铝电解用金属基气体阳极的研究

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近年来我国铝电解得到长足发展,产业规模和技术装备水平均处于国际领先水平。但传统Hall-Héroult铝电解槽采用消耗式碳素阳极而存在能耗高、炭耗大、成本高、环境污染严重等问题,惰性阳极可望克服以上问题而成为铝电解的研究热点。本文以泡沫镍、镍铜铁、镍钴铜铁合金作为基体,通入CO作为反应气体,构成气体电极,通过循环伏安、极化曲线、临界电流密度、腐蚀速度、电流效率测试进行性能表征,并用于铝电解实验,以期实现铝电解工业的进一步节能减排。  (1)对于泡沫镍气体阳极,通入CO气体之后,其平衡电位大幅减小,在电流密度为1 A/cm2时,其过电位比不通气时均有不同程度的降低,CO流量为5 ml/min时的阳极过电位最小;随着CO气体流量的增加,泡沫镍气体阳极临界电流密度呈增大的趋势;当电流密度为1.2 A/cm2时,通入5 ml/min的CO气体流量,泡沫镍气体阳极的电流效率为46%;通入CO气体能减小泡沫镍气体阳极的腐蚀速度,在CO气体流量为5ml/min的腐蚀速度为98 mm/a。  (2)在压制压力240MPa、烧结温度1125℃,烧结时间5h的条件下制备了镍铜铁合金阳极,烧结出来的阳极试样的主要物相为Fe-Cu-Ni合金,试样电导率为5319.4Ω-1·m-1。研究结果表明,随着CO气体流量的增加、温度的降低、电解质中氧化铝浓度的增加、分子比的增大,该气体电极平衡电位呈减小的趋势,电极活性有所增加;随着CO气体流量的增加,镍铜铁合金气体阳极的临界电流密度呈增大的趋势。当电流密度为1.5 A/cm2时,通入5 ml/min的CO气体流量,镍铜铁合金气体阳极的电流效率为58%;通入CO气体能减小镍铜铁合金气体阳极的腐蚀速度,在CO气体流量为5 ml/min的腐蚀速度为17 mm/a,满足铝电解工艺对惰性阳极的要求。  (3)用Co部分替代Ni烧结制备了镍钴铜铁合金阳极,随着Co含量的增加,阳极试样的电导率先增大后减小;阳极试样加入钴后,对CO的氧化催化效果更好,其中Co替代Ni的最佳比例为75%,此时的平衡电位最低,电催化活性最好;随着CO气体流量的增加,75%钴替镍后的镍钴铜铁合金气体阳极的临界电流密度呈增大的趋势;当电流密度为1.5 A/cm2时,通入5 ml/min的CO气体流量,75%钴替镍后的钴镍铜铁合金气体阳极的电流效率为65%;通入CO气体能减小75%钴替镍后的钴镍铜铁合金气体阳极的腐蚀速度,在CO气体流量为5 ml/min的腐蚀速度为14 mm/a。
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