[科普中國]-鋁電解用惰性陰極

鋁電解用惰性陰極(inert cathode used in a-luminium electrolysis)是指鋁電解槽中和電源正極相聯(lián)，不為鋁液和電解質(zhì)侵蝕的電極。為試驗(yàn)中的鋁電解槽部件。鋁電解槽實(shí)際的陰極界面是鋁液鏡面。此鋁液層對碳槽底濕潤不良，因而有沉淀物積聚在碳槽底上，導(dǎo)致電壓降增大，電耗量增多。鋁用惰性陰極是在原有的碳槽底上敷一層能被鋁液濕潤并能耐鋁液和冰晶石熔體侵蝕的情性材料，此種惰性陰極由于能被鋁液濕潤，沉淀物不會在其上積聚。鋁電解槽使用惰性陰極因可節(jié)省電能并提高電流效率，從而受到重視。

簡介鋁電解用惰性陰極(inert cathode used in a-luminium electrolysis)是指鋁電解槽中和電源正極相聯(lián)，不為鋁液和電解質(zhì)侵蝕的電極。為試驗(yàn)中的鋁電解槽部件。鋁電解槽實(shí)際的陰極界面是鋁液鏡面。此鋁液層對碳槽底濕潤不良，因而有沉淀物積聚在碳槽底上，導(dǎo)致電壓降增大，電耗量增多。鋁用惰性陰極是在原有的碳槽底上敷一層能被鋁液濕潤并能耐鋁液和冰晶石熔體侵蝕的情性材料，此種惰性陰極由于能被鋁液濕潤，沉淀物不會在其上積聚。鋁電解槽使用惰性陰極因可節(jié)省電能并提高電流效率，從而受到重視。

20世紀(jì)50年代以來，人們對鋁電解用惰性陰極材料進(jìn)行了廣泛研究，發(fā)現(xiàn)元素周期表從第Ⅳ到第Ⅵ族過渡金屬的硼化物、碳化物、硅化物和氮化物均具有電阻率和導(dǎo)熱系數(shù)低、能耐電解質(zhì)和鋁液的侵蝕并能被鋁液很好地潤濕等性能，適宜制作惰性陰極。這類材料屬于高熔點(diǎn)硬質(zhì)金屬(RHM)，其中尤以硼化鈦惰性陰極被研究得最多，其結(jié)構(gòu)形式有砌塊型和涂層型兩類1。

砌塊型是以硼化鈦為主要原料制成的TiB2/C復(fù)合材料塊體，砌筑在碳槽底上，制成傾斜式惰性陰極。因?yàn)殇X與其潤濕性好，惰性陰極表面被一層鋁膜緊緊粘附，電解出來的鋁可連續(xù)從表面排走，極間距降至2-3cm也不會影響鋁電解電流效率。由石墨和碳化硅混合物材成的表面涂復(fù)硼化鈦，其密度為2280kg/m3，介于鋁液和電解質(zhì)熔體的密度之間，在鋁電解時(shí)懸浮于鋁液和電解質(zhì)液界面而能提高鋁電解電流效率2。

涂層型涂層方法有氣相沉積法、等離子噴涂法、電化學(xué)沉積法或物理涂抹法等。用這些方法在陰極碳塊上覆蓋一層而化鈦涂料層，可以解決砌塊成本高、抗熱展性能差和易脆碎等問題。涂層料的一種制備方法是以硼化欽粉、碳質(zhì)水泥、碳纖維等為填充料，熱固性樹脂為粘結(jié)劑，按一定比例配合成的涂料，直接涂刷到碳槽底的基體上，然后經(jīng)固化和碳化成較為堅(jiān)韌的表面層。1984年，美國在裝有這種惰性陰極的12臺電解槽上，進(jìn)行了為期18個(gè)月的鋁電解試驗(yàn)證明效果很好，鋁電解槽采用了涂復(fù)硼化社涂層的情性陰極后。陰極電流分布更均勻，槽底無沉淀物積聚，鋁液面平穩(wěn)，公斤鋁的電耗降低約3.3kW/h，增產(chǎn)鋁約2%，電解槽使用壽命延長至5-7a，惰性陰極未能在鋁電解槽中推廣應(yīng)用，可能與硼化鈦的價(jià)格高、固化和碳化的溫度高和涂層料與碳槽底基體的熱膨脹性能并不完全匹配等原因有關(guān)3。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學(xué)