| 单词 | 铝电解槽TiB2涂层阴极技术 |
| 释义 | 【铝电解槽TiB2涂层阴极技术】 现行工业铝电解槽一般采用碳素材料作为阴极。由于铝液对它的湿润性差并能与之发生反应生成A14C3，因此需在其表面上覆盖一层20～30cm厚的铝液作保持层。受磁场力的作用，铝液产生波动和搅动，致使铝损失增加，并迫使极距维持在4～5cm，由此消耗的极间电压占总槽电压的40%左右。 采用TiB2材料作为阴极涂层，能使该阴极被铝液湿润，降低铝水平，从而缩短极距，达到大幅度节能。先前，人们将纯TiB2材料喷涂或粘贴在碳块斜面上并制成不同形状的阴极，但由于存在着成本高、抗热冲击性差、晶粒边界上有化学腐蚀等缺点，与基体材料粘接不理想。1981年，美国Matin Mauietta厂首次研究了TiB2涂层材料，并将该材料施在现行铝电解槽的阴极碳块上以用于电解生产。涂层材料由TiB2粉、碳质填料，有求树脂胶等组成。由于这种涂层中的Ti B2含量要求不高(≥36%)，较好地解决了应用成本问题。槽平均电压收阳极压降、电解质压降、阴极压降、极化电压、母线压线及阳极效应分摊的电压组成。根据TiB2涂层的特性及其在电解槽中的位置，它只可能引起电解质和阴极的压降发生变化。通过缩短极距可以降低电解质压降，TiB2涂层的存在也为降低水平和缩短极距提供了条件。但是这实际上是一件不可能的事。因为合理的铝水平和极距对维持现行电解槽的能量平衡起着重要的作用，改变它们就会降低电流效率，甚至破坏正常生产。因此，在现行铝电解槽的阴极碳块上涂上TiB2层后，其电解质压降不能因此而变化。根据实验室的研究(廖贤安，1989)：TiB2涂层能减少电解质对基体碳块的渗透。铝液对TiB2涂层具有较好的湿润性，能在涂层表面上能形成一层薄膜，从而使得该表面不易粘上沉淀。由此有人认为：有TiB2涂层工业电解槽的阴极压降将比没有这种涂层的低。但是，这种观点未能在工业试验中得到验证。美国Matin Mmariette厂进行的两次TiB2涂层试验中，第1次所得到的涂层槽的阴极压降较低，而第2次的则不明显(A．V．Cooke等，1984、1985)。山东铝厂(1991)在7个月的试验中虽然得出涂层槽的压降比非涂层槽的低40mV的结果，但实际上在后3个月中，148#(涂层)槽的阴极压降反而高于112#和214#两台(非涂层)槽。徐州铝厂的前4个月的试验中，涂层槽的阴极压降较非涂层槽的低30mV，而在后5个月中，涂层槽的阴极压降反而略高于非涂层槽。抚顺铝厂在一年半多的试验中发现，28#(非涂层)槽的阴极压降有时也低于22#(涂层)槽。出现这种结果的原因可能有两个方面：一是TiB2涂层对电解质渗透的阻碍作用小，作用时间短。电解质在阴极碳块中的渗透量与电解质渗透速度和时间有关。研究表明：电解质的渗透速度在电解初期较大，随着碳块中渗入的电解质量的增加，渗透速度减小。材质相同的阴极碳块所能吸收的电解质量相同。TiB2涂层的阻碍作用使得开始时电解质在涂层碳块中的渗透速度较小，渗透速度减小得也慢，这样，在经过一定时间后，电解质在涂层碳块中的渗透量将和它在非涂层碳块中的相等。由于TiB2涂层的阻碍作用小，到各自碳块中积累的电解质量相等所需的时间短。二是TiB2涂层虽使槽底不易粘上沉淀，但对阴极压降的影响很小，可以忽略不计。通常情况下铝液与槽底接触压降可以忽略不计，只有在槽底有大量沉淀时才增大。在加工质量相同的情况下，涂层槽和非涂层槽中产生的沉淀量是相等的。不同的只是粘不粘槽底，这种差别对阴极压降的影响是很小的，以至于难以测出。TiB2涂层槽的槽底不易粘上沉淀，从而使得沉淀呈稀散状态，并容易被铝液的循环所排走。由此可以带来好处：一是减少了人工扒沉淀的次数，二是使槽底电流分布均匀。这两点均使槽中铝液相对平衡，铝的溶解损失减少，因而可使电流效率提高。连城铝厂、山东铝厂、合肥铝厂、徐州铝厂在各自的试验中对电流效率进行了统计，结果表明：TiB2涂层槽的电流效率比对比槽(非涂层槽)的分别提高1．44%、1．15%、0．95%、0．71%，可见，电流效率的提高在1%左右。在现行铝电解槽的阴极碳块表面涂施TiB2涂层技术，不能达到通过缩短极距来降低电解质压降的目的，电解槽的阴极压降也不一定降，因而槽平均电压也不会降低。但是，实施TiB2涂层技术，可使电解槽的电流效率提高1%左右，由此可节省电能100～150kWh／t·Al。TiB2涂层对槽寿命的影响是与其特性分不开的。在铝电解生产过程中，碳素材料的体积膨胀能产生巨大的膨胀应力。这是使槽壳变形、碳块向上拱起并产生裂缝，最终导致内衬破损而不得停槽大修的主要原因。要减少碳素材料的膨胀，延长寿命，必须使得碳素材料中的电解质、铝水和钠减少。从电解槽阴极压降的试验中知道，TiB2涂层并没有使得涂层槽的阴极压降降低。从而说明涂层并没有使得渗入其基体碳块中的电解质、铝水和钠减少。所以TiB2涂层对电解的寿命将不会有影响。虽然铝电解槽TiB2涂层阴极技术可使吨铝电耗降低100～150kWh．但是，由于TiB2材料价格昂贵，使得直接应用技术所能取得的经济效果较小。在现行铝电解槽上进行TiB2涂层阴极技术试验的意义仅在于考测TiB2涂层的寿命。一般认为：利用TiB2涂层的特性可以将铝电解生产的极距从现行工业槽的4～5cm综缩短2～3cm，由此可节省电能2700kWh／t·Al。要实现这个目标必须改变现行电解槽的结构。TiB2涂层材料中的有机树脂起着粘结剂的作用，它把涂层与基体碳块粘接在一起。这种涂层还存在着两个问题：一是涂层与基体碳块粘接得不够牢固，存在涂层脱落的现象。二是涂层在铝液中慢慢溶解。这两个问题将直接影响涂层在基体碳块上的寿命。要根据TiB2涂层的特性来设计新型结构的电解槽，首先必须保证涂层在整个槽生产期内不被铝液溶解掉或者不从基体碳块上脱落下来。(徐州铝厂薛文林、祝仰光撰) |
| 随便看 |
科学参考收录了7804条科技类词条，基本涵盖了常见科技类参考文献及英语词汇的翻译，是科学学习和研究的有利工具。