添加氧化铝对铝用碳素阳极性能影响的研究

论文摘要

针对我国铝电解工业能耗高的现状,为了降低铝电解阳极过程的能量消耗,本课题对含氧化铝添加剂的阳极炭块进行了制备和性能研究,并取得了良好的节能减耗效果。本实验首先在实验室进行初步的探索性研究,添加剂选择氧化铝粉末和+40目-20目的刚玉,添加剂含量分别为添加2%、4%和6%。之后对其过电位等性能进行测试,结果表明：与空白阳极相比,氧化铝和刚玉两类添加剂对阳极炭块的电阻率变化稍微有影响。与空白阳极相比,两种添加剂对阳极过电压都有降低作用,含4%氧化铝粉末的阳极炭块过电位降低的最多,可降低113mV。实验结果表明,含氧化铝粉末的阳极主要性能要优于含刚玉的阳极炭块,因此选择添加氧化铝粉末进行工业试验。在工业上分别添加0%、0.75%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%氧化铝粉末进行阳极制备和实验。对工业阳极炭块的测试表明：含氧化铝的阳极主要物理化学性能除灰分含量以外,其它指标均符合行业标准。其中部分性能,如体积密度、真密度、抗压强度及抗空气氧化等性能,还要优于空白试样。与空白样相比,含氧化铝添加剂阳极的润湿效果也随着添加剂含量增加而逐渐变好,其中含2.0%氧化铝的阳极在浓度为4%的电解质中润湿角最小,为90.2°。临界电流密度随着氧化铝含量的增加而增加,其中2.5%的阳极在氧化铝浓度为3.0%的电解质中临界电流密度值最大,为4.02A·cm-2。经过对其过电位的测试发现,过电位随着阳极中氧化铝含量增加而有所降低。含氧化铝2.5%的阳极,在浓度为1.5%的电解质中过电压下降最大,降低了14.9%。经过4个周期（115天）的工业现场实验,现场检测表明,不同浓度的阳极均可以改进电解槽的电流效率,其中1.5%的活化阳极的改进效果最佳；使用含氧化铝添加剂的阳极,槽电压降低80mV；通过使用活化阳极,可降低吨铝电耗200kW-h以上的电能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 铝用阳极的发展历程
• 1.2.1 碳素阳极的发展
• 1.2.2 惰性阳极的发展
• 1.3 铝电解阳极过程
• 1.3.1 铝电解阳极反应机理
• 1.3.2 铝电解阳极碳块的消耗机理
• 1.3.3 铝电解槽电压与阳极过电位
• 1.4 添加剂对碳素阳极性能影响的研究现状
• 1.4.1 添加剂对碳素阳极物理化学性能影响的研究现状
• 1.4.2 添加剂对碳素阳极电化学性能影响的研究现状
• 1.5 本文研究内容
• 第2章 含氧化铝阳极的实验室制备与研究
• 2.1 引言
• 2.2 阳极制备与研究的理论基础
• 2.2.1 阳极的制备及检测流程
• 2.2.2 降低阳极能耗的理论基础
• 2.3 实验
• 2.3.1 添加剂的选择
• 2.3.2 制备方案
• 2.4 阳极主要性能的测定
• 2.4.1 电阻率的测定
• 2.4.2 电压波动测定
• 2.4.3 过电位的测定
• 2.5 实验结果与讨论
• 2.5.1 电阻率
• 2.5.2 电压波动
• 2.5.3 过电压
• 2.6 小结
• 第3章 工业阳极的制备及其性能
• 3.1 引言
• 3.2 工业制备
• 3.3 工业阳极性能测试
• 3.3.1 灰分测试
• 3.3.2 电阻率测试
• 3.3.3 孔隙度测试
• 3.3.4 体积密度测试
• 3.3.5 真密度测试
• 3.3.6 抗压强度测试
• 3.3.7 空气氧化活性测试
• 2反应性测试'>3.3.8 CO₂反应性测试
• 3.3.9 润湿性的测试
• 3.4 测试结果与讨论
• 3.4.1 灰分
• 3.4.2 电阻率
• 3.4.3 孔隙度
• 3.4.4 体积密度
• 3.4.5 真密度
• 3.4.6 抗压强度
• 3.4.7 空气氧化活性
• 2反应性'>3.4.8 CO₂反应性
• 3.4.9 润湿性
• 3.5 小结
• 第4章 工业阳极的电化学性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 临界电流密度的测定
• 4.2.1 阳极效应发生机理
• 4.2.2 临界电流密度的测定
• 4.3 过电位测试
• 4.3.1 常用的电化学测试方法
• 4.3.2 断电流法测定过电位
• 4.3.3 极化曲线法测定过电位
• 4.4 实验结果与讨论
• 4.4.1 临界电流密度
• 4.4.2 断电流法
• 4.4.3 极化曲线法
• 4.5 工厂电解实验
• 4.6 小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢