （１００ｋＡ），采 用 合 金 惰 性 阳 极 （与 Ｍｏｌｔｅｃｈ公司的合金阳极相似），表面有氧化物 膜，水平布置。
节能环保一直是铝工业追求的目标，预焙炭阳 铝电解是当今铝行业主流的原铝冶炼技术，电解过 程的电能和炭素阳极消耗是碳排放的主要途径。此 外，铝用炭素原料及制品的制备过程也有电能消耗 和有害气体排放，如二氧化硫、煤焦油和沥青烟等。 为了能够最大限度的降低碳和有害气体的排放，无 碳铝电解技 术 （也 称 惰 性 阳 极 技 术 ）是 当 今 国 际 铝 冶炼界最为关注和研究最活跃的课题之一［１～７］。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｒｂｏｎ－ｆｒｅｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓａｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｉｔｈｉｎｅｒｔａｎｏｄｅａｓｉｔｓｃｏｒｅ．Ｉｎｔｈｅｎｅｘｔ１０ｙｅａｒｓ，ｔｈｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｉｎｅｒｔ ａｎｏｄｅｉｓｖｅｒｙｇｒｅａｔ，ｂｕｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｓｈｏｒｔａｎｏｄｅｌｉｆｅ，ｌａｒｇｅｈｅａｔｌｏｓｓａｎｄｈｉｇｈｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆｐｏｔｓｈｏｕｌｄｂｅｓｏｌｖｅｄ．Ｉｎｔｈｅａｓｐｅｃｔｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎ ｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｉｆｃｏａｌ－ｆｉｒｅｄｐｏｗｅｒｉｓｕｓｅｄ，ｔｈｅｃａｒｂｏｎｅｍｉｓｓｉｏｎｏｆｉｎｅｒｔａｎｏｄｅａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎｉｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｃａｒｂｏｎａｎｏｄｅ．Ｉｆｃｌｅａｎｅｎｅｒｇｙ ｓｕｃｈａｓｈｙｄｒｏ－ｐｏｗｅｒｉｓｕｓｅｄ，ｔｈｅｃａｒｂｏｎｅｍｉｓｓｉｏｎｏｆｉｎｅｒｔａｎｏｄｅａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎｉｓｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｃａｒｂｏｎａｎｏｄｅ．Ｔｈｅｍａｉｎａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｉｎｅｒｔ ａｎｏｄｅａｌｕｍｉｎｉｕｍｒｅｄｕｃｔｉｏｎａｒｅｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇｔｈｅｈａｒｍｏｆｃｏａｌｔａｒｐｉｔｃｈａｎｄｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆｔｈｅｐｏｔｒｏｏｍ．Ｉｔｍａｙｈａｖｅｃｅｒｔａｉｎａｄｖａｎ ｔａｇｅｓａｎｄｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅｎｅｓｓｉｎｔｅｒｍｓｏｆｙｉｅｌｄａｎｄｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｃｏｓｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｅｒｔａｎｏｄｅ；ｃａｒｂｏｎ－ｆｒｅｅａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ
NiFe2O4基惰性阳极抗热震性的研究进展
量碳 渣 ；（ ４ ） 维护 和更 换 阳极 需要 较 多 的劳 动 力 ， 增加 了生 产成 本 。 由于使用 惰 性 阳极可 以避 免碳 阳
用 炭素 材料 作为 阳极 材料 ，Ａ １ Ｏ 溶 于冰 晶石 电解
质 ，溶解 的铝离 子或 含铝 阳离 子在碳 阴极上 放 电析
极 的频繁 更换 以及 温 室效应 气 体 的排放 ，同时能 够 生成 副产 品氧 气 ，从 而保 护环 境节 约资 源成 本 ，这
２ ０ １ ３年 ２月
云南 冶金
ＹＵＮＮＡＮ ＭＥ ＴＡＬ Ｌ ＵＲＧＹ
Ｆ ｅ ｂ． ２ ０ｌ ３
第４ ２卷第 １ 期 （ 总第 ２ ３ ８期 ）
Ｖ ｏ １Байду номын сангаас． ４ ２ ．Ｎ ｏ ． １（ Ｓ ｕ ｍ ２ ３ ８ ）
Ｎ ｉ Ｆ ｅ ２ Ｏ ４基 惰 性 阳极 抗 热震 性 的研 究 进 展
（ １ ． Ｍｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｕ ｒ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ， Ｋ ｕ ｎ ｍｉ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｋ ｕ ｎ ｍｉ ｎ ｇ ，
Ｙ ｕ ｎ ｎ ａ ｎ ６ ５ ０ ０ ９ ３ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；２ ．Ｋ ｕ ｎ ｍｉ ｎ ｇ Ｍｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｕ ｒ ｇ ｙ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ，Ｋ ｕ ｎ ｍ ｉ ｎ ｇ ，Ｙ ｕ ｎ ｎ ａ ｎ ６ ５ ０ ０ ３ １ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｓ ｕ ｍｍａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ．Ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ’ Ｓ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｓ ｈ ｏ ｃ ｋ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｓ ｂ ｒ ｉ ｅ ｌｙ ｆ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｓ ｉ ｔ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｓ ｈ ｏ ｃ ｋ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ Ｎｉ Ｆ ｅ ２ Ｏ４ ｂ ａ ｓ ｅ ｃ ｅ ｒ ｍｅ ｔ ｉ ｓ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗｅ ｄ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｆ ｕ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｅ ｍｐｈ ａ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｒ ｉ ｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｎｉ Ｆ ｅ ２ Ｏ４ ｉ ｎ ｅ ｒ ｔ ａ ｎ ｏ ｄ ｅ ｉ ｓ ｏ ｖ ｅ ｒ ｖ ｉ ｅ ｗｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ
惰性阳极的研究开发和市场潜力
时 ， 化 还 原 周 期 会 导 致 电 流 氧
效率变劣 。
Ｃ ＝ 一 ｏ — ｝ ３ Ｎｉ Ｃｕ ｏ Ｐ ｅ ｒｙ 和 Ｏｂ ａ ｏ ｋ 在 实 ｉｔ ｋ ｚ ｌｋ ｗｓ ｙ
Ｌ２ 制 成 阳 极 用 于 铝 电 解 槽 中 ， ｉ ０ 发 现 该 阳 极 腐 蚀 速 度 取 决 于 阳极 的 制 备 工 艺 参 数 ，烧 结 时 间 和 温 度 的 提 高 降 低 了 腐 蚀 速 度 ，试 样 （ 极 ） 电解 条 件 下 在 饱 和 氧 化 阳 在
０８ ｍ－ 标 称 电 流 密 度 下 ， ．Ａｃ ２的
出 氧 气 ， 消 耗 阳 极 ， 极 在 不 电 电 解 液 中 溶 解 缓 慢 ， 实 际 电 在 解 铝 生 产过 程 中所 用 全 氧化 物 阳 极 和 陶 瓷 合 金 阳 极 很 大
程 度 上 取 决 于 电 解 液 中 电 极
一
、
金 属 氧 化 物 阳极
浓 度 ，饱 和 可 溶 性 不 会 在 ｌ ０
小时后达到 。
Ｎｉ ｅ ０４和 ＣｏＦ ２ Ｆ ２ ｅ ０４ 由
但 是 最 令 人 感 兴 趣 的 是 由 ９ ％Ｓ ０ ＋ ％ Ｓ ２３２ ｕ构 成 的 ６ ｎ ２２ ｂ０＋ ％Ｃ
阳 极 ，开 发 出 来 一 种 通 过 添 加 预
Ｓ ０２几 次 对 在 冰 晶 石 熔 体 中 ｎ
问 题 ， 阳 极 的 所 有 成 本 费 用 碳
问题 和 Ｃ ２ 放 问题 。 ０排
的 Ｓ ０ 的 可溶 性 和 溶 解 机 理进 行 ｎ２ 了 评 价 ， 现 在 １ ３ ℃下 ， 纯 冰 发 ０５ 在
晶石里 Ｓｏ ｎ ２可 溶 性 为 ００ ％ ， ．８ 而 在 电解 还 原 状 态 下还 会 多一 些 。
铝电解预焙阳极电解槽的介绍与展望
铝电解预焙阳极电解槽的介绍与展望铝电解预焙阳极电解槽的介绍与展望摘要：本文主要是对电解铝工业生产中的主要设备——电解槽的相关介绍，重点讲述预焙阳极电解槽的相关技术参数、指标、工艺等指数。
其后介绍现代关于铝电解槽的新工艺、新设备。
关键词：电解槽预焙阳极阳极炭块阴极炭块电解铝就是通过电解得到的铝。
现代电解铝工业生产采用冰晶石-氧化铝融盐电解法。
熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950℃-970℃下，在电解槽内的两极上进行电化学反应，既电解。
abstract: this article is mainly to the aluminum industrial production of main equipment-electrolytic cell related introduction, focuses on pre-baked anode cell related technical parameters, index, craft index. Introduced by modern about aluminum cell of new technology, new equipment.Key words: pre-baked anode cell anode block cathode carbon blocksAluminum electrolytic aluminum is through get. Modern aluminum industrial production adopts BingJingShi-alumina melts salt by electro-dialysis. Molten BingJingShi is solvent, alumina as solute, with carbon body is used as an anode, liquid aluminum as a cathode, ventilation with powerful dc, in 950 ℃-970 ℃, the poles in the elect ric in the electrochemical reactions, both electrolysis.1 预焙阳极电解槽的介绍电解槽是电解炼铝的核心设备，一百多年来铝电解槽的结构有了许多改进，其中以电解阳极的变化最大。
铝电解行业调研报告
铝电解行业调研报告铝电解行业调研报告随着工业化的推进和人民生活水平的提高，铝的需求量逐年增长。
作为铝的主要生产方式之一，铝电解行业在我国的发展十分迅速。
本次调研报告旨在对铝电解行业进行全面的调研和分析，了解其发展现状和趋势。
一、行业概况铝电解行业是将铝矾土经过冶炼和电解获得金属铝的制造行业，属于重要的理化工行业之一。
我国是世界上铝电解生产能力最大的国家，年产量居全球之首，占据全球铝产量的近一半。
在我国铝电解行业中，主要集中在华北、华东和华南地区。
二、市场分析1.需求增长铝作为轻金属，具有优良的导电性、导热性和良好的抗腐蚀性能，广泛应用于建筑、交通运输、电力等领域。
随着人们对高品质生活的追求，对铝制品的需求也在不断增长。
尤其是新能源汽车的普及，对铝的需求增长迅猛。
2.产能过剩虽然我国铝电解行业产能较高，但由于市场竞争激烈，产能过剩的问题也日益突出。
部分小型企业生产技术和设备落后，产品质量无法满足市场需求，导致产品价格下降和行业利润空间压缩。
三、发展趋势1.资源优化利用铝矾土是铝电解的主要原料，我国铝矾土资源较为丰富，但是矿石品位低下，存在资源浪费和环境污染的问题。
未来，铝电解行业将加大对资源的优化利用力度，提高矿石回收率，减少能源消耗和环境污染。
2.技术升级随着科技的进步，铝电解行业也将进行技术升级，提高产能和产品质量。
高温电解、惰性阳极材料以及新型电解槽等技术的应用将进一步提高铝电解过程的效率和可持续性。
3.环保要求针对铝电解行业的高耗能、高排放特点，我国加大了对环保要求的力度。
严格的环保政策和法规对铝电解行业进行限制和规范，推动行业向低能耗、低污染、高效益的方向发展。
四、建议1.提高技术创新能力铝电解行业应加强科技研发，加大技术创新投入，提高附加值和竞争力。
与高铁、航空航天等高新技术产业的深度融合，实现优势互补，将有助于行业的长期发展。
2.加强环保措施加强环保措施，推动铝电解行业向绿色、低碳发展。
铝电解技术创新[1]
![铝电解技术创新[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/a18a9404b52acfc789ebc954.png)
a、在传统槽中，用可润湿性阴极(比如TiB2涂层)减 小铝液层厚度，并求提高槽寿命； b、水平式导流阴极，以求较大幅度降低槽电压； c、倾斜式导流阴极。
4.3. 减少碳排放的途径
4.1. 低电压、低效应系数、高电流密度、
高电流效率：Norsk Hydro HAL4e 电解槽
426kA, >0.92 A/cm2, 电流效率 96%,槽电压 3.85V, 厂房无烟气
如何实现,值得思考: 阳极 阴极 磁场 自动熄灭效应 厂房设计
4.2 可润湿性导流阴极技术
4.2 可润湿性导流阴极技术
铝电解技术创新
杨建红
内容
一、铝电解技术发明回顾 二、失败的创新技术的启示 三、现代铝电解面临的战略问题 四、现行铝电解技术创新途径 五、革命性铝电解技术创新实例
一、Hall-Heroult 铝
电解技术发明回顾
Charles Martin Hall (1863-1914) was a native of Thompson, Ohio . He is best known for his discovery in 1886 of an inexpensive method for refining aluminum, the Hall-Heroult process (called such because of the nearly simultaneous discovery of the same process by the Frenchman Paul Heroult). His discovery was made in his home laboratory shortly after finishing his undergraduate studies at Oberlin College in Ohio. In 1888, after failing to find financial backing at home, Hall went to Pittsburg where he opened the first largescale aluminum production plant with the support of Alfred E. Hunt.
铝电解惰性阳极材料选择的研究进展
关键词 ： 电解 铝 惰性 阳极 金 属 陶瓷 阳极 金 属氧 化物 阳极
现 代铝 工业 主要 采 用 冰 晶石 （ ３ Ｆ ） ＮａＡＩ３一氧 化
（） 良的机械性能 ， ５优 便于与阳极导杆连接 ； （） ６原材料易于获得 ， 价格低廉 ；
（） 于制 造和加 工成 型 。 ７易
其阳极产物为 Ｏ ， ２可作为电解铝的副产品。所 以使用惰性阳极不但不会造成环境污染 ， 减少资源 消耗 ， 而且降低 了生产成本 ， 因此 ， 许多 国家都在进
二十世纪末 ， 国开始关注惰性 阳极 的研究 。 我
国家原 有 的重 大基 础研 究项 目计 划 （ ９ ３ 目） 即 ７项 关 于 铝 电解方 面 的子 课题 全 部 改 为 “ 性 电极 系 统 的 惰 研究 ” 后来 该项 目又被 列为 十五 “氧化 物 陶瓷 材料 由于 高温 条件 下稳 定性 较 好 ， 在冰 晶石一 化铝 电解熔 盐 中的溶 解度 较 低 而 且 氧
行 惰性 阳极 的研究 。
２ 惰性 阳极的分类及研 究现 状
随着 对 惰性 阳极研 究 的不 断深 入 ， 制 作 材 料 其 主要 集 中在金 属氧 化 物 陶 瓷 阳极 、 瓷基 复 合 材 料 陶
（ 属 陶瓷 阳极 ） 金 和金 属 阳极三 大类 。 ２ １ 金属 氧化 物 陶瓷 阳极 ．
（） １对熔融电解质呈化学惰性 ， 即不溶解 、 不与 熔盐电解质发生化学反应， 不受其渗透侵蚀 ， 能抵抗
高 温下空 气氧 化 以及 液 、 气 三相 界 面上 的氧化 ； 固、
铝电解用惰性阳极的应用与发展
铝电解用惰性阳极的应用与发展摘要：基于惰性阳极和可湿润性阴极的炼铝新技术可大幅度降低原铝生产成本和能耗，且环境友好，它的成功将给传统铝电解工业带来新的技术革命。
本文在简要介绍传统铝电解技术的基础上，着重对铝电解用惰性阳极的组成、性能特点及应用现状和发展前景做了较为系统的阐述。
关键词：惰性阳极铝电解金属陶瓷众所周知，铝是地球上含量极丰富的金属元素，铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。
在金属品种中，仅次于钢铁，为第二大类金属。
铝的用途极其广泛，有良好的导热性和延展性，并具有良好的耐腐蚀性，兼备了诸多其它金属的优良特性，所以是一种应用广泛，需求量大的金属，可谓是“金属之王”[1]。
由于铝的化学性质很活泼，因而在自然界里没有单质的金属铝存在，而是以铝的各种化合物形态存在。
铝的化合物在自然界中分布极广，含铝的矿物有250种，但在工业上有开采价值的铝矿，只有为数不多的几种。
世界上所有的铝都是用电解法生产出来的，称之为电解铝。
电解铝就是通过电解得到的铝。
现代电解铝工业生产采用冰晶石-氧化铝融盐电解法。
1886年Hall和Heroult分别申请了电解氧化铝-冰晶石熔体生产金属铝的专利，至今一百多年来，随着工程科学、材料科学和化学工艺的发展，Hall-Heroult炼铝法取得了很大的改进，目前铝电解槽的电流效率可高达96%。
铝电解工业生产采用霍尔-埃鲁冰晶石-氧化铝融盐电解法，即以冰晶石为主的氟化盐作为熔剂，氧化铝为溶质组成多相电解质体系。
其中Na2AlF6-Al2O3二元系和Na3AlF6-AlF3-Al2O3三元系是工业电解质的基础。
尽管人们做了很多关于改变Hall-Heroult铝电解法的尝试，但从工业应用角度看，此法仍然是铝电解的唯一方法[2]。
就目前而言，工业铝电解槽还普遍采用消耗性的炭阳极，由此产生了许多问题：(1)优质碳消耗大，因此需要配备庞大的炭素已经生产工厂，投资和生产成本较高，阳极要经常更换，劳动强度大；(2)由于炭阳极的不断消耗，极距不稳定，需要复杂的机械装置来调整极距，工艺复杂；(3)电解反应产生大量的温室气体以及大量的致癌物质等，给环境造成极大的污染。
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０５ ０６ ．５～ ．
１１ ．８
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一
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产， 还存 在许 多问题 。本文对 铝 电解用 惰性 阳极 Ｊ
的研 究进 展进 行 评 述 ，并展 望 未 来 惰 性 阳极 的发 展趋 势 。
１ １ 惰 性阳极材 料的性 能要求 ．
第３ ３卷
第 ３期
稀 有 金
ＣＨＩ Ｓ ＯＵ ＮＥ Ｅ Ｊ ＲＮＡＬ ＯＦ ＲＡＲＥ ＭＥ疆 Ｓ
２０ ０９年 ６月
Ｊｎ２ｏ ｕ．０ ９
Ｖ Ｉ３ Ｎｏ ３ ． ３ ．
铝 电解 用 金 属 惰 性 阳 极 的 研 究 进 展
丁海洋 ， 卢世 刚 ，阚素荣 ，张 向军 ， 杨娟玉
Ｃ 采用惰性 阳极 的新型铝 电解 ， Ｏ。 是指 阳极在应 用 过程 中不 消耗或 消耗相 当缓 慢 。应用惰 性 阳极 ，阳 极 区域不再生成 Ｃ Ｏ 而是 ０ ， 电解过程 的反应 为 铝
解铝 、 、 的氟化物熔盐 中 ， 抵抗 高温 下 的空 钠 钾 能
气 氧 化 及 气 、液 、固 三 相 界 面 上 的 氧 化 和腐 蚀 ； （ ）良好 的电化 学稳定 性 ， 发生 阳极 溶解 ， 耐 ２ 不 能
Ａ２３ ÷ｃ ｌ ÷ｃ ２ Ｉ ＋ — Ａ＋ ｏ ０
Ａ２ ３÷Ａ ＋ ２ １ ＿２ ｌ ÷０ Ｏ
收稿 日期 ： ０９—０ ２０ ２—１ ； 订 １ ： ０ ９— ３—０ ０修 ３期 ２ ０ ０ ５
（） １
（） ２
电催化 作 用 ，可 加 速 阳极 反 应 ；（ ）原 材 料 易 获 ５
铝 电解 过程 中 是 在 高温 熔 盐 体 系 中进 行 ，操
作 条件 比较 恶劣 ， 对惰性 阳极 的要 求较 高 ， 满足 应 以下 特征 ＿ ：（ ）稳 定 的化 学特性 ， ２ １ Ｊ 不溶 于含有溶
ｌ 惰性 阳极 材 料 的要 求及 目标
现有 的铝 电解 中 ， 是按反应式 （ ） １ 进行的 ， 反应 过程需要 消 耗 大 量 的碳 素 阳极 ， 排 放 温 室 气 体 且
在 ９ ０℃下烧 结合 成 ＮＦ ： 与 Ｃ ８ ｉｅＯ 后 ｕ混合 ，经 冷 压烧结 成 型 得 到惰 性 阳极 材料 。试 验 中采 用 的 阳 极直 径为 １ ．４ｅ ５ ２ ｍ，阳极 导杆采 用不 锈钢合 金 。为 进一 步提 高导 电性 ，Ａ ｃａ在前 期 研 究 的 ＮＦ ： ｌ ｏ ｉｅＯ 一 ＮＯ Ｃ ｉ ． ｕ金属 陶瓷 中添加 了 鲰 ， 用 的电解 温 度为 采 ９ ０ｏ 进行 了小 型工业 化 试 验 ， 打算 进 行工 业 ２ Ｃ， 并
２ ３ 金属 阳极 ．
层 可 以提高 电极 的耐腐蚀 能力 和导 电性 能 ； ａ ｓ Ｇｌｉ ａｕ
等 研 究 Ｚ Ｏ作 为 惰 性 阳极 材 料 ，并 加 入 １ ｎ ％～
０７ ｃ ．５Ａ・ ｍ 时 Ｚ Ｆ 基金 属 陶 瓷 的腐蚀 速 率最 ｎｅＯ
快 。李 国勋 等 ¨ 在 国 内 较 早 研 究 金 属 陶 瓷 阳极 ， 他们 采用共 沉淀 法将 草 酸盐 分 解制 得 Ｎ Ｆ ： 然 ｉｅＯ ， 后 表 面化 学镀 Ｃ ，Ｎ 等 ，在 氩气 保 护下 高 温烧 结 ｕ ｉ
金属阳极 ３类 ， 本文分析了 ３种惰性 阳极的特点 ，并承点评述金属 阳极的研究近况。钾冰品石电解质体系作为一种铝电解新型低温电解 质体 系， 具有操作温度低 、 １Ｏ Ａ２ 溶解性能好等优势 。指出在钾冰品石低温体系中应用金属阳极将成为今后铝 电鳃很有希望的一种新工艺。
关 键 词 ： 性 阳极 ； 属 阳极 ； 电 解 ； 冰 晶石 惰 金 铝 钾
２ １ 陶瓷阳极 ．
问题 未 能很 好 解 决 ，不 得 不 推 迟 惰 性 阳极 的 下 一 阶段 部署 。于 先进 等¨ 对 Ｚ Ｆ 基 金 属 陶瓷 的 ｎｅＯ
电导率 和 耐 腐 蚀 性 能 进 行 研 究 ，表 明 加 入 ｃ ， ｕ Ｎ Ｃ Ｏ， ｎ Ｃ Ｏ 等 有助 于提 高材料 的导 电 ｉ ， ｕ Ｚ Ｏ， ｅ ： Ｏ
得 ，价格便 宜 。
基金项 目：“６ ” ８３ 计划资助项 目 （０ ８ Ａ ３５ ３—３ ； ２０ Ａ ００ ０ ） 博士后基金资助项 目 （０ ８４ ０３ ） ２０ ０ ４ ３５ 作者简介 ：丁海洋 （９ ８一 ） 男 ，山东 日照人 ， １７ ， 博士；研究方向：熔盐电化学
￥ 讯 联 系 人 （ ｍａ ： ｌ＠ ｇｉｍ Ｃｉ） 通 Ｅ— ｉ ｓ ｌ ｕ ｒ Ｏ１ ｎ ￣
自 １８ ８ ６年 以来 ， 类一直采 用 Ｈａ － ｒｕ 人 ｌＨ６ ｈ法 ｌ ｏ 电解产 铝 ， 着 世 界 能源 紧缺 及 人类 对 环 境 问题 随
表 １ 碳 素 阳 极 体 系 和惰 ・ 陛阳极 体 系 的 比较
Ｔａｂ ｅ ｌ １ Ｃｏ ｐａ ｉｏ ｏｆ ｃ ｂｏ ａ ｄｅ ｓ ｔ ｍ ｎｄ ｎ ｒ ｍ ｒ ｓ ｎ ａｒ ｎ ｎｏ ｙｓｅ ａ ｉｅ ｔ
（ 京有色金属研 究 总院能源材料 与技术研 究中心 ， 京 １０ ８ ） 北 北 ０ ０ ８
摘 要 ： 电解 工业 已有 百 余年 的历 史 ，以惰性 阳极 为 代 表 的新 ｌ艺是 铝 电解 研 究 的热 点 问题 。惰 性 阳极 主要 分 为 陶 瓷 阳极 、金 属 陶 瓷 阳极 和 铝 二
化 生产 ， 由于 材 料 的热 脆 性 问题 及 与 导 杆 连 接 但
２ 惰 性 阳极 的发 展
早在 ５ ０年代 ， 前苏联 的别 略耶夫就发表 了惰性 阳极 的研究报告 ， 材料性 能 与实 际生 产需 要相 差 但 较大 ， 而关 于惰性 阳极 的研 究工 作一 直持 续 开展 然 着 。从惰性 阳极 的种 类来 看 ，目前 惰 性 阳极 大体 上 可以分为陶瓷 阳极 、金属 陶瓷 阳极及金 属 电极 。
４． ５
Ｃ ｒ ｏ ｌ ｔ ｄ ｓ Ｉｅ ｔｅｅ ｔ ｄ ｓ ａ ｂ ｎ ｅｅ ｒ ｅ ｎ ｒ ｌ ｒ ｅ ｃ ｏ ｃ ｏ
Ｅｅｔｄｓｃｎｕ ｅｋ／ ｇＡ ） ｌ ｒ ｅ ｏｓｍ ｇｋ （ Ｉ ｃｏ
Ｓａ ｄ ｒ ｅ ｏ ｏ ｉｏ ｏｔ ｅ Ｖ ｔ ａｄ ｄ ｃｍｐ ｓｔ ｎｖｌａ ／ ｎ ｉ ｇ
制 得金 属 陶瓷 阳极 ，提 高 了惰 性 阳极 的 导 电性 能 。
中南大学口 Ｍ对 ＮＦ ｉｅＯ 金属 陶瓷阳极进行工业 化试
等 ～ 研究 了以 Ｓ Ｏ ｎ 为基体 的惰性 阳极 的物 理 化 学性 质 ，并对其 电化 学性质 进行 了研 究 ， 析 了涂 分
有 ＣＯ ｅ 的 Ｓ Ｏ ｎ ：电极 的 电化 学 性 能 ，表 明 Ｃ Ｏ ｅ 涂
属 陶瓷 。 属 陶 瓷 阳极 较 陶瓷 阳极 在 导 电导 热 性 金 能方 面有较 大提 高 ，近 年 来 研 究 最 多 的材 料 是 以
首位 ，可 见 铝 工 业 进 行 工 艺 革 命 的迫 切 性 。１９ ９８ 年 ，美 国能源部 提 出了惰 性 阳极 路 线 图 ，将 在 ９～ １ 内使 惰性 阳极 性 能达 到 以下 目标 ：（ ） 电流 ４年 １
ｄ ｉ １ ．９ ９ ｊ ｉ ｎ ０ ５ ７ ７ ． ０ ９ ０ ． ２ ｏ ： ０ ３ ６ ／ ． ｓ ． ２ ８— ０ ６ ２ ０ ． ３ ０ ７ ｓ
中图 分类 号 ： Ｆ ２ Ｔ ８１
文献标识码 ： Ａ
文章 编 号 ： ２ ８— ０６ ２０ ）３— ４ ０— ６ ０５ ７７ （０ ９ ０ ０２ ０
及金属 阳极 。 目前它 们 还 没 有 实现 真 正 的工 业 生
Ｗ ｏｋ ｔｍｐ ｒｔ ｒ／￣ ｒ ｅ ｅａｕ ｅ Ｃ
９ ０—９ ０ ４ －６
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Ａｎ ｄ —ａ ｈ ｄ ｉ ａ ｃ ／ｃ ｏ ｅ ｃ ｔｏ ｅ ｄ ｓ ｎ ｅ ｍ ｔ Ｅｌｃｒｄ ｓ ｅｔ ｅ ｏ
密度为 ０ ８Ａ・ｍ 时 ， 蚀 速率 小 于 １ ｍ・～； ． ｃ 腐 ０ｍ ａ
（ ）在 电流密 度 为 ０ ８Ａ・ｍＩ时 ，极 化 电 位低 于 ２ ． ｃ ２
铁镍 氧 化物 为 主 ，并 在 材 料 中添 加 一 定 含 量 的铜
粉 材料 。１ ９ ９ ３年 ， 国 Ａ ｃａ 司 ¨ 美 ｌｏ 公 应 用 Ｎ Ｆ ｉｅＯ ．
ａ ｄ ｅｓ ｓ ｅ ｎｏ ｙ ｔｍ
的 １益 重视 ，采用 新 工 艺 产 铝 的需 求 变 得 更 加 迫 ３ 切 ， 性 电极 体 系及 低 温 电解质 体 系 成 为 该 领 域 惰
很有希望 的一 种 新工 艺。采 用惰 性 电极 体 系 不仅
可以降低能耗 ， 免温室气 体 Ｃ 的排放 ， 避 Ｏ 而且可 以提高 电解槽 的使 用 寿命 ，因此 被 认 为是 一 种 新 型绿 色环保 电极 ¨ Ｊ 但 惰性 阳极 材料 是 目前研 究 卫。 的难 点 ， 惰性 阳极 可分为 陶瓷阳极 、金属 陶瓷 阳极
性， 但耐 腐蚀性 能下 降很 多 。此 外 ， 们还 对 电极 他
的 电流密度 进 行 了研 究 ，得 出 电 流 密 度 为 ０ ５～ ．
陶瓷 阳极 主 要是 采 用 单 一 金 属 氧 化 物 或 复 合 惰 性 阳极 的 主
要 有 Ｓ Ｏ ，ＮＯ，Ｚ Ｏ，Ｃ２ ３ ｅＯ ，Ｆ ３ ４及 ｎ２ ｉ ｎ ｒＯ ，Ｆ ２ ３ ｅＯ
Ｃ 。 等 ，用作 添加 材料 的有 Ｃ Ｏ，Ｃ ｏＯ ｕ ｕ Ｏ，Ｓ 。 ｂＯ ， Ｐ Ｏ ， ｅＯ ， Ｏ ， Ｏ 及 Ｂ２ ３ 。陶 瓷 阳极 ｂ ２ Ｆ ２ ３ Ｍｎ ２ Ｍｏ ３ ｉ 等 Ｏ 由于 具有在 冰 晶石 电解 质熔 体 中溶 解 度低 的特 点 ， 因而具 有 较 好 的 耐 腐 蚀 性 能 。Ｉ ａｖ ｓ ｅａ与 Ｔ ｏ ｓ ｄ ｓ ｈｎｔ ａ
３期
丁海洋等
铝电解用金属惰性 阳极 的研究进展