钾冰晶石熔体对低温铝电解Cu-Ni-Fe阳极腐蚀的研究

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铝电解工业属于高能耗高污染产业,特别是采用Hall-Héroult熔盐电解法生产原铝时,生产过程能耗较高、污染气体排放较多。在日益增大的环保压力下,低温铝电解成为现代铝业的重点研究方向。通常对低温铝电解的研究有惰性电极和电解质体系两个方面,二者结合,可以同时实现降低能耗和减少污染的目的。因此,未来低温铝电解具有巨大的发展潜力。随着惰性阳极的开发,合金电极或者陶瓷类复合电极材料被广泛采用,代替了碳素电极。另外,因对氧化铝具有较高溶解度,钾冰晶石电解质也引起了广大研究者的关注。本文通过在钾冰晶石电解质体系 K3AlF6-Na3AlF6-AlF3(w(KR)=50 wt%,w(AlF3)=22 wt%,KR=K3AlF6/(K3AlF6+Na3AlF6))中考察LiF和NaCl的添加对该体系的初晶温度和Al2O3溶解度的影响,研究Cu-Ni-Fe惰性合金阳极在该电解质体系中的电解腐蚀行为。主要研究结果如下:在LiF含量为0~4 wt%、NaCl含量0~4 wt%的范围内对K3AlF6-Na3AlF6-AlF3电解质体系的初晶温度进行了研究,得出LiF与NaCl对K3AlF6-Na3AlF6-AlF3体系初晶温度的影响规律。在研究范围内,该电解质体系的初晶温度为770~841℃,能满足低温铝电解的需要。并通过对实验数据进行拟合分析,得到等温线图和相关系数为0.994的回归方程。在LiF含量为0~4 wt%、NaCl含量0~4 wt%的范围内对K3AlF6-Na3AlF6-AlF3电解质体系的Al2O3溶解度进行了研究,揭示了 LiF与NaCl对K3AlF6-Na3AlF6-AlF3体系Al2O3溶解度的影响规律。对实验数据进行拟合分析,得到等溶解度图和相关系数为0.904的回归方程。结果表明,Al2O3在该电解质体系中的溶解度达4wt%以上,能满足低温铝电解的要求。通过冷压-烧结工艺制备出不同组分的Cu-Ni-Fe合金,得到性能最佳的合金为Cu-20Ni-15Fe。该合金在861℃下电解质中的静态腐蚀速率为6.61 cm/a,在790℃下电解质中的静态腐蚀速率为3.49cm/a。对Cu-20Ni-15Fe惰性合金阳极进行10h的电解腐蚀行为研究,发现槽电压的变化范围在2~4V之间,该阳极在三种不同组分的钾冰晶石体系下的腐蚀速率分别为5.41、3.63和2.56 cm/a。Cu-20Ni-15Fe 阳极在空载Al2O3的熔盐体系下的腐蚀速率高达13.85 cm/a,而在饱和了 Al2O3的K3AlF6-Na3AlF6-(22 wt%)AlF3-(4 wt%)NaCl-(4 wt%)LiF熔盐体系中的腐蚀速率仅为1.98 cm/a,该阳极在钾冰晶石体系的耐腐蚀性能满足低温铝电解的要求。
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