电解铝用TiB_2惰性可润湿性阴极材料的研究现状

极大的重视 ， 已成国际铝业界关注的焦点。传统电解 铝工业一直沿袭使用的是 Ｈ ｌ Ｈ ｒ ｌ电解制铝法 ， ａ— ｅ ｕｔ ｌ ｏ
被石墨化过 ， 碳块焙烧到约 １０ ℃。 ２０ （） ２ 石墨化碳块 ： 在其整块中（ 包括骨料碳和黏结
含有可石墨化的材料 ， 已经受过热处理 （００ ３０ ℃） 此方法经过 １０ ０ 余年的发展和不断完善 ， 在提高电流 剂 ） 其骨料是石油焦。 效率， 延长槽寿命 ， 提高生产操作 自动化程度 ， 降低炭 而得到一种石墨质材料。
化铝 ， 后者易溶于高温氟化物熔盐从而导致 电流效率
低。 并且现行铝 电解槽中必须存 留 １ ０ｍ的熔融 ９ ３ｃ
由于阴极与熔融金属铝不润湿， 碳素可与铝液生成碳
电阻率高 、 热导率低 ， 使用寿命短 、 经济效益差 。 而 （ 质量分数） ，０ 时 ９ ％的涂层表面能为铝液润湿 ；ｉ ＴＢ的
含量为 ３ ０ 质量分数） ５ ６ ％（ ，涂层具有 良好的铝液润
湿性 ； 通电电解可加速铝液润湿 。 ｉ ａ ｉ ， ａ ｌ Ｘａ ｎ ａ Ｈ ｒｄ ｎ Ｌｏ ａ Ａ Ｏ ｅ习 ． ｙ［ 研究了 ＴＢ 涂层阴极的抗钠膨胀性 ， ｉ 结果表
碳块 ， 抗铝液的冲蚀 Ｉ能也不如无定型碳质碳块 。 生
威， 加拿大等国家对 ＴＢ 涂层的研究相当深入。 ｉ 美国
（） ３石墨化碳块具有比半石墨化和半石墨质碳块
更好的导电、 抗钠和电解质渗透性能 。 但抗压强度太 化生产时， 很少被铝厂选用。 目 前国内生产的铝电解槽用阴极碳块 ， 大多是以
的研究现状 。
关键词 铝电解 ；ｉ。 ＴＢ ； 惰性阴极
中图分类号 ： Ｑ１ ４７ 文献标识 码 ： Ｔ ７ ．５ Ａ
１ 电解铝 传统碳 素 阴极
０ 前 言
根据铝 电解 用碳 阴极材料可将碳块分为以下 ４
４ １ 随着世界能源 日趋紧张和环境保护要求 日益严 种 ［： （） １无定形碳块 ： 其骨料碳没有或者只有一部分 格， 铝电解工业的高能耗和环境污染问题愈来愈受到
第 ３ 卷第 ３ ２ 期 ２ １ 年 ９ 月 ０１
《 陶瓷学报》
Ｊ ０ＵＲＮ ＡＬ ＯＦ ＣＥ ＲＡＭ Ｉ ＣＳ
Ｖ０ ． ２ Ｎｏ ３ １３ ． ． Ｓ ｐ ２ １ ｅ． ０ １
文章编 号 ：０ ０ ２ ７ （０ １０ － ４ １ ０ １０ — ２ ８ ２ １ ）３ ０ ９ － ５ －
碳素材料 ， 并且排放出大量 ｃ ２ Ｏ 气体 ， 此外 ， 由于
铝液不能润湿碳素阴极 ， 不仅导致极距上升 ， 耗电量 巨大 ， 而且在 电解过程 中电解质很容 易渗透到碳素阴
（） ４ 半石墨质碳块 ： 骨料被 石墨化 ， 而碳块（ 黏结
剂焦 ） 仅加热到正常的焙烧温度（ １０ ￣ 约 ２０ ｏ Ｃ
通讯联系人 ： 民， － ｉ ｗ ｎ ｗ ｈ ｔ ｉｃｍ 王为 Ｅ ｍａ ： ａ ｇ ｍ＠ ｏ ｌｏ ｌ ｍａ ．
（） ２半石墨化和半石墨质碳块 的性能相似 ， 它们
的抗钠和抗 电解质的腐蚀性差 ， 导电特 陛都大大好于
无定型碳质碳块 。 其缺点是抗压强度低于无定型碳质
《 陶瓷学报） ０ １年第 ３期 ） １ ２
电解 铝用 ＴＢ 惰性可润湿性 阴极材料 的研究现状 ｉ２
费俊 杰 王为 民 傅正义 王 皓
（ 武汉理工大学材料复合新技 术国家重点实验 室， 湖北 武汉 ４０７） ３００
摘 要
ＴＢ 能被铝液良好润湿， ｉ 而且还耐熔融铝液和冰晶石熔体的侵蚀， 熔点高， 导电率高。 本文简要介绍了传统电解铝阴极材料的 发展现状以及新型 Ｔ ｉ 惰性阴极材料的作用机理及优点， Ｂ 系统叙述了国内外关于 Ｔ 。 ｉ 涂层阴极、ｉ Ｂ ＴＢ 陶瓷阴极、ｉ 基复合阴极 ＴＢ
的经济损失 。 近年来 ， 国内外铝工业界一致认 同采用 使用 ， 炉底 电压降高。
惰性阳极和惰性可润湿性阴极可有效克服传统 电解 铝的缺点， 提高生产率 ， 达到节能环保的目标 ， 实现铝
工业的重大革新。
收稿 日期 ：０１０— ９ ２１—４ １ 基金项 目： 教育部 Ａ 前瞻计划项 目（ ３ 编号 ：０２１００ ） ５８１４３８
南大学等高校 ， 与国外水平相近。
Ｌｒ ． ｏ ａ 等人㈣测试了在电解条件下 ＴＢ ａ ｙ Ｂ ｘｌ ｒＧ ｌ ｉ２ 阴极涂层的润湿性 ，发现涂层中 ＴＢ 的含量为 ２ ％ ｉ ０
电煅无烟煤为基本骨料 ， 添加 ３ ％ ０ 左右的石墨碎 ， 与 煤沥青混合后经焙烧而成的半石墨质材料。 这种阴极
Ｍｏｅｈ ｌｃ 公司， ｔ 澳大币亚 Ｃ ｍ ｌ 公司， Ｊ ｌ ｏ ａｏ ｃ 荷兰Ｈ ｏｏ ｅｓ ｏｇ ｖｎ
公司均采用 ＴＢ 涂层工艺 ， ｉ 其配方为 ：０ ＴＢ ，５ ３ ％ ｉ ％ ２ 极涂层的主流 。 我国的研究主要集 中于东北大学 、 中
低， 抗铝液的冲蚀性能差 ， 且价格太高， 除了电解槽强 树脂胶 ，５ 碳粉 ， ４％ 此涂层是当前工业化应用 ＴＢ 阴 ｉ
素材料消耗和环境保护方面取得了长足的进步【 ｌ ｌ 。但
（） ３ 半石墨化碳块 ： 在其整块中（ 包括骨料碳和黏
含有可石墨化 的材料 ， 已经在 ２０￣左右受过 ３０ Ｃ 是依然存在许多缺点 ： 能耗较高 ， 碳素阳极消耗大 ， 产 结剂 ） 物污染环境 ， 碳素阴极易受铝液侵蚀等。生产一吨铝 热处理。 要耗能高达 １００ １００ｗ ， ３０—５０ｋ ｈ 消耗 ４０６０ｇ ５～０ｋ 优质
在铝 电解槽中上述各种阴极碳块各有优缺点：
（） １无定型碳质碳块 ， 机械强度大 ， 抗铝液的冲wenku.baidu.com
且原料便宜 ， 生产成本低 ， 价格便宜。 缺点是 极 内部 ， 电解质对碳素 阴极的侵蚀 ， 造成 最终导致 电 性能好， 抗钠和 电解质的腐蚀 ｌ能差 。在铝电解槽上 生 解槽阴极破损 ， 被迫停炉检修和更换阴极 ， 造成很大 电阻大，