铝电解TiB2/C复合阴极用煤沥青的热处理与无机粒子改性研究

论文摘要

论文在国家“86”计划和国家科技支撑计划项目的资助下,以制备高强、低电阻、耐渗透型TiB2/C复合阴极材料为目标,对粘结剂煤沥青进行热处理和无机粒子改性研究。考察了热处理温度、热处理时间、无机粒子种类及添加量对改性煤沥青结构与性能的影响,采用改性煤沥青作粘结剂制备TiB2/C复合阴极材料,研究了改性煤沥青对复合阴极体积密度、开孔率、电阻率、抗压强度和电解膨胀率的影响。获得的主要研究结果如下：(1)随着热处理温度的升高和热处理时间的延长,改性煤沥青的产率降低,软化点、粘度、结焦值和表观活化能增大。当热处理温度从200℃升高到400℃,改性煤沥青的结焦值从60.62wt.%增大到84.89wt.%。当热处理时间从0.5 h延长到4.0 h,改性煤沥青的结焦值从61.84wt.%增大到76.20 wt.%。(2)随着无机粒子添加量的增加,改性煤沥青的产率提高,结焦值增大。与同条件对比试样相比,无机粒子改性煤沥青的粘度和软化点降低,表观活化能减小。当添加量从2.5wt.%增加到15 wt.%, A12O3粒子改性煤沥青的结焦值从62.44wt.%增大到67.14 wt.%; TiB2粒子改性煤沥青的结焦值从62.26wt.%增大到67.38wt.%。当添加量为10 wt.%, TiB2较A12O3粒子改性煤沥青相比对比试样的表观活化能有更大降低,降低了16.29%。(3)随着煤沥青热处理温度的升高和热处理时间的延长,改性煤沥青粘结复合阴极的开孔率降低,体积密度和抗压强度增大,电阻率和电解膨胀率先降低后增大。当煤沥青热处理温度从200℃升高到400℃,复合阴极体积密度从2.24 g/cm3增大到2.39 g/cm3,开孔率从34.35 vol.%减小至27.22 vol.%,抗压强度从24.23 MPa增大到54.51 MPa。当煤沥青热处理时间从0.5h延长到4.0h,复合阴极体积密度从2.24 g/cm3增大到2.36 g/cm3,开孔率从35.11 vol.%减小至29.50 vol.%,抗压强度从25.77 MPa增大到43.18 MPa。煤沥青经过300℃下2h处理后,复合阴极的电阻率和电解膨胀率最小,相比原始煤沥青粘结复合阴极分别降低了13.63%和28.57%。(4)随着无机粒子添加量的增加,改性煤沥青粘结复合阴极的体积密度增大,开孔率降低,抗压强度先减小后增大；A12O3粒子改性煤沥青粘结复合阴极的电阻率先减小后增大,而TiB2粒子改性煤沥青粘结复合阴极的电阻率逐渐减小；另外,无机粒子改性煤沥青粘结复合阴极具有更低的电解膨胀率。当添加量从2.5wt.%增加到15 wt.%, A12O3粒子改性煤沥青粘结复合阴极的体积密度从2.244 g/cm3增大到2.265 g/cm3,开孔率从34.33vol.%减小至32.35 vol.%.TiB2粒子改性煤沥青粘结复合阴极的体积密度从2.254 g/cm3增大到2.302 g/cm3,开孔率从34.28 vol.%减小至32.00 vol.%.当添加量为10wt.%时,TiB2较Al2O3粒子改性煤沥青粘结复合阴极表现出更低的电解膨胀率,相比对比阴极降低了20.51%,此时其电阻率降低了5.63%,抗压强度提高了15.00%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 前言
• 1.1 铝电解技术发展现状及瓶颈
• 1.2 可润湿性阴极的研究现状
• 1.2.1 可润湿性阴极的要求
• 1.2.2 可润湿性阴极的研究进展
• 1.3 论文选题的目的和意义
• 第二章 文献综述
• 2/C复合阴极材料的研究现状'>2.1 TiB₂/C复合阴极材料的研究现状
• 2.2 煤沥青的研究与应用现状
• 2.2.1 煤沥青的组成
• 2.2.2 煤沥青的结构及分析方法
• 2.2.3 煤沥青性能与组成和结构的关系
• 2.2.4 煤沥青的应用现状
• 2.3 煤沥青改性的研究进展
• 2.3.1 物理改性
• 2.3.2 化学改性
• 2.4 本课题实验研究内容与试验方案
• 第三章 改性煤沥青的制备与性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.2.1 原料
• 3.2.2 设备与仪器
• 3.2.3 改性煤沥青的制备工艺
• 3.2.4 性能检测
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 热处理对改性煤沥青结构与性能的影响
• 3.3.2 热处理改性煤沥青的热重分析及结焦动力学研究
• 3.3.3 无机粒子对改性煤沥青结构与性能的影响
• 3.3.4 无机粒子改性煤沥青的热重分析及结焦动力学研究
• 3.4 本章小结
• 2/C复合阴极材料的制备与性能研究'>第四章 TiB₂/C复合阴极材料的制备与性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.2.1 原料
• 4.2.2 设备与仪器
• 2/C复合阴极的制备'>4.2.3 TiB₂/C复合阴极的制备
• 4.2.4 性能检测
• 4.3 结果与讨论
• 2粉末的分析'>4.3.1 原料TiB₂粉末的分析
• 2/C复合阴极性能的影响'>4.3.2 热处理对改性煤沥青粘结TiB₂/C复合阴极性能的影响
• 2/C复合阴极性能的影响'>4.3.3 无机粒子对改性煤沥青粘结TiB₂/C复合阴极性能的影响
• 2/C复合阴极电解膨胀率的影响'>4.3.4 煤沥青改性对TiB₂/C复合阴极电解膨胀率的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.1.1 改性煤沥青的制备及性能研究
• 2/C复合阴极材料的制备及性能研究'>5.1.2 TiB₂/C复合阴极材料的制备及性能研究
• 5.2 展望与建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的主要研究成果与奖励