铝电解节能节炭深层研究——炭素阳极电化学活性与空气CO2反应活性研究.pdf

中南大学博士学位论文
摘要
本文针对铝电解工业中, 电能消耗高和炭素阳极消耗大的突出问题,
以铝电解节能、节炭、降低生产成本为主要目的在“”项目及我校与
娜威科技大学国际合作项目的资助下,用改进的断电流技术,对炭素阳极
的电化学活性和空气反应活性进行了广泛深入的研究,研究了沥青含
量、残极添加量、阳极焙烧温度、掺杂、复合氧化物掺杂、电解质成
分、炭渣、金属及等因素对阳极过电位的影响·,在此基础上对铝电
解阳极过程机理进行了初步探讨采用等温热重法、和,研究了
多种含铝添加剂工‘,和对炭素阳极空气反应活
性的影响和相关过程的物理化学变化等, 从结构与化学两方面解释了含铝
添加剂对炭素阳极空气反应活性的影响机理得的土要结果如之
改进了断电流技术。多次测量标准偏差仅,可得到较前人
更准确、可靠、重现的结果,为铝电解炭素阳极电化学活性的表征及其阳,
极过程的研究提供了可靠的试验研究手段。也可广泛地应用于其它高熔
盐体系的电化学研究。该方法已成为国内外高温熔盐电极过程研究的重要
手段,得到了国际上同行专家的肯定和采用如国际著名的铝电解基础理
论研究专家、挪威科技大学的教授曾多次委托我方对他们制备的
阳极试样进行阳极过电位测试。
发现了工业预焙阳极制备过程中若千降低阳极过电位的因素。残极
、萄
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的添加、沥青量的提高及高温焙烧时的脱除均可降低阳极过电位。
发现多种阳极添加剂可降低阳极过电位。复合氧化物


〔浸渍法掺杂均可降低炭素阳极过电位,且配比越接近·
‘计量。越有利于降低炭素阳极过电位,提高焙烧温度对电催化活
性不利机械掺杂‘也具有电催化活性, , 与空白阳极比
月

较,℃和℃下焙烧的掺杂阳极过电位分别降低了匕
和
发现炭渣、金属和都会提高阳极过电位,掺杂可
提高阳极抗影响的能力。炭渣和金属与阳极气体反应后生成
易于吸附在阳极表面,阻止阳极反应的进行, 提高阳极过电位,
发现炭素阳极过电位随电解质中和的添加而提高。其原
因可能是和增大了电解质对炭素阳极的润湿角,提高了阳极真
实电流密度,从而提高阳极过电位。
摘要
‘发现多种含铝添加剂可降低炭素阳极在℃下的空气反应活性和
℃下的反应活性,且随着添加剂含的变化出现最小活性值,但是
各种添加剂都提高了阳极在℃下的空气反应活性。、︸
发现含铝添加剂对炭素阳杯空气反应活性的影响是遨结构因素”、
与以化学因素”共同作用的结果。含铝添加剂可降低沥青热解过程的表观
活化能,催化其热解反应,提高了沥青的产焦率,有利于降低炭素阳极的
空气反应活性在沥青的炭化过程中,通过,或中间化合物
的不断“化合一分解”,催化了沥青的炭化过程,提高了沥青焦的炭化程度,
有利于降低沥青结焦和炭素阳极的空气反应活性含铝添加剂经焙烧
后,产生了,残留于试样中催化炭素材料的氧化反应,提高了沥
青结焦和炭素阳极的反应活性。
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关键词铝电解节能爷炭,炭素网卜被,改进断电流法,阳极过电位
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中南大学博士学位论文
、前言
、铝电解工业概况
铝元素在自然界分布极广, 生池壳中含量为居所有金属元
素之首,金属铝作为最大的有色金属,被广泛地应用于国民经济各部门。
炼铝的历史可划分为“化学还原”与“熔盐电解法”两个阶段,其中后者
是现今唯一的仁业炼钥方法【
如式