發(fā)布時(shí)間：2020-05-11 10:27

【摘要】：當(dāng)前鋁電解工藝采用的是霍爾-埃魯特法工藝,電解過(guò)程中炭素陽(yáng)極參與電極反應(yīng)釋放出CO2,因此存在著溫室氣體排放、優(yōu)質(zhì)炭素資源消耗等諸多問(wèn)題,研究表明,開(kāi)發(fā)新型惰性陽(yáng)極以替代傳統(tǒng)炭素陽(yáng)極是解決上述問(wèn)題的有效途徑。NiFe2O4尖晶石型陶瓷材料因其具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、耐冰晶石熔鹽腐蝕性和熱膨脹系數(shù)低等特性是鋁電解惰性陽(yáng)極的首選材料之一,因此NiFe2O4基鋁電解惰性陽(yáng)極一直是各國(guó)學(xué)者的研究熱點(diǎn)。但NiFe204陶瓷的電導(dǎo)率低、脆性大等缺點(diǎn),阻礙了其在鋁電解中的進(jìn)一步應(yīng)用。本文研究了陽(yáng)極材料內(nèi)部金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)惰性陽(yáng)極性能的影響。采用粉末冶金方法制備出高導(dǎo)電率、具有金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的NiFe204基金屬陶瓷惰性陽(yáng)極材料,并對(duì)其進(jìn)行性能和結(jié)構(gòu)分析以及電解腐蝕實(shí)驗(yàn)研究。論文的研究?jī)?nèi)容及成果如下:(1)本文對(duì)于傳統(tǒng)的化學(xué)鍍鎳過(guò)程進(jìn)行改進(jìn),在制備NiFe2O4過(guò)程中,向NiO、Fe2O3的混合料中添加4wt%Ni粉,制備出Ni-NiFe2O4陶瓷基料。經(jīng)破碎、篩分后,以NiFe2O4陶瓷顆粒表面的金屬Ni作為活性催化中心進(jìn)行化學(xué)鍍層沉積,實(shí)現(xiàn)了陶瓷顆粒表面無(wú)敏化-活化化學(xué)鍍Ni-P。(2)本論文采用單因素實(shí)驗(yàn)分析,重點(diǎn)研究了鎳鹽濃度、pH值、溫度對(duì)Ni-NiFe2O4陶瓷顆�；瘜W(xué)鍍Ni-P沉積速率和鍍層質(zhì)量的影響,得出最佳化學(xué)鍍工藝:NiCl2·6H2O濃度32g/L、NaH2PO2·H2O濃度32g/L,乳酸濃度20ml/L,檸檬酸三鈉濃度25g/L,乙酸鈉濃度15g/L,pH=9.0、溫度T=70℃。該工藝條件下所得鍍層表面光滑平整、均勻致密,平均厚度為8μm。(3)本論文以鍍Ni顆粒、金屬Ni粉、NiFe2O4細(xì)粉為原料制備細(xì)長(zhǎng)條狀惰性陽(yáng)極試樣,研究了顆粒表面金屬鍍層對(duì)金屬陶瓷材料中金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成及陽(yáng)極材料導(dǎo)電性、抗彎強(qiáng)度的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):隨著鍍鎳顆粒含量增加,陽(yáng)極試樣的氣孔率逐漸增大;抗彎強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),鍍鎳顆粒添加量為60%時(shí),材料的抗彎強(qiáng)度最大為89.1384MPa;鍍Ni顆粒含量增多,材料內(nèi)部金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)愈加完善,金屬陶瓷的導(dǎo)電率大幅度提高。當(dāng)鍍Ni顆粒添加量為70%時(shí),常溫導(dǎo)電率達(dá)到最大為20000S·cm-1。(4)在上述研究基礎(chǔ)上,以鍍Ni顆粒、金屬Ni粉、NiFe2O4細(xì)粉為原料,按照一定比例進(jìn)行粒度級(jí)配,經(jīng)球磨混料、冷等靜壓、氬氣保護(hù)性氣氛燒結(jié),制備尺寸為Φ50×40mm金屬陶瓷惰性陽(yáng)極,并進(jìn)行電解腐蝕實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:電解過(guò)程中槽電壓平穩(wěn),陽(yáng)極的導(dǎo)電性較好,電解24h后,陽(yáng)極表面出現(xiàn)腐蝕痕跡,但陽(yáng)極試樣尺寸沒(méi)有變化,表現(xiàn)出較好的抗熱震性和耐熔鹽腐蝕性,面掃結(jié)果表明:高導(dǎo)電率的陽(yáng)極試樣耐蝕性并沒(méi)有降低。
【圖文】：

第２章實(shí)驗(yàn)中變化過(guò)快。實(shí)驗(yàn)使用容量為丨Ｌ的燒杯配制總體積為５２．６Ｈ２０、ＮａＨ２Ｐ0２．Ｈ２0、Ｃ６Ｈ５Ｎａ３0７．２Ｈ２0、ＣＨ３ＣＯＯＮａ邋８０ｇ／Ｌ、２５０ｇ／Ｌ、１５０ｇ／Ｌ，置于１Ｌ容量瓶中。逡逑0標(biāo)準(zhǔn)溶液ｌ00ｍｌ倒入１Ｌ燒杯中，再分別稱取Ｃ３Ｈ６0３ｌ７．２Ｈ２0和ＣＨｊＣＯＯＮａ標(biāo)準(zhǔn)溶液各５０ｍｌ倒入燒杯中，，均溫水浴鍋中加熱，滴加氨水調(diào)節(jié)ｐＨ值。逡逑３。逡逑

瓷材料的密度和氣孔率可以反應(yīng)出材料顯微結(jié)構(gòu)中氣相所占比例。作為陶瓷基材逡逑料結(jié)構(gòu)特征的標(biāo)志，氣孔率顯著地影響材料的力學(xué)、物理、化學(xué)等性能。本實(shí)驗(yàn)逡逑采用阿基米德排水法測(cè)定陽(yáng)極試樣的氣孔率。實(shí)驗(yàn)裝置如圖２．５所示。逡逑１逡逑ｎ邐邐一＂＂＂＂２逡逑ｒ杰逡逑１．支架２．細(xì)線３．試樣４．燒杯５．電子天平逡逑圖２．５測(cè)量氣孔率裝置圖逡逑Ｆｉｇ．邋２．５邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｍｅａｓｕｒｉｎｇ邋ｐｏｒｏｓｉｔｙ逡逑具體操作步驟如下：逡逑（１）
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TF821

【參考文獻(xiàn)】

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