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《惰性陽極基體材料nifeo尖晶石的研制》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、惰性陽極基體材料NiFe2O4尖晶石的研制羅麗芬1楊振海1茹紅強2（1．中國鋁業(yè)鄭州研究院河南鄭州450041；2．東北大學材料與冶金學院遼寧沈陽110004）摘要：本文用Ni2O3和Fe2O3為原料制備了惰性陽極基體材料NiFe2O4尖晶石，詳細介紹了整個制備過程，通過真密度、開口孔隙率以及NiFe2O4尖晶石的含量等重要指標進行研究比較，最終得出了制備NiFe2O4尖晶石最佳工藝條件，并用最佳配比重新制取試樣進行熱腐蝕實驗。關(guān)鍵詞：NiFe2O4尖晶石惰性陽極真密度開口孔隙度1導論1886年Hall和Herout分別申請了電解氧化鋁—冰晶石熔
2、體生產(chǎn)金屬鋁的專利，從而奠定了被稱為Hall-Herout煉鋁法基礎(chǔ)。Al2O3（S）+3/2C（s）=2Al+3/2CO2（1）如果按電流效率100%（即陽極氣體全部為CO2）計算，并假設(shè)陽極含碳量為100%，理論上每噸鋁耗碳333kg，而實際碳耗遠遠大于此，占原鋁生產(chǎn)成本的5-20%【1】。當使用惰性陽極時，陽極材料不參與反應(yīng)，陽極氣體為O2，電解反應(yīng)為：Al2O3（S）==2Al（l）+3/2O2（g）（2）惰性陽極材料的應(yīng)用有兩大優(yōu)勢【2】，一為經(jīng)濟方面，二為環(huán)保方面。在經(jīng)濟方面，取代了碳素陽極而節(jié)省大量優(yōu)質(zhì)碳素材料，節(jié)省更換電極的勞動力
3、成本，可降低電極的極距特別是如果同時使用惰性陽極和惰性陰極，可大大減少電解鋁生產(chǎn)的能耗。同時，氧氣作為電解鋁過程中陽極的副產(chǎn)品，其經(jīng)濟效益可達電解鋁生產(chǎn)效益的3%。在環(huán)保方面，惰性陽極的使用，可以根除產(chǎn)生溫室效應(yīng)的CO2氣體，以及電解鋁過程中的其它有害氣體，如CF4，C2F6等的排放。從而有利于電解鋁生產(chǎn)操作的工人健康和國家環(huán)保方面的要求。因此，將惰性電極材料應(yīng)用于生產(chǎn)中去，勢必會對電解鋁生產(chǎn)技術(shù)的進步和提高其經(jīng)濟效益具有重大意義。一百多年來，關(guān)于惰性陽極研究工作冷熱相間，每每出現(xiàn)能源短缺或鋁市場不好等困難時，惰性陽極的研究就出現(xiàn)高潮，一直至今。
4、由此可見，惰性陽極研究對于鋁電解發(fā)展的重要性。1981年，K．Billehang和H.A.Φye對1980年以前的工作進行了總結(jié)【3】，他們將已有的研究成果按所選材料分為四類。即：（1）耐熱硬質(zhì)合金陽極（RefractoryHardAnode，RHM）（2）氣體燃料陽極（GasousFuelAnode）（3）金屬陽極（MetalAnodes）（4）氧化物陽極（OxideAnodes）2NiFe2O4尖晶石的制備本文的工作是以Ni2O3和Fe2O3為原料，制取惰性陽極用的NiFe2O4尖晶石。通過正交實驗設(shè)計，得出Ni2O3和Fe2O3的配比，試樣
5、的燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間對形成NiFe2O4尖晶石的含量、密度和開口孔隙度的影響情況，從而找出最佳合成NiFe2O4尖晶石的方案。在實驗之前，查閱了一些相關(guān)資料【4，5，6】后，定出下面的三因素三水平表。表1因素水平表因素水平配比（摩爾比）Ni2O3：Fe2O3溫度（0C）時間（小時）12：11250321.5：11300631：1135092.1混料按照三個配比，將各原料在天平上稱量后配成編號為1，2，3的三種料。用高能球磨機混料，因為轉(zhuǎn)速較高且原料粉較細，因此采用濕混，液體介質(zhì)為水，其作用是產(chǎn)生能降低物料強度的吸附效應(yīng)，濕混還可以使組元更均勻地分
6、布。球磨兩小時后取出糊狀料置于盤內(nèi)，于烘箱內(nèi)烘干。2.2研磨與壓制由于混合料由糊狀烘干而成，故結(jié)成塊狀，先在研缽里研磨成細粉后加入聚乙烯醇作為粘結(jié)劑，再次研磨，使混合料和聚乙烯醇混合均勻。研磨好的混合料過30目篩子、造粒，用天平稱量15克混合料，在60噸萬能液壓機上壓成直徑為30mm的圓形試樣，壓制壓力為200MPa，每種配比壓9個樣，每小組為3個樣，將壓制好的試樣放入烘箱內(nèi)烘干。2.3燒制決定燒結(jié)試樣的密度、合成好壞的因素主要是配比、燒結(jié)溫度、燒結(jié)時間和燒結(jié)時的壓力。我們擬采用冷壓成形—-常壓燒結(jié)法，則密度只取決于配比、燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間，其中
7、燒結(jié)溫度更重要。根據(jù)陶瓷的燒結(jié)原理，氧化物的燒結(jié)溫度應(yīng)稍高于其泰曼溫度。而氧化物的泰曼溫度約為其熔點的0.5～0.8倍【7】。故Ni2O3和Fe2O3的燒結(jié)溫度選在1300℃附近。綜上所述，制備NiFe2O4尖晶石工藝流程如下圖1所示：Fe2O3粉水Ni2O3粉高能球磨機球磨混料烘干研磨加粘合劑混勻篩分壓制成型烘干燒結(jié)圖1制備NiFe2O4尖晶石的工藝流程圖3實驗結(jié)果3.1根據(jù)X-射線衍射圖分析尖晶石含量的結(jié)果分析把試樣在60萬噸萬能液壓機上壓碎，將碎塊在研缽中研細，過300目篩子，取1.5克細粉進行X-光衍射實驗，測試采用銅靶，衍射角是5～80
8、o。表2NiFe2O4尖晶石含量綜合比較試驗號A配比（mol）Ni2O3：Fe2O3B溫度（℃）C時間（h）結(jié)果尖晶石含量(%)12:1
