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炭素材料在电解铝及精铝加工中的应用

发布日期:2016-09-18 作者: 点击:

炭素材料在电解铝及精铝加工中的应用


电解铝及铝加工用炭素材料(carbonmaterialfor aluminiummanufacturing)


1)定义以石油焦、沥青焦或无烟煤为主要骨料,以煤沥青等作粘结剂制成的糊类或块类炭素制品,主要供金属铝电解生产过程中用作阴极和阳极,镁冶炼、铁合金生产,一些化工窑炉有时也使用这些炭素材料。



2)作用铝用炭素材料是铝电解工业的支柱材料之一,主要作用为:用作电解槽的阳极,把电流导入电解槽,并参与电化学反应;用作电解槽的阴极内衬,盛装铝液和电解质,并把电流导出电解槽外。


3)分类根据在电解槽中的位置和作用不同,可分为阳极材料和阴极材料两大类(包括糊类和块类制品)


4)铝电解工业采用炭素材料的历史电解法制铝的发明和每一次大的技术进步都是和炭素材料的发明和技术发展分不开的。19世纪70年代,已能生产炭质电极和炭质耐腐蚀材料。1888年,美国人霍尔(hall.c.m)和法国人埃鲁(heroult.p.l.t)分别申请了冰晶石-氧化铝熔盐体系以炭电极为阳极、以石墨坩埚为容器和阴极,电解生产金属铝的专利。这种工业炼铝方法,简称霍尔-埃鲁法,到20世纪90年代,仍是可以适于大规模工业生产金属铝的方法。由于冰晶石-氧化铝体系具有强烈的腐蚀作用,要求电解槽的阳极和阴极材料具有耐高温、导电性能良好、抗腐蚀、杂质少等性能,一百多年的科学试验和生产实践表明,炭素材料是能选作阳极和阴极的廉价的工业材料。


 


5)炭素材料石墨常用于铝材挤压润滑剂,保护铝型材,另外石墨具有良好的导电性,其导热性能也比一般的非金属材料和部分金属材料好,致密石墨的抗压强度也达到一定水平,因此石墨常用做发热和成型材料,这样的材料正好可用于制做热压烧结模具,用于生产金刚石刀头。石墨做为模具材料也存在一定的不足,主要是气孔率较大(相对金属材料而言),热压时液态金属有可能被挤入孔隙中,使模具变脆易开裂,并与模具粘连,影响使用寿命。这也是为什么要使用高强致密石墨和脱模剂的原因。


 


铝电解生产初期采用小型预焙阳极。1887~1888年间,美国匹兹堡reduction公司(alcoa公司的前身)、瑞士冶金公司(aiag和aluoaisse的前身)依据霍尔—埃鲁法,分别兴建铝电解槽,当时的电流为1300~1800a。这种槽,阳极横截面积小(8~10cm2),电流密度高(2~4a/cm2),阳极消耗量大(约2kg阳极/kg-a),电流效率低(50%~80%)。这种阳极用挤压生产。由于当时炭素技术不高,阳极质量差,规格小,使电解槽的容量受到限制。


 


20世纪20年代,按照当时铁合金炉上连续自焙电极形式,在铝电解槽上使用了连续自焙阳极,阳极导电棒采用侧插式(1924年,挪威的s6derber9研制成功连续自焙阳极)。这种槽型在世界范围推广使用,阳极由圆形改为矩形,面积逐渐扩大,电解槽容量随之提高,侧插槽容量可达60ka以上。为了提高操作机械化程度和进—步扩大电解槽容量,l934年法国彼施涅铝业公司(pechiney)研制成功上插自焙阳极,随后又实现多功能天车进行阳极操作。上插阳极的发展,使单槽电流容量达100~150ka以上。20世纪80年代,新型自焙阳极电解槽以炭素材料为主体构成的自焙阳极,每个重达60~100k9,吨铝消耗阳极糊降至600k9以下。自焙阳极使用过程中产生大量有害气体,且不利于实现机械化、自动化。


 


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