一种惰性阳极及其制备方法与流程

本申请涉及铝电解电极材料，尤其涉及一种惰性阳极及其制备方法。

背景技术：

1、传统铝电解因大量使用碳素阳极材料，存在着高能耗、高成本和环境污染严重等问题，因此铝行业急需节能无污染的新型铝电解用阳极材料。现阶段有多种可以替代碳阳极的惰性阳极，其中金属陶瓷惰性阳极既有金属的良好导电性又有陶瓷的强耐腐蚀性能，因此金属陶瓷惰性阳极被看作是很有前途的惰性阳极材料。

2、但是金属陶瓷惰性阳极在短时间内极易被氧化和腐蚀，这使得金属陶瓷惰性阳极的抗氧化耐腐蚀性能较低。

技术实现思路

1、本申请提供了一种惰性阳极及其制备方法，以解决如下技术问题：如何避免金属陶瓷阳极材料在短时间内易氧化和腐蚀。

2、第一方面，本申请提供了一种惰性阳极，所述惰性阳极包括金属陶瓷阳极基体；

3、镍过渡层，所述镍过渡层包覆在所述金属陶瓷阳极基体表面；以及，

4、铁基合金层，所述铁基合金层包覆在所述镍过渡层的表面；

5、其中，所述镍过渡层和所述铁基合金层二者的厚度之和为1.5mm～15mm。

6、可选的，所述镍过渡层和所述铁基合金层二者的厚度之比为为0.2～20。

7、可选的，所述镍过渡层的厚度为0.5mm～5.0mm；和/或，所述铁基合金层的厚度为1mm～10mm。

8、可选的，所述惰性阳极还包括稀土元素。

9、第二方面，本申请提供了一种制备第一方面所述的惰性阳极的方法，所述方法包括：

10、对金属陶瓷阳极基体的原料进行压制烧结，后对压制烧结产物进行保温，以得到金属陶瓷阳极基体；

11、使用镍过渡层的原料对所述金属陶瓷阳极基体的表面进行第一涂覆，以得到含镍过渡层的第一阳极基体；

12、使用铁基合金粉对所述镍过渡层的表面进行第二涂覆，以得到含铁基合金层和镍过渡层的第二阳极基体；

13、使用处理液对所述第二阳极基体进行浸泡，后对所述第二阳极基体进行干燥，以得到惰性阳极。

14、可选的，所述金属陶瓷阳极基体的原料包括镍包铁酸镍金属陶瓷颗粒，所述镍包铁酸镍金属陶瓷颗粒的粒度为10μm～150μm；和/或，

15、所述镍过渡层的原料包括镍粉和/或泡沫镍，所述镍粉的粒度为30μm～100μm，所述泡沫镍的厚度为0.5mm～50mm；和/或，

16、所述铁基合金粉包括以下至少一种：

17、铁镍合金粉、铁镍钴合金粉、铁钴镍铜合金粉和铁钴镍铜铝合金粉，所述铁基合金粉的粒度为15μm～40μm。

18、可选的，所述处理液的化学成分包括以下至少一种：

19、naoh、koh、nano2、k2s2o8、fe2(so4)3、na2s2o8和kmno4。

20、可选的，以重量份数计，所述处理液的化学成分包括：

21、naoh:5～20份，koh:3～15份，nano2:15～40份，k2s2o8:5～30份，fe2(so4)3:1～30份和na2s2o8:3～28份。

22、可选的，所述第一涂覆的方式包括以下至少一种：

23、热浸镀、喷涂和焊接；和/或，

24、所述第二涂覆的方式包括以下至少一种：

25、热喷涂、高温焊接和激光熔覆。

26、可选的，所述压制烧结的温度为20℃～1680℃，所述压制烧结的时间为12h～24h；

27、所述保温的时间为0.3h～24h；和/或，

28、所述浸泡的时间为1h～48h。

29、本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

30、本申请实施例提供的一种惰性阳极，用于铝电解，所述惰性阳极包括：金属陶瓷阳极基体；镍过渡层，包覆在所述金属陶瓷阳极基体表面；以及铁基合金层，包覆在所述镍过渡层的表面；其中，所述镍过渡层和所述铁基合金层二者的厚度之和为1.5mm～15mm。由于镍过渡层和铁基合金层是一种钝化层，可以有效的抵抗铝电解过程中高温环境中氧原子对金属陶瓷阳极基体的氧化，以提高惰性电极的抗氧化能力；另外，铁基合金层和镍过渡层会率先与铝电解副产物低温熔盐进行反应，在铝电解过程中可以充当牺牲层，以抵抗铝电解副产物低温熔盐对金属陶瓷阳极基体的腐蚀，从而提高惰性阳极的耐腐蚀能力；同时，在铝电解过程中，镍过渡层和铁基合金层的金属元素可以与铝电解副产物低温熔盐的腐蚀物质进行反应，以阻止腐蚀物质与金属陶瓷阳极基体的反应，从而提高惰性阳极的耐腐蚀能力；另外，镍过渡层和铁基合金层从内至外包覆于金属陶瓷阳极基体的表面，铝电解副产物低温熔盐的腐蚀物质依次被铁基合金层和镍过渡层去除，同时，镍过渡层和铁基合金层的厚度之和为1.5mm～15mm，以延长腐蚀物质到达金属陶瓷阳极基体的时间，从而促使惰性阳极在长时间的铝电解过程中具有良好的抗氧化和耐腐蚀能力。

技术特征：

1.一种惰性阳极，用于铝电解，其特征在于，所述惰性阳极包括：

2.根据权利要求1所述的惰性阳极，其特征在于，所述镍过渡层和所述铁基合金层的厚度之比为0.2～20。

3.根据权利要求2所述的惰性阳极，其特征在于，所述镍过渡层的厚度为0.5mm～5.0mm；和/或，

4.根据权利要求1所述的惰性阳极，其特征在于，所述惰性阳极还包括稀土元素。

5.一种制备如权利要求1～4任一项所述的惰性阳极的方法，其特征在于，所述方法包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述金属陶瓷阳极基体的原料包括镍包铁酸镍金属陶瓷颗粒，所述镍包铁酸镍金属陶瓷颗粒的粒度为10μm～150μm；和/或，

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述处理液的化学成分包括以下至少一种：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，以重量份数计，以重量份数计，所述处理液的化学成分包括：

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一涂覆的方式包括以下至少一种：

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述压制烧结的温度为20℃～1680℃，所述压制烧结的时间为12h～24h；

技术总结本申请涉及铝电解电极材料技术领域，尤其涉及一种惰性阳极及其制备方法；所述惰性阳极包括金属陶瓷阳极基体；镍过渡层，包覆在金属陶瓷阳极基体表面；铁基合金层，包覆在镍过渡层的表面，镍过渡层和镍过渡层二者的厚度之和为1.5mm～15mm；由于镍过渡层和铁基合金层是一种钝化层，可以提高惰性电极的抗氧化能力；另外，铁基合金层和镍过渡层会率先与铝电解副产物低温熔盐进行反应，从而提高惰性阳极的耐腐蚀能力；另外，镍过渡层和铁基合金层从内至外包覆于金属陶瓷阳极基体的表面，同时，镍过渡层和铁基合金层的厚度之和为1.5mm～15mm，从而促使惰性阳极在长时间的铝电解过程中具有良好的抗氧化和耐腐蚀能力。技术研发人员：刘丹,李冬生,侯光辉,张亚楠,马军义,李政伟,王慧瑶受保护的技术使用者：中铝郑州有色金属研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/4