吴智明[1]2004年在《铝电解炭素阳极电化学活性研究》文中研究指明本文针对铝电解工业中，电能消耗高和炭素阳极消耗大的突出问题，以铝电解节能、节炭、降低生产成本为主要目的，用改进的断电流技术，对炭素阳极的电化学活性进行深入的研究，研究了沥青含量、残极添加量、阳极焙烧温度、AlF_3掺杂、复合氧化物掺杂、电解质成分、炭渣、金属Al及CO等因素对阳极过电位的影响，在此基础上对铝电解阳极过程机理进行了初步探讨。获得的主要结果如下： 1)改进了断电流技术。多次测量标准偏差仅有0.011V，可得到较前人更准确、可靠、重现的结果，为铝电解炭素阳极电化学活性的表征及其阳极过程的研究提供了可靠的试验研究手段，也可广泛地应用于其它高温熔盐体系的电化学研究。 2)发现了工业预焙阳极制备过程中若干降低阳极过电位的因素。残极的添加、沥青量的提高及高温焙烧时S的脱除均可降低阳极过电位。 3)发现多种阳极添加剂可降低阳极过电位。AlF_3、Al-Mg复合氧化物(浸渍法掺杂)均可降低炭素阳极过电位，且Al_2O_3／MgO配比越接近于MgAl_2O_4计量，越有利于降低炭素阳极过电位，提高焙烧温度对电催化活性不利；机械掺杂MgAl204也具有电催化活性，1A／cm~2下，与空白阳极比较，970℃和1200℃下焙烧的MgAl_2O_4掺杂阳极过电位分别降低了63mV和28mV。 4)发现炭渣、金属Al和CO都会提高阳极过电位，MgAl_2O_4掺杂可提高阳极抗CO影响的能力。炭渣和金属Al与阳极气体CO_2反应后生成CO，CO易于吸附在阳极表面，阻止阳极反应的进行，提高阳极过电位。 5)发现炭素阳极过电位随电解质中CaF_2和AlF_3的添加而提高。其原因可能是CaF_2和AlF_3增大了电解质对炭素阳极的润湿角，提高了阳极真实电流密度，从而提高阳极过电位。
赖延清[2]2001年在《铝电解节能节炭的深层研究》文中认为本文针对铝电解工业中，电能消耗高和炭素阳极消耗大的突出问题，以铝电解节能、节炭、降低生产成本为主要目的，在“973”项目及我校与挪威科技大学国际合作项目的资助下，用改进的断电流技术，对炭素阳极的电化学活性和空气／CO_2反应活性进行了广泛深入的研究，研究了沥青含量、残极添加量、阳极焙烧温度、AlF_3掺杂、复合氧化物掺杂、电解质成分、炭渣、金属Al及CO等因素对阳极过电位的影响，在此基础上对铝电解阳极过程机理进行了初步探讨；采用等温热重法、TG和XRD，研究了多种含铝添加剂(Al、AlF_3、Al_4C_3和Al_2O_3)对炭素阳极空气／CO_2反应活性的影响和相关过程的物理化学变化等，从结构与化学两方面解释了含铝添加剂对炭素阳极空气／CO_2反应活性的影响机理。获得的主要结果如下： 1)改进了断电流技术。多次测量标准偏差仅有0.011V，可得到较前人更准确、可靠、重现的结果，为铝电解炭素阳极电化学活性的表征及其阳极过程的研究提供了可靠的试验研究手段， 也可广泛地应用于其它高温熔盐体系的电化学研究。该方法已成为国内外高温熔盐电极过程研究的重要手段，得到了国际上同行专家的肯定和采用，如国际着名的铝电解基础理论研究专家、拂威科技大学的Thonstad教授曾多次委托我方对他们制备的阳极试样进行阳极过电位测试。 2)发现了工业预焙阳极制备过程中若干降低阳极过电位的因素。残极的添加、沥青量的提高及高温焙烧时S的脱除均可降低阳极过电位。 3)发现多种阳极添加剂可降低阳极过电位。AlF_3、Al-Mg复合氧化物(浸渍法掺杂)均可降低炭素阳极过电位，且Al_2O_3／MgO配比越接近于MgAl_2O_4计量，越有利于降低炭素阳极过电位，提高焙烧温度对电催化活性不利；机械掺杂MgAl_2O_4也具有电催化活性，1A／cm~2下，与空白阳极比较，970℃和1200℃下焙烧的MgAl_2O_4掺杂阳极过电位分别降低了63mV和28mV。 4)发现炭渣、金属Al和CO都会提高阳极过电位，MgAl_2O_4掺杂可提高阳极抗CO影响的能力。炭渣和金属Al与阳极气体CO_2反应后生成CO，CO易于吸附在阳极表面，阻止阳极反应的进行，提高阳极过电位。 5)发现炭素阳极过电位随电解质中CaF_2和AlF_3的添加而提高。其原因可能是CaF_2和AlF_3增大了电解质对炭素阳极的润湿角，提高了阳极真实电流密度，从而提高阳极过电位。 摘要－11－ 6）发现多种含铝添加剂可降低炭素阳极在450℃下的空气反应活性和 970℃下的CO。反应活性，且随着添加剂含量的变化出现最小活性值，但是 各种添加剂都提高了阳极在550℃下的空气反应活性。 7）发现含铝添加剂对炭素阳极空气汇。反应活性的影响是“结构因素” 与上化学因素”共同作用的结果。含铝添加剂可降低沥青热解过程的表观 活化能，催化其热解反应，提高了沥青的产焦率，有利于降低炭素阳极的 空气／CO；反应活性；在沥青的炭化过程中，通过A！4C3或A卜C中间化合物 的不断“化合－分解”，催化了沥穹豹炭化过程，提高了沥青焦的炭化程度， 有利于降低沥青结焦和炭素阳极艾生气汇0。反应活性：含铝添加剂经焙烧 后，产生了 a－A！。O。，残留干试样一，催化炭素材料的氧化反应，提高了 i））j 青结焦和炭素阳极的反应活性。
索永喜[3]2012年在《添加氧化钕对钕用炭素阳极性能影响的研究》文中认为钕广泛应用于永磁材料、储氢材料、激光材料、高级合金等方面,在高新材料领域占有非常重要的地位。目前金属钕主要通过NdF3-LiF-Nd2O3熔盐体系电解制备,电解槽采用上挂式阴阳极、敞口,槽电压高,电能效率低,能耗大。而下阴极结构电解槽阳极自下而上消耗,可以采用大尺寸阳极以降低炭块的毛耗率,可随时升降阳极以控制极距在最佳范围内,且可在低槽压下操作,易于实现自动控制,节能前景好,但该槽型易发生阳极效应。本文以石油焦为骨料、沥青为粘结剂、Nd2O3粉末为添加剂制备炭素阳极,研究Nd203添加量对炭素阳极的电阻率、真密度、空气氧化活性、阳极与NdF3-LiF-Nd203熔盐的润湿性等物化性质和阳极临界电流密度、阳极气体逸出行为等的影响规律。研究结果显示,炭素阳极的电阻率、灰分和空气氧化活性均随氧化钕添加量的增大而增大,体积密度和真密度略有波动,电解质对炭素阳极的润湿性随阳极中氧化钕含量的增大而明显改善。温度升高,电解质对炭素阳极的润湿性变好。与不含氧化钕的阳极相比,含2.5%氧化钕的阳极的电阻率增大了9.87%；含氧化钕2.5%的阳极在氧化钕浓度为3%的电解质中润湿角最小,为91.9°。炭素阳极的临界电流密度随氧化钕添加量的增大而提高。当熔盐组成为NdF3(wt83.3%)-LiF(wt14.7%)-Nd2O3(2%)时,不含氧化钕阳极的临界电流密度为1.92A.cm-2,含2%氧化钕阳极的临界电流密度为8.4A·cm-2,提高了3倍以上。温度升高有利于炭素阳极临界电流密度的提高。添加氧化钕有利于降低阳极过电压；与不含氧化钕的试样相比,当氧化钕含量为2%时,阳极试样的过电压降低100mV以上。电压波动测试表明,炭素阳极中添加氧化钕后,电压波动高频部分明显增加,利于气泡释放,气膜过电压降低。在一定范围内,高电流密度有利于阳极气泡逸出。炭阳极中添加适量氧化钕,除电阻率略有增加外,其它物化性能均基本符合行业标准,电解质对炭阳极的润湿性明显改善,临界电流密度显着提高,阳极气泡易于释放,对降低阳极效应系数,降低能耗具有非常重要的意义。
朱永松[4]2004年在《添加剂对铝用炭素阳极的催化活性研究》文中提出本文针对铝电解工业中，电能消耗高和炭素阳极消耗大的突出问题，以铝电解节能、节炭、降低生产成本为主要目的。采用等温热重法、TG和XRD，研究了多种含铝添加剂(Al、AlF_3、Al_4C_3和Al_2O_3)对炭素阳极空气／CO_2反应活性的影响和相关过程的物理化学变化等，从结构与化学两方面解释了含铝添加剂对炭素阳极空气／CO_2反应活性的影响机理。获得的主要结果如下： 1)发现多种含铝添加剂可降低炭素阳极在450℃下的空气反应活性和970℃下的CO_2反应活性，且随着添加剂含量的变化出现最小活性值，但是各种添加剂都提高了阳极在550℃下的空气反应活性。 2)发现含铝添加剂对炭素阳极空气/CO_2反应活性的影响是“结构因素”与“化学因素”共同作用的结果。含铝添加剂可降低沥青热解过程的表观活化能，催化其热解反应，提高了沥青的产焦率，有利于降低炭素阳极的空气／CO_2反应活性；在沥青的炭化过程中，通过Al_4C_3或Al-C中间化合物的不断“化合-分解”，催化了沥青的炭化过程，提高了沥青焦的炭化程度，有利于降低沥青结焦和炭素阳极的空气／CO_2反应活性；含铝添加剂经焙烧后，产生了α-Al_2O_3，残留于试样中，催化炭素材料的氧化反应，提高了沥青结焦和炭素阳极的反应活性。
张欣欣[5]2013年在《NiFe_2O_4惰性阳极制备及电化学性能研究》文中提出传统Hall-Heroult铝电解槽由于采用消耗式炭素阳极而存在着能耗高,炭耗大,成本高,阳极更换频繁和环境污染严重等问题。惰性阳极在电解过程中不参与电化学反应,所以基本不消耗阳极,可以避免上述问题的发生,因而惰性阳极成为铝业界的研究重点和热点,研究者们进行大量的研究和尝试力图寻求符合铝电解工业应用的惰性阳极材料。本文主要研究了合成阳极材料的结构和性能,并对这种惰性阳极在电解过程中阳极气泡行为进行了研究。对合成NiFe2O4惰性阳极材料的结构和性能进行研究,发现随着合成温度的升高,气孔率降低。随气孔率的减小,抗弯强度呈现出先增大后降低的趋势。在低温下延长烧结时间后不能有效地提升基体致密化程度。在合成NiFe2O4尖晶石(NiO过量15%(mass))的过程中,添加剂Mn02引入到原料Fe203和NiO粉末中,研究了添加剂对烧结及NiFe2O4尖晶石性能的影响。通过研究发现添加剂对烧结起到了一定的促进作用,另外还能提高材料各个方面的性能。在1100℃和1400℃温度下,添加1.0wt%MnO2的样品烧结不同时间的平均气孔率分别为33.85%和1.82%,平均抗弯强度分别为12.45MPa和46.47MPa。工业冰晶石+3 wt%CaF2+5 wt%Al2O3电解质对炭素阳极的润湿角为103.1°。电解质对NiFe2O4'隋性阳极的初始润湿角为76.90,随着时间的延长,电解质熔滴在阳极表面迅速铺展开,到140s时润湿角已经降到了23.4°。通过添加了1.0wt%MnO2后,初始润湿角为56.86°,经过50s左右的时间,润湿角则降到了15°以下。在低电流密度下进行电解后,阳极气泡从阳极上析出是一个动态过程,气泡在阳极表面形核,通过球形方式逐渐长大,小气泡逐渐合并成一个或多个大气泡,从阳极表面逸出。随电流密度的增加气泡逸出前的直径变小。惰性阳极上析出的气泡尺寸比炭阳极上的要小,在阳极上的停留时间更短。大电流电解过程表明,随着电流密度增大,气泡产生速度加快,气泡尺寸变小,很难测量气泡的直径。
吴胜辉[6]2012年在《炭素阳极混捏工艺的改进研究》文中进行了进一步梳理在铝用炭阳极生产流程中,混捏工艺对阳极的理化指标具有重要的影响。传统的混捏工艺是将不同粒级的干料(包括骨料和粉料)先混合并预热,再加入熔融沥青进行混捏,形成具有一定塑性的糊料。本文在传统混捏工艺的基础上创新研究了四种混捏模式(简称为A、B、C和D模式),并将四种新型混捏模式与传统模式进行了系统比较,获得了如下研究结论。(1)采用相同的工艺条件和设备以及在相同的时间下,用A、B、C和D四种混捏模式制备的炭阳极综合物理性能和化学性能均优于用传统混捏模式制备的炭阳极。(2)比较A、B、C和D四种混捏模式可以发现,D模式(即先将沥青与部分球磨粉混合均匀后再与干骨料混捏,最后加入剩余的球磨粉混捏)具有最佳的混捏效果,采用该模式制备的炭阳极与采用A模式制备的炭阳极性能比较,其电阻率、热导率和热膨胀系数平均降低了3.49%、4.09%和11.04%,空气及CO：反应残留率平均提高1.6%以上；与采用C模式制备的炭阳极比较,体积密度、空气反应残留率和抗压强度分别平均提高0.58%、0.9%和3.59%,电阻率和热膨胀系数分别平均下降了3.95%和2.95%。(3)研究发现,球磨粉预混工艺明显优于超细粉预混工艺,机理推测的可能原因是：采用球磨粉预混工艺制备的炭阳极,其沥青带入的粉料能够在石油焦颗粒的空隙中形成具有一定级配的紧密堆积体,而采用超细粉预混工艺制备的炭阳极,在石油焦空隙中的充填体密实度不如前者,从而导致其物理化学性能的差别。
赖延清, 刘业翔[7]2002年在《电解铝炭素阳极消耗研究评述》文中研究说明电解铝过程中 ,炭素阳极的实际消耗远高于其理论消耗 ,直接影响原铝的生产成本。本文在分析铝用炭素阳极消耗机理的基础上 ,评述了阳极生产和电解铝生产中的诸多因素对炭素阳极消耗的影响 ,这些因素包括 :阳极电流密度、石油焦煅烧温度、阳极焙烧温度、电解槽操作温度、阳极硫含量、阳极金属杂质、残极和灰分、阳极添加剂、电解质添加剂、阳极配方的沥青用量和阳极保护措施等
李慧青[8]2017年在《炭素材料活性测试方法及微量元素对阳极消耗影响的试验研究》文中研究表明炭阳极作为铝电解过程中主要原材料,它作为导体将直流电导入电解槽,并作为电解槽阳极材料参与阳极反应,在生产中炭阳极实际消耗远高于其理论消耗,直接影响原铝的生产成本。本文在分析铝用炭素阳极消耗机理的基础上,采用常见的焦炭及阳极活性测定仪器和方法对石油焦及炭阳极测定活性,重点论述了原料石油焦及阳极炭块的活性对阳极消耗的影响~([1]),并通过试验说明了金属杂质含量对活性的影响。
参考文献：
[1]. 铝电解炭素阳极电化学活性研究[D]. 吴智明. 中南大学. 2004
[2]. 铝电解节能节炭的深层研究[D]. 赖延清. 中南大学. 2001
[3]. 添加氧化钕对钕用炭素阳极性能影响的研究[D]. 索永喜. 东北大学. 2012
[4]. 添加剂对铝用炭素阳极的催化活性研究[D]. 朱永松. 中南大学. 2004
[5]. NiFe_2O_4惰性阳极制备及电化学性能研究[D]. 张欣欣. 东北大学. 2013
[6]. 炭素阳极混捏工艺的改进研究[D]. 吴胜辉. 中南大学. 2012
[7]. 电解铝炭素阳极消耗研究评述[J]. 赖延清, 刘业翔. 轻金属. 2002
[8]. 炭素材料活性测试方法及微量元素对阳极消耗影响的试验研究[J]. 李慧青. 轻金属. 2017