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炭素材料在電解鋁及精鋁加工中的應用

發布日期:2016-09-18 作者: 點擊:

炭素材料在電解鋁及精鋁加工中的應用


電解鋁及鋁加工用炭素材料(carbonmaterialfor aluminiummanufacturing)


1)定義以石油焦、瀝青焦或無煙煤為主要骨料,以煤瀝青等作粘結劑制成的糊類或塊類炭素制品,主要供金屬鋁電解生產過程中用作陰極和陽極,鎂冶煉、鐵合金生產,一些化工窯爐有時也使用這些炭素材料。



2)作用鋁用炭素材料是鋁電解工業的支柱材料之一,主要作用為:用作電解槽的陽極,把電流導入電解槽,并參與電化學反應;用作電解槽的陰極內襯,盛裝鋁液和電解質,并把電流導出電解槽外。


3)分類根據在電解槽中的位置和作用不同,可分為陽極材料和陰極材料兩大類(包括糊類和塊類制品)


4)鋁電解工業采用炭素材料的歷史電解法制鋁的發明和每一次大的技術進步都是和炭素材料的發明和技術發展分不開的。19世紀70年代,已能生產炭質電極和炭質耐腐蝕材料。1888年,美國人霍爾(hall.c.m)和法國人埃魯(heroult.p.l.t)分別申請了冰晶石-氧化鋁熔鹽體系以炭電極為陽極、以石墨坩堝為容器和陰極,電解生產金屬鋁的專利。這種工業煉鋁方法,簡稱霍爾-埃魯法,到20世紀90年代,仍是可以適于大規模工業生產金屬鋁的方法。由于冰晶石-氧化鋁體系具有強烈的腐蝕作用,要求電解槽的陽極和陰極材料具有耐高溫、導電性能良好、抗腐蝕、雜質少等性能,一百多年的科學試驗和生產實踐表明,炭素材料是能選作陽極和陰極的廉價的工業材料。


 


5)炭素材料石墨常用于鋁材擠壓潤滑劑,保護鋁型材,另外石墨具有良好的導電性,其導熱性能也比一般的非金屬材料和部分金屬材料好,致密石墨的抗壓強度也達到一定水平,因此石墨常用做發熱和成型材料,這樣的材料正好可用于制做熱壓燒結模具,用于生產金剛石刀頭。石墨做為模具材料也存在一定的不足,主要是氣孔率較大(相對金屬材料而言),熱壓時液態金屬有可能被擠入孔隙中,使模具變脆易開裂,并與模具粘連,影響使用壽命。這也是為什么要使用高強致密石墨和脫模劑的原因。


 


鋁電解生產初期采用小型預焙陽極。1887~1888年間,美國匹茲堡reduction公司(alcoa公司的前身)、瑞士冶金公司(aiag和aluoaisse的前身)依據霍爾—埃魯法,分別興建鋁電解槽,當時的電流為1300~1800a。這種槽,陽極橫截面積小(8~10cm2),電流密度高(2~4a/cm2),陽極消耗量大(約2kg陽極/kg-a),電流效率低(50%~80%)。這種陽極用擠壓生產。由于當時炭素技術不高,陽極質量差,規格小,使電解槽的容量受到限制。


 


20世紀20年代,按照當時鐵合金爐上連續自焙電極形式,在鋁電解槽上使用了連續自焙陽極,陽極導電棒采用側插式(1924年,挪威的s6derber9研制成功連續自焙陽極)。這種槽型在世界范圍推廣使用,陽極由圓形改為矩形,面積逐漸擴大,電解槽容量隨之提高,側插槽容量可達60ka以上。為了提高操作機械化程度和進—步擴大電解槽容量,l934年法國彼施涅鋁業公司(pechiney)研制成功上插自焙陽極,隨后又實現多功能天車進行陽極操作。上插陽極的發展,使單槽電流容量達100~150ka以上。20世紀80年代,新型自焙陽極電解槽以炭素材料為主體構成的自焙陽極,每個重達60~100k9,噸鋁消耗陽極糊降至600k9以下。自焙陽極使用過程中產生大量有害氣體,且不利于實現機械化、自動化。


 


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