一种金属陶瓷相粉体及其制备方法和应用、铝电解惰性阳极用陶瓷材料及其制备方法

本发明属于电解铝阳极材料，具体涉及一种金属陶瓷相粉体及其制备方法和应用、铝电解惰性阳极用陶瓷材料及其的制备方法。

背景技术：

1、目前，国际通用的铝电解技术采用碳素阳极在高温熔盐中把氧化铝还原成原铝，同时排放co2，吨铝电耗约1.3万度，消耗碳素材料约0.4t。惰性阳极铝电解技术生产原铝的过程中释放氧气，没有co2、co等温室气体的排放。因此，惰性阳极铝电解技术是彻底变革铝电解行业的颠覆性技术，是实现碳中和目标的核心战略性技术。惰性阳极材料是惰性电极铝电解技术的核心之一，其材料类型主要涵盖陶瓷、合金及金属陶瓷三个体系。

2、金属陶瓷是一种由金属或合金与同一种或几种陶瓷相所组成的非均质复合材料，兼具有陶瓷良好的热化学稳定性、强耐腐蚀性、抗氧化性和金属良好导电性及热冲击性等优点，长期以来被认为是一种最具应用前景的铝电解用惰性阳极材料。但是，目前用作铝电解用惰性阳极材料的金属陶瓷材料的颗粒不规则，电化学性能不稳定。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种金属陶瓷相粉体及其制备方法和应用、铝电解惰性阳极用陶瓷材料及其制备方法，该金属陶瓷相粉体具有良好的导电性和电化学稳定性，其可有效提高铝电解惰性阳极用陶瓷材料的性能。

2、为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明提供了一种金属陶瓷相粉体，包括金属内核和包覆在金属内核表面的金属包覆层；所述金属包覆层的层数n＝1～4；

4、所述金属内核和金属包覆层中的金属元素独立包括铁、镍、钴、锰、铜、铬、铝、镁和锌中的一种或几种。

5、优选的，所述金属内核和金属包覆层为金属氧化物。

6、优选的，所述金属内核的直径为0.5～100μm；每层金属包覆层的厚度独立为10～500μm。

7、本发明还提供了上述技术方案所述金属陶瓷相粉体的制备方法，包括以下步骤：

8、(1)将金属内核的前驱液进行第一共沉淀，得到金属内核前驱体体系；

9、(2)在所述金属内核前驱体体系中，重复n次加入金属包覆层的前驱液进行n次共沉淀，得到包覆n层金属包覆层的金属内核前驱体体系；

10、(3)将所述包覆n层金属包覆层的金属内核前驱体体系依次进行过滤、干燥和煅烧，得到金属陶瓷相粉体；

11、所述金属内核的前驱液和金属包覆层的前驱液独立包括：金属盐、络合剂、沉淀剂和水；

12、所述金属盐包括铁盐、镍盐、钴盐、锰盐、铜盐、铬盐、铝盐、镁盐和锌盐中的一种或几种。

13、优选的，所述铁盐包括硫酸铁、氯化铁、硝酸铁和乙酸铁中的一种或几种；

14、所述镍盐包括硫酸镍、氯化镍、硝酸镍和乙酸镍中的一种或几种；

15、所述钴盐包括硫酸钴、氯化钴、硝酸钴和乙酸钴中的一种或几种；

16、所述锰盐包括硫酸锰、氯化锰、硝酸锰和乙酸锰中的一种或几种；

17、所述铜盐包括硫酸铜、氯化铜、硝酸铜和乙酸铜中的一种或几种；

18、所述铬盐包括硫酸铬、氯化铬、硝酸铬和乙酸铬中的一种或几种；

19、所述铝盐包括硫酸铝、氯化铝、硝酸铝和乙酸铝中的一种或几种；

20、所述镁盐包括硫酸镁、氯化镁、硝酸镁和乙酸镁中的一种或几种；

21、所述锌盐包括硫酸锌、氯化锌、硝酸锌和乙酸锌中的一种或几种。

22、优选的，所述络合剂包括edta、氨水、氯化铵、硫酸铵、硝酸铵、柠檬酸铵、乙二胺、乙酸、乙酸铵、氟化钠、酒石酸、马来酸、琥珀酸、柠檬酸和丙二酸中的一种或几种。

23、优选的，所述沉淀剂包括氨水、氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化铵中的一种或几种。

24、本发明还提供了上述技术方案所述金属陶瓷相粉体或上述技术方案所述制备方法制备的金属陶瓷相粉体在铝电解惰性阳极用陶瓷材料中的应用。

25、本发明还提供了一种铝电解惰性阳极用陶瓷材料，其制备原料包括金属陶瓷相粉体、金属相粉体和粘结剂；所述金属陶瓷相粉体为上述技术方案所述金属陶瓷相粉体或上述技术方案所述制备方法制备的金属陶瓷相粉体。

26、本发明还提供了上述技术方案所述铝电解惰性阳极用陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

27、将金属陶瓷相粉体、金属相粉体和粘结剂混合，进行压制成型，所得压坯依次进行烧结和氧化处理，得到所述铝电解惰性阳极用陶瓷材料。

28、本发明提供了一种金属陶瓷相粉体，包括金属内核和包覆在金属内核表面的金属包覆层；所述金属包覆层的层数n＝1～4；所述金属内核和金属包覆层中的金属元素独立包括铁、镍、钴、锰、铜、铬、铝、镁和锌中的一种或几种。本发明提供的金属陶瓷相粉体是颗粒细而均匀、纯度高的纳米颗粒，性能稳定、尺寸大小均一，具有良好的导电性和电化学稳定性，将其应用于电解铝，可以有效提高作为阳极材料的性能。

29、本发明还提供了上述所述金属陶瓷相粉体的制备方法，本发明通过使用络合剂和金属离子进行络合，控制反应体系中游离态金属总盐离子的浓度在一个适当的水平。当适当浓度水平的游离金属总盐离子与oh-离子反应生成沉淀物时，可以形成均匀的球形体或类球形体，将其作为内核，通过向其表面流加不同配方的盐溶液、络合剂和沉淀剂，使新包覆层在核的球形表面上沉积形成。通过这种方法，可以实现一层至多层的包覆。最后，将多元前驱体在氧气气氛下煅烧，从而获得球形或类球形多层包覆结构的陶瓷粉体。该方法工艺简单，设备要求简单无需高昂设备，产品粒径可控制，制得的颗粒细而均匀、纯度高，经济环保。

技术特征：

1.一种金属陶瓷相粉体，其特征在于，包括金属内核和包覆在金属内核表面的金属包覆层；所述金属包覆层的层数n＝1～4；

2.根据权利要求1所述的金属陶瓷相粉体，其特征在于，所述金属内核和金属包覆层为金属氧化物。

3.根据权利要求1所述的金属陶瓷相粉体，其特征在于，所述金属内核的直径为0.5～100μm；每层金属包覆层的厚度独立为10～500μm。

4.权利要求1～3任一项所述金属陶瓷相粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铁盐包括硫酸铁、氯化铁、硝酸铁和乙酸铁中的一种或几种；

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述络合剂包括edta、氨水、氯化铵、硫酸铵、硝酸铵、柠檬酸铵、乙二胺、乙酸、乙酸铵、氟化钠、酒石酸、马来酸、琥珀酸、柠檬酸和丙二酸中的一种或几种。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂包括氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙和氢氧化铵中的一种或几种。

8.权利要求1～3任一项所述金属陶瓷相粉体或权利要求4～7任一项所述制备方法制备的金属陶瓷相粉体在铝电解惰性阳极用陶瓷材料中的应用。

9.一种铝电解惰性阳极用陶瓷材料，其特征在于，其制备原料包括金属陶瓷相粉体、金属相粉体和粘结剂；所述金属陶瓷相粉体为权利要求1～3任一项所述金属陶瓷相粉体或权利要求4～7任一项所述制备方法制备的金属陶瓷相粉体。

10.权利要求9所述铝电解惰性阳极用陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明属于电解铝阳极材料技术领域，具体涉及一种金属陶瓷相粉体及其制备方法和应用、铝电解惰性阳极用陶瓷材料及其制备方法。本发明提供的金属陶瓷相粉体包括金属内核和包覆在金属内核表面的金属包覆层；所述金属包覆层的层数n＝1～4；所述金属内核和金属包覆层中的金属元素独立包括铁、镍、钴、锰、铜、铬、铝、镁和锌中的一种或几种。本发明提供的金属陶瓷相粉体是颗粒细而均匀、纯度高的纳米颗粒，性能稳定、尺寸大小均一，具有良好的导电性和电化学稳定性，将其应用于电解铝，可以有效提高其作为阳极材料的性能。技术研发人员：杨文杰,华宇,王伟杰,吴广鑫,陈浩,乔云泽,刘长春,原紫渲受保护的技术使用者：郑州大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2