铝电解惰性阳极材料选择的研究进展
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阐述了国内外对金属氧化物陶瓷阳极 、 金属陶瓷 阳极 、 金属阳极的研究成果并总结了以上三类惰性 阳极有 待进 一 步解决 的主要 问题 。
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、
电解 后 电解 液 的密 度 为 ２ １ １。 ｇ ｍ３铝 液 ． × ０ｋ ／ ， 密度 为 ２ ３ ０ｋ ／ ， 者 因密度 差 而分 上下 层 ， ． ×１。ｇ ｍ３两 铝液 经 真空抽 出 ， 成 铝 锭 。 由 电极 反 应看 出 电解 铸 过程 中石 墨 阳极 参 与 了 电极 反 应 ， 产 每 吨铝 约 需 生 消耗 石 墨 阳极 ５ｏ ６０ｋ ， 成 生 产 成 本 的 提 高 Ｏ一 ０ ｇ 造 及 资 源 的损 失 ， 时 阳极 产 物 Ｃ Ｃ 、 、 ２ ６ 同 Ｏ、 Ｏ２Ｃ Ｃ Ｆ
大学、 中南大学 、 清华大学和中国铝业公司郑州研究
受到人 们 的 普遍 关 注。 目前 ， ｎ ２ Ｃ Ｏ 、 ｉ 、 Ｓ ０ 、 ｅ ｚ ＮＯ
２ ０
四川化 工
第１ ５卷
２ １ 第 １期 ０２年
ＮｉＯ 基 陶瓷 阳极 在 实 验 室 内 得 到 了许 多 研 究 ， 。３ 并 取 得 了一定 的研 究成 果 。
的金 属 陶瓷 。用该 阳极 在 ９ ０ ６ ℃下 ， Ｃ 于 Ｒ＝２ ８的 ． 电解 质 中 通 以 １ ０ 电 流 进 行 电解 ， 流 密 度 为 ０Ａ 电
属氧化物［ 高温烧结后可提高抗腐蚀能力 ； ， 同时 向
１ 惰 性 阳极 材料 的选 择 要 求
对 惰性 阳极 材料 的要 求 ， 视其 性 能 和 工 作环 境 而定 ， 般应 满足 以下性 能要 求 ［ ： 一 １ ］
墨棒作阳极 ， 电解槽内衬的石墨衬里作为阴极 ， 电解
反应 为 ：
２ ２ ＋３ ＡＩＯ３ Ｃ＝ ４ ＋ ３ ＡＩ Ｃ０２
第１ 期
铝 电解惰 性 阳极材 料选择 的研 究进展
１ ９
铝 电解 惰性 阳极 材料 选择 的研 究进展
郭洪强
（ 淄博职 业 学院化 工 系 ， 东淄博 ，５３ ４ 山 ２ ５ １）
摘 要
论述了传统碳素 阳极的缺点及使用惰性阳极的意义 ， 提出了惰性阳极材料应符合 的要求 ， 重点
（） 良的电化学稳定性 ， ２优 即作为 阳极 ， 阳极 在
极 化时不 发生 阳极 溶 解 ， 能经 受 电 化 学 氧化 及 抵 抗
阳极 析 出的新 生态 氧 的作 用 ；
（） ３ 电阻 率低 ， 即具 有 良好 的 电子 导 电性 ， 要 并
求电极与金属导体的接触电阻低 ， 高温下（００ １０ ℃左
士铝业 公 司就第 一个 申请 了惰性 阳极 就专利 ［ 。但 ４ ］ 该 种 阳极 的抗腐 蚀 能 力 较 弱 ， 电导 率 还有 待 进一 且 步提 高 。向 Ｓ Ｏ２ 阳极 中加 人 Ｃ ＯｚＣ ｓ ４ 金 ｎ 基 ｅ 、 ｏ０ 等
极静态腐 蚀 的研 究 ， 发现 Ｍｇ ｚ 阳极 的腐 蚀较 强 。 Ｆ对 石 忠 宁等 ［ 备 了 Ｆ － — 。 如制 ｅＮｉ ０３的混 合 体 系 Ａ１
铝 （ 。 ３ 融 盐 电解 法 生 产 铝 。在 工 业 电 解槽 内 ， Ａ１０ ） 电解 质通 常 由 ９ （ ） 晶石 和 ５ （ ） ５ Ｗｔ 冰 ｗｔ 氧化 铝 组成 ， 电解 温 度 为 ９ Ｏ ９ Ｏ ， ５一 ７ ℃ 电解 电 极 一 般 用 石
院等共 同承 担 。
Ｓ Ｏ。 ｎ 材料 被 人 们 关 注 的较 早 ， 在 １ ６ 早 ９ ９年 瑞
在 ３Ｑ ・ Ｏ ｍ 左 右 。Ｃ Ｏｚ ｅ 的加 入有 效地 提高 试样
的电导率 ， Ｎ Ｆ ２ ４ 阳极 的极化腐蚀 中， ｎ被 在 ｉｅＯ 基 ｚ
优 先腐蚀 。 赵群 等［ 采用 注浆法 制备 了铁 酸镍基 金 属 陶瓷 。 ］ 惰 性 阳极 ， 对不 同 电解 质组 成 中 Ｍｇ ｚ Ｎａ １ 阳 Ｆ与 Ｃ对
右 ） 电阻率 低于碳 素 阳极 ； 的 （） 热震 性 能好 ； ４抗
等气体恶化了工作条件 ， 造成环境污染 。 惰性 阳极的研究 由来 已久， 许多国家都在研究 能够取代碳素电极 的惰性 阳极材料 ， 用惰性 阳极 使 时， 阳极材料不参与反应 ， 其电解反应为：
２ ２ － ４ ＋３ Ａｌ ０３ Ａｌ ｏ２
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、
电解 后 电解 液 的密 度 为 ２ １ １。 ｇ ｍ３铝 液 ． × ０ｋ ／ ， 密度 为 ２ ３ ０ｋ ／ ， 者 因密度 差 而分 上下 层 ， ． ×１。ｇ ｍ３两 铝液 经 真空抽 出 ， 成 铝 锭 。 由 电极 反 应看 出 电解 铸 过程 中石 墨 阳极 参 与 了 电极 反 应 ， 产 每 吨铝 约 需 生 消耗 石 墨 阳极 ５ｏ ６０ｋ ， 成 生 产 成 本 的 提 高 Ｏ一 ０ ｇ 造 及 资 源 的损 失 ， 时 阳极 产 物 Ｃ Ｃ 、 、 ２ ６ 同 Ｏ、 Ｏ２Ｃ Ｃ Ｆ
大学、 中南大学 、 清华大学和中国铝业公司郑州研究
受到人 们 的 普遍 关 注。 目前 ， ｎ ２ Ｃ Ｏ 、 ｉ 、 Ｓ ０ 、 ｅ ｚ ＮＯ
２ ０
四川化 工
第１ ５卷
２ １ 第 １期 ０２年
ＮｉＯ 基 陶瓷 阳极 在 实 验 室 内 得 到 了许 多 研 究 ， 。３ 并 取 得 了一定 的研 究成 果 。
的金 属 陶瓷 。用该 阳极 在 ９ ０ ６ ℃下 ， Ｃ 于 Ｒ＝２ ８的 ． 电解 质 中 通 以 １ ０ 电 流 进 行 电解 ， 流 密 度 为 ０Ａ 电
属氧化物［ 高温烧结后可提高抗腐蚀能力 ； ， 同时 向
１ 惰 性 阳极 材料 的选 择 要 求
对 惰性 阳极 材料 的要 求 ， 视其 性 能 和 工 作环 境 而定 ， 般应 满足 以下性 能要 求 ［ ： 一 １ ］
墨棒作阳极 ， 电解槽内衬的石墨衬里作为阴极 ， 电解
反应 为 ：
２ ２ ＋３ ＡＩＯ３ Ｃ＝ ４ ＋ ３ ＡＩ Ｃ０２
第１ 期
铝 电解惰 性 阳极材 料选择 的研 究进展
１ ９
铝 电解 惰性 阳极 材料 选择 的研 究进展
郭洪强
（ 淄博职 业 学院化 工 系 ， 东淄博 ，５３ ４ 山 ２ ５ １）
摘 要
论述了传统碳素 阳极的缺点及使用惰性阳极的意义 ， 提出了惰性阳极材料应符合 的要求 ， 重点
（） 良的电化学稳定性 ， ２优 即作为 阳极 ， 阳极 在
极 化时不 发生 阳极 溶 解 ， 能经 受 电 化 学 氧化 及 抵 抗
阳极 析 出的新 生态 氧 的作 用 ；
（） ３ 电阻 率低 ， 即具 有 良好 的 电子 导 电性 ， 要 并
求电极与金属导体的接触电阻低 ， 高温下（００ １０ ℃左
士铝业 公 司就第 一个 申请 了惰性 阳极 就专利 ［ 。但 ４ ］ 该 种 阳极 的抗腐 蚀 能 力 较 弱 ， 电导 率 还有 待 进一 且 步提 高 。向 Ｓ Ｏ２ 阳极 中加 人 Ｃ ＯｚＣ ｓ ４ 金 ｎ 基 ｅ 、 ｏ０ 等
极静态腐 蚀 的研 究 ， 发现 Ｍｇ ｚ 阳极 的腐 蚀较 强 。 Ｆ对 石 忠 宁等 ［ 备 了 Ｆ － — 。 如制 ｅＮｉ ０３的混 合 体 系 Ａ１
铝 （ 。 ３ 融 盐 电解 法 生 产 铝 。在 工 业 电 解槽 内 ， Ａ１０ ） 电解 质通 常 由 ９ （ ） 晶石 和 ５ （ ） ５ Ｗｔ 冰 ｗｔ 氧化 铝 组成 ， 电解 温 度 为 ９ Ｏ ９ Ｏ ， ５一 ７ ℃ 电解 电 极 一 般 用 石
院等共 同承 担 。
Ｓ Ｏ。 ｎ 材料 被 人 们 关 注 的较 早 ， 在 １ ６ 早 ９ ９年 瑞
在 ３Ｑ ・ Ｏ ｍ 左 右 。Ｃ Ｏｚ ｅ 的加 入有 效地 提高 试样
的电导率 ， Ｎ Ｆ ２ ４ 阳极 的极化腐蚀 中， ｎ被 在 ｉｅＯ 基 ｚ
优 先腐蚀 。 赵群 等［ 采用 注浆法 制备 了铁 酸镍基 金 属 陶瓷 。 ］ 惰 性 阳极 ， 对不 同 电解 质组 成 中 Ｍｇ ｚ Ｎａ １ 阳 Ｆ与 Ｃ对
右 ） 电阻率 低于碳 素 阳极 ； 的 （） 热震 性 能好 ； ４抗
等气体恶化了工作条件 ， 造成环境污染 。 惰性 阳极的研究 由来 已久， 许多国家都在研究 能够取代碳素电极 的惰性 阳极材料 ， 用惰性 阳极 使 时， 阳极材料不参与反应 ， 其电解反应为：
２ ２ － ４ ＋３ Ａｌ ０３ Ａｌ ｏ２