權(quán)利要求

1.一種石墨化陰極，其特征在于，所述石墨化陰極包括：

石墨化陰極基體;以及TiB2復(fù)合層，所述TiB2復(fù)合層覆蓋于所述石墨化陰極基體的至少部分表面，所述TiB2復(fù)合層的碳含量<20wt.%，所述TiB2復(fù)合層的厚度為5mm-50mm。

2.一種權(quán)利要求1所述的石墨化陰極的制備方法，其特征在于，所述方法包括：

得到TiB2復(fù)合糊狀料和/或TiB2復(fù)合粉末狀料;

將TiB2復(fù)合糊狀料和鋪設(shè)于石墨化陰極糊料的表面，得到混合料;或

將TiB2復(fù)合粉末狀料鋪設(shè)于石墨化陰極糊料的表面，得到混合料;或

將TiB2復(fù)合糊狀料鋪設(shè)于石墨化陰極糊料的表面，并將TiB2復(fù)合粉末狀料鋪設(shè)于所述TiB2復(fù)合糊狀料的上表面，得到混合料;

將所述混合料進(jìn)行一體化壓制成型及燒結(jié)，得到石墨化陰極。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述TiB2復(fù)合糊狀料的組分為：12wt.%-15wt.%的瀝青，0.1wt.%-1wt.%的石墨纖維，余量為TiB2粉末。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述TiB2復(fù)合粉末狀料的組分為：2wt.%-10wt.%的TiN粉，1wt.%-5wt.%的CoB粉，1wt.%-3wt.%的ZrB2粉，1wt.%-3wt.%的金屬粉，1wt.%-2wt.%的聚乙烯醇粘結(jié)劑，余量為TiB2粉。

5.一種低溫鋁電解槽，其特征在于，所述鋁電解槽包括權(quán)利要求1所述的石墨化陰極。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低溫鋁電解槽，其特征在于，所述鋁電解槽的側(cè)壁槽殼上設(shè)置有強(qiáng)制散熱裝置;

所述鋁電解槽的側(cè)壁內(nèi)襯距炭陽(yáng)極的距離≥320mm;

所述石墨化陰極與陰極集電棒連接后，所述石墨化陰極的上表面距陰極集電棒上表面的垂直距離≥300mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的低溫鋁電解槽，其特征在于，所述鋁電解槽的側(cè)壁內(nèi)襯距炭陽(yáng)極的距離為320mm-380mm;

所述石墨化陰極的上表面距陰極集電棒上表面的垂直距離為300mm-340mm。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的低溫鋁電解槽，其特征在于，所述強(qiáng)制散熱裝置包括：豎式散熱片、風(fēng)冷換熱器、導(dǎo)熱油冷卻換熱器中的一種或多種;

所述石墨化陰極與陰極集電棒的連接采用磷生鐵澆筑，所述陰極集電棒采用高導(dǎo)電鋼棒、插銅鋼棒中的一種。

9.一種低溫鋁電解方法，其特征在于，所述方法采用權(quán)利要求5～8任意一項(xiàng)所述的低溫鋁電解槽，所述方法包括如下參數(shù)：低溫電解質(zhì)的初晶溫度為820℃-850℃，電解溫度為845℃-900℃，過熱度為20℃-50℃。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述低溫電解質(zhì)的組分為：KF：12wt.%-15wt.%，LiF：1wt.%-2wt.%，CaF2：0-5wt.%，MgF2：0-2wt.%，Al2O3：2wt.%-4wt.%，NaF：26wt.%-33wt.%，余量為AlF3。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

[0001]本申請(qǐng)涉及鋁冶煉技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨化陰極及制備方法、鋁電解槽、鋁電解方法。

背景技術(shù)

[0002]石墨化陰極是以石油焦、瀝青焦等為主要原料，經(jīng)過成型、焙燒、浸漬和2300℃以上的高溫石墨化處理制成的陰極炭塊。這一過程中，原料中的碳元素在高溫下重新排列，形成類似石墨的晶體結(jié)構(gòu)，從而賦予炭塊優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐腐蝕性。石墨化陰極主要用于鋁電解槽的陰極材料。在鋁電解生產(chǎn)過程中，它作為導(dǎo)電和構(gòu)成電解槽內(nèi)襯的重要部分，對(duì)于提高電流效率、降低能耗、延長(zhǎng)電解槽壽命等方面具有關(guān)鍵作用。

[0003]然而，在當(dāng)前工業(yè)化的預(yù)焙炭陽(yáng)極鋁電解槽上開展低溫鋁電解生產(chǎn)時(shí)，低溫電解質(zhì)體系通常含有較高的鉀，對(duì)炭質(zhì)陰極的滲透破壞作用較強(qiáng)，特別是當(dāng)鋁電解槽采用普通炭塊、半石墨質(zhì)、石墨質(zhì)陰極材料時(shí)，受到鉀侵蝕后易出現(xiàn)陰極膨脹開裂現(xiàn)象。石墨化陰極的鉀膨脹開裂風(fēng)險(xiǎn)略小，但石墨質(zhì)地軟抗鉀滲透弱，長(zhǎng)期運(yùn)行也存在因鉀侵蝕而出現(xiàn)層狀粉化和剝落的問題。因此，亟需研制出一種能解決低溫電解質(zhì)對(duì)陰極鈉鉀滲透破壞的問題的方法。

發(fā)明內(nèi)容

[0004]本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N石墨化陰極及制備方法、鋁電解槽、鋁電解方法，以解決如下技術(shù)問題：如何抵抗低溫電解質(zhì)對(duì)石墨化陰極的鈉鉀滲透破壞。

[0005]第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N石墨化陰極，所述石墨化陰極包括：

[0006]石墨化陰極基體;以及

[0007]TiB2復(fù)合層，所述TiB2復(fù)合層覆蓋于所述石墨化陰極基體的至少部分表面，所述TiB2復(fù)合層的碳含量<20wt.%，所述TiB2復(fù)合層的厚度為5mm-50mm。

[0008]第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N第一方面所述的石墨化陰極的制備方法，所述方法包括：

[0009]得到TiB2復(fù)合糊狀料和/或TiB2復(fù)合粉末狀料;

[0010]將TiB2復(fù)合糊狀料和鋪設(shè)于石墨化陰極糊料的表面，得到混合料;或

[0011]將TiB2復(fù)合粉末狀料鋪設(shè)于石墨化陰極糊料的表面，得到混合料;或

[0012]將TiB2復(fù)合糊狀料鋪設(shè)于石墨化陰極糊料的表面，并將TiB2復(fù)合粉末狀料鋪設(shè)于所述TiB2復(fù)合糊狀料的上表面，得到混合料;

[0013]將所述混合料進(jìn)行一體化壓制成型及燒結(jié)，得到石墨化陰極。

[0014]可選的，所述TiB2復(fù)合糊狀料的組分為：12wt.%-15wt.%的瀝青，0.1wt.%-1wt.%的石墨纖維，余量為TiB2粉末。

[0015]可選的，所述TiB2復(fù)合粉末狀料的組分為：2wt.%-10wt.%的TiN粉，1wt.%-5wt.%的CoB粉，1wt.%-3wt.%的ZrB2粉，1wt.%-3wt.%的金屬粉，1wt.%-2wt.%的聚乙烯醇粘結(jié)劑，余量為TiB2粉。

[0016]第三方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N低溫鋁電解槽，所述鋁電解槽包括第一方面所述的石墨化陰極。

[0017]可選的，所述鋁電解槽的側(cè)壁槽殼上設(shè)置有強(qiáng)制散熱裝置;

[0018]所述鋁電解槽的側(cè)壁內(nèi)襯距炭陽(yáng)極的距離≥320mm;

[0019]所述石墨化陰極與陰極集電棒連接后，所述石墨化陰極的上表面距陰極集電棒上表面的垂直距離≥300mm。

[0020]可選的，所述鋁電解槽的側(cè)壁內(nèi)襯距炭陽(yáng)極的距離為320mm-380mm;

[0021]所述石墨化陰極的上表面距陰極集電棒上表面的垂直距離為300mm-340mm。

[0022]可選的，所述強(qiáng)制散熱裝置包括：豎式散熱片、風(fēng)冷換熱器、導(dǎo)熱油冷卻換熱器中的一種或多種;

[0023]所述石墨化陰極與陰極集電棒的連接采用磷生鐵澆筑，所述陰極集電棒采用高導(dǎo)電鋼棒、插銅鋼棒中的一種。

[0024]第四方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N低溫鋁電解方法，所述方法采用第三方面任意一項(xiàng)所述的低溫鋁電解槽，所述方法包括如下參數(shù)：低溫電解質(zhì)的初晶溫度為820℃-850℃，電解溫度為845℃-900℃，過熱度為20℃-50℃。

[0025]可選的，所述低溫電解質(zhì)的組分為：KF：12wt.%-15wt.%，LiF：1wt.%-2wt.%，CaF2：0-5wt.%，MgF2：0-2wt.%，Al2O3：2wt.%-4wt.%，NaF：26wt.%-33wt.%，余量為AlF3。

[0026]本申請(qǐng)實(shí)施例提供的上述技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

[0027]本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N石墨化陰極，所述石墨化陰極包括：石墨化陰極基體;以及TiB2復(fù)合層，所述TiB2復(fù)合層覆蓋于所述石墨化陰極基體的至少部分表面，所述TiB2復(fù)合層的碳含量<20wt.%，所述TiB2復(fù)合層的厚度為5mm-50mm。首先，TiB2復(fù)合材料在電解槽的惡劣環(huán)境中，對(duì)于低溫電解質(zhì)中的鈉鉀滲透問題，TiB2復(fù)合材料展現(xiàn)出了優(yōu)異的抗?jié)B透性能。其次，當(dāng)TiB2復(fù)合材料中的碳含量小于20wt.%時(shí)，制備的陰極與鋁水潤(rùn)濕性好、硬度高，且能夠有效抵抗低溫電解質(zhì)的鈉鉀滲透膨脹。再次，限定復(fù)合層的厚度為5mm-50mm，能夠滿足陰極與鋁水的抗?jié)B透膨脹性能。此外，當(dāng)復(fù)合層的厚度超過50mm后，由于TiB2復(fù)合材料與石墨化陰極燒結(jié)收縮率之間的差異，可能會(huì)在復(fù)合層上產(chǎn)生微裂紋，從而降低其抗?jié)B透效果。從而抵抗了低溫電解質(zhì)對(duì)石墨化陰極的鈉鉀滲透破壞。

附圖說明

[0028]此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本申請(qǐng)的實(shí)施例，并與說明書一起用于解釋本申請(qǐng)的原理。

[0029]為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

[0030]圖1為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種石墨化陰極的示意圖;

[0031]圖2為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種石墨化陰極的制備方法的流程圖;

[0032]圖3為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種低溫鋁電解槽的示意圖;

[0033]附圖標(biāo)識(shí)說明：

[0034]1-陽(yáng)極導(dǎo)桿;2-集氣罩及槽蓋板;3-陽(yáng)極鋼爪;4-陽(yáng)極;5-爐幫結(jié)殼;6-強(qiáng)制散熱裝置;7-TiB2復(fù)合層;8-石墨化陰極基體;9-保溫材料;10-陰極集電棒(插銅鋼棒);11-鋁液;13-側(cè)壁內(nèi)襯;14-電解質(zhì)熔體;15換熱介質(zhì)出口。

具體實(shí)施方式

[0035]為使本申請(qǐng)實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本申請(qǐng)實(shí)施例中的附圖，對(duì)本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本申請(qǐng)的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。

[0036]本申請(qǐng)的各種實(shí)施例可以以一個(gè)范圍的形式存在;應(yīng)當(dāng)理解，以一范圍形式的描述僅僅是因?yàn)榉奖慵昂?jiǎn)潔，不應(yīng)理解為對(duì)本申請(qǐng)范圍的硬性限制;因此，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為所述的范圍描述已經(jīng)具體公開所有可能的子范圍以及該范圍內(nèi)的單一數(shù)值。例如，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為從1到6的范圍描述已經(jīng)具體公開子范圍，例如從1到3，從1到4，從1到5，從2到4，從2到6，從3到6等，以及所述范圍內(nèi)的單一數(shù)字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范圍為何皆適用。另外，每當(dāng)在本文中指出數(shù)值范圍，是指包括所指范圍內(nèi)的任何引用的數(shù)字(分?jǐn)?shù)或整數(shù))。

[0037]另外，在本申請(qǐng)說明書的描述中，術(shù)語(yǔ)“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。在本文中，諸如“第一”和“第二”等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。在本文中，“和/或”，描述關(guān)聯(lián)對(duì)象的關(guān)聯(lián)關(guān)系，表示可以存在三種關(guān)系，例如，A和/或B，可以表示：?jiǎn)为?dú)存在A，同時(shí)存在A和B，單獨(dú)存在B的情況。其中A，B可以是單數(shù)或者復(fù)數(shù)。在本文中，“至少一個(gè)”是指一個(gè)或者多個(gè)，“多個(gè)”是指兩個(gè)或兩個(gè)以上。“至少一種”、“以下至少一項(xiàng)(個(gè))”或其類似表達(dá)，是指的這些項(xiàng)中的任意組合，包括單項(xiàng)(個(gè))或復(fù)數(shù)項(xiàng)(個(gè))的任意組合。例如，“a,b,或c中的至少一項(xiàng)(個(gè))”，或，“a,b,和c中的至少一項(xiàng)(個(gè))”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分別可以是單個(gè)，也可以是多個(gè)。

[0038]除非另有特別說明，本申請(qǐng)中用到的各種原材料、試劑、儀器和設(shè)備等，均可通過市場(chǎng)購(gòu)買得到或者可通過現(xiàn)有方法制備得到。

[0039]本申請(qǐng)的創(chuàng)造性思路為：

[0040]低溫鋁電解具有減少鋁電解槽散熱、降低能量消耗、提高電流效率等優(yōu)點(diǎn)，而被認(rèn)為是鋁電解工業(yè)節(jié)能的一個(gè)重要方向。此外，低溫鋁電解也是解決惰性陽(yáng)極耐腐蝕性能的一個(gè)重要途徑，因此低溫鋁電解在鋁冶煉領(lǐng)域被廣泛研究。

[0041]然而，在當(dāng)前工業(yè)化的預(yù)焙炭陽(yáng)極鋁電解槽上開展低溫鋁電解生產(chǎn)仍面臨著許多困難，主要有：(1)低溫電解條件下氧化鋁溶解度和溶解速度小，加入電解槽的氧化鋁如不能及時(shí)溶解擴(kuò)散會(huì)沉淀到電解槽底部，再加上Na+往陰極的定向遷移和富集效應(yīng)，引起陰極區(qū)域熔體的分子比和初晶溫度升高，低溫電解條件下陰極區(qū)域的高分子比熔體與氧化鋁沉淀極易形成結(jié)殼，從而影響電解槽的正常運(yùn)行;(2)若簡(jiǎn)單采用高過熱度的方法解決沉淀結(jié)殼問題，則又會(huì)帶來電解槽側(cè)部難以形成爐幫結(jié)殼保護(hù)側(cè)部材料的難題，還會(huì)影響電流效率、加劇電解質(zhì)揮發(fā);(3)低溫電解質(zhì)體系通常含有較高的鉀，對(duì)炭質(zhì)陰極的滲透破壞作用較強(qiáng)，特別是當(dāng)鋁電解槽采用普通炭塊、半石墨質(zhì)、石墨質(zhì)陰極材料時(shí)，受到鉀侵蝕后易出現(xiàn)陰極膨脹開裂現(xiàn)象。石墨化陰極的鉀膨脹開裂風(fēng)險(xiǎn)略小，但石墨質(zhì)地軟抗鉀滲透弱，長(zhǎng)期運(yùn)行也存在因鉀侵蝕而出現(xiàn)層狀粉化和剝落的問題;(4)相比常規(guī)電解質(zhì)體系，低溫電解質(zhì)體系的電導(dǎo)率通常偏低會(huì)導(dǎo)致槽電壓升高，若直接降低槽電壓則會(huì)壓縮極距，因存在鋁液波動(dòng)，壓縮極距會(huì)使鋁液的氧化損失增加、電流效率降低。所以在沒有更好的穩(wěn)流(減小鋁液波動(dòng))措施之前，低溫鋁電解不易實(shí)現(xiàn)低電壓運(yùn)行，從而低溫鋁電解的節(jié)能效果就受到限制。

[0042]目前，針對(duì)低溫鋁電解也有一些相關(guān)的研究。專利CN201610868647.5、CN201210417817.X、CN200910312193.3提供了880℃以上或850℃以上低溫鋁電解質(zhì)，重點(diǎn)解決電導(dǎo)率低、氧化鋁溶解度和溶解速度小的問題。專利CN201010207080.X、CN201010587618.4提供了一種能夠與鋁液高潤(rùn)濕、耐電解質(zhì)滲蝕和鋁液沖蝕的高導(dǎo)電硼化鈦陰極材料及其制備方法，成本可低于熱壓陰極，然而從制備工藝看實(shí)現(xiàn)大型化并應(yīng)用于現(xiàn)有預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽，還有待進(jìn)一步研究開發(fā)。專利CN200710119898.4、CN200710119908.4介紹了一種通過振動(dòng)成型，制備含有TiB2復(fù)合層的石墨化可濕潤(rùn)陰極炭塊的生產(chǎn)方法，然而碳含量仍然偏高，甚至達(dá)到80wt.%左右。

[0043]以上專利技術(shù)均是從單獨(dú)某個(gè)方面去解決低溫鋁電解的單個(gè)技術(shù)問題，并且簡(jiǎn)單的整合也無(wú)法實(shí)現(xiàn)低溫鋁電解。要解決低溫鋁電解工業(yè)化所存在的技術(shù)難題，除了要考慮陰極和低溫電解質(zhì)體系外，還需要對(duì)電解槽結(jié)構(gòu)、爐幫形成、低電壓運(yùn)行等方面進(jìn)行整體性的改進(jìn)，才能真正實(shí)現(xiàn)低溫鋁電解。選擇合理的低溫電解質(zhì)體系，保持相匹配的工藝控制參數(shù)，改善氧化鋁溶解性能的同時(shí)，還需要有效解決工業(yè)電解槽中電解質(zhì)熔體對(duì)炭質(zhì)陰極的鈉鉀侵蝕問題，解決低溫電解質(zhì)體系高過熱度條件爐幫生成問題，以及解決低電壓條件下鋁液穩(wěn)定和高電流效率的問題。

[0044]綜上所述，本領(lǐng)域仍缺乏成套的低溫鋁電解技術(shù)來實(shí)現(xiàn)低溫鋁電解的工業(yè)化生產(chǎn)。

[0045]圖1為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種石墨化陰極的示意圖。

[0046]為在一定程度上解決上述技術(shù)問題，請(qǐng)參見圖1，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N石墨化陰極，所述石墨化陰極包括：

[0047]石墨化陰極基體;以及

[0048]TiB2復(fù)合層，所述TiB2復(fù)合層覆蓋于所述石墨化陰極基體的至少部分表面，所述TiB2復(fù)合層的碳含量<20wt.%，所述TiB2復(fù)合層的厚度為5mm-50mm。

[0049]首先，TiB2復(fù)合材料因其高硬度、高熔點(diǎn)、耐磨損和耐腐蝕等特性，在電解槽的惡劣環(huán)境中能夠表現(xiàn)出色。特別是對(duì)于低溫電解質(zhì)中的鈉鉀滲透問題，TiB2復(fù)合材料展現(xiàn)出了優(yōu)異的抗?jié)B透性能。其次，實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的電解試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)TiB2復(fù)合材料中的碳含量小于20wt.%時(shí)，制備的陰極與鋁水潤(rùn)濕性好、硬度高，且能夠有效抵抗低溫電解質(zhì)的鈉鉀滲透膨脹。這一發(fā)現(xiàn)為工業(yè)化生產(chǎn)提供了重要的參考依據(jù)。再次，實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)鈉鉀滲透膨脹的滲透深度小于5mm，由此，限定復(fù)合層的厚度為5mm-50mm，能夠滿足陰極與鋁水的潤(rùn)濕性能、抗?jié)B透膨脹性能和耐磨損性能的需求。較薄的復(fù)合層可能無(wú)法提供足夠的保護(hù)效果，而過厚的復(fù)合層則會(huì)增加成本和重量。此外，當(dāng)復(fù)合層的厚度超過50mm后，由于TiB2復(fù)合材料與石墨化陰極燒結(jié)收縮率之間的差異，可能會(huì)在復(fù)合層上產(chǎn)生微裂紋，從而降低其抗?jié)B透效果。示例性的，TiB2復(fù)合層的碳含量可以為0、2wt.%、4wt.%、6wt.%、10wt.%、12wt.%、15wt.%、19wt.%等，TiB2復(fù)合層的厚度可以為5mm、10mm、15mm、20mm、30mm、40mm、50mm等。

[0050]圖2為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種石墨化陰極的制備方法的流程示意圖。

[0051]請(qǐng)參見圖2，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N上述所述的石墨化陰極的制備方法，所述方法包括：

[0052]S1、得到TiB2復(fù)合糊狀料和/或TiB2復(fù)合粉末狀料;

[0053]S2a、將TiB2復(fù)合糊狀料和鋪設(shè)于石墨化陰極糊料的表面，得到混合料;或

[0054]S2b、將TiB2復(fù)合粉末狀料鋪設(shè)于石墨化陰極糊料的表面，得到混合料;或

[0055]S2c、將TiB2復(fù)合糊狀料鋪設(shè)于石墨化陰極糊料的表面，并將TiB2復(fù)合粉末狀料鋪設(shè)于所述TiB2復(fù)合糊狀料的上表面，得到混合料;

[0056]S3、將所述混合料進(jìn)行一體化壓制成型及燒結(jié)，得到石墨化陰極。

[0057]本申請(qǐng)采用一體化成型燒結(jié)技術(shù)，在石墨化陰極表面直接形成一層TiB2復(fù)合材料層。這種技術(shù)不僅確保了復(fù)合層與石墨化陰極基體之間的緊密結(jié)合，還避免了傳統(tǒng)涂層可能存在的脫落問題。同時(shí)，本申請(qǐng)形成TiB2復(fù)合層的原料可以為TiB2復(fù)合糊狀料，也可以為TiB2復(fù)合粉末狀料，還可以為TiB2復(fù)合糊狀料和TiB2復(fù)合粉末狀料的聯(lián)用。當(dāng)TiB2復(fù)合層的原料為TiB2復(fù)合糊狀料和TiB2復(fù)合粉末狀料的聯(lián)用時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)從低碳到無(wú)碳TiB2復(fù)合材料的過渡，增加TiB2復(fù)合材料層的厚度。

[0058]在一些實(shí)施方式中，所述TiB2復(fù)合糊狀料通過熱混捏制備而成。

[0059]在一些實(shí)施方式中，所述TiB2復(fù)合糊狀料的組分為：12wt.%-15wt.%的瀝青，0.1wt.%-1wt.%的石墨纖維，余量為TiB2粉末。

[0060]在與石墨化陰極糊料一起成型之前，TiB2復(fù)合材料以糊狀料的形式存在。這種糊狀料具有良好的流動(dòng)性和可塑性，便于在石墨化陰極表面進(jìn)行涂覆和成型。通過特定的壓制手段(如模壓、擠壓等)，可以將糊狀料均勻地涂覆在陰極表面，并經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)后形成致密的復(fù)合層。瀝青作為粘結(jié)劑。瀝青在高溫下能夠熔化并將其他組分牢固地粘結(jié)在一起，形成致密且穩(wěn)定的復(fù)合層。同時(shí)，瀝青還具有一定的耐腐蝕性，能夠在一定程度上保護(hù)基體免受電解質(zhì)的侵蝕。石墨纖維的加入可以增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性，提高其在電解過程中的抗磨損和抗?jié)B透性能。此外，石墨纖維還具有良好的導(dǎo)電性，有助于維持電解槽的正常工作。TiB2粉末作為復(fù)合材料的主要成分，其含量占余量部分。由于TiB2的高硬度、高熔點(diǎn)等特性，使得該復(fù)合材料在電解槽的惡劣環(huán)境中表現(xiàn)出色。同時(shí)，通過控制TiB2粉末的用量，可以確保復(fù)合材料的碳含量小于20wt.%，以滿足特定的性能要求。示例性的，瀝青的含量可以為12wt.%、12.5wt.%、13wt.%、13.5wt.%、14wt.%、15wt.%等，石墨纖維的含量可以為0.1wt.%、0.3wt.%、0.5wt.%、0.7wt.%、0.9wt.%、1wt.%等。

[0061]在一些實(shí)施方式中，所述TiB2復(fù)合粉末狀料通過濕法球磨、噴霧造粒，制備而成。

[0062]在一些實(shí)施方式中，所述TiB2復(fù)合粉末狀料的組分為：2wt.%-10wt.%的TiN粉，1wt.%-5wt.%的CoB粉，1wt.%-3wt.%的ZrB2粉，1wt.%-3wt.%的金屬粉，1wt.%-2wt.%的聚乙烯醇粘結(jié)劑，余量為TiB2粉。

[0063]在與石墨化陰極糊料一起成型之前，TiB2復(fù)合材料以粉末狀料的形式存在。這種粉末狀料便于混合和均勻分散各種組分，同時(shí)也便于后續(xù)的成型加工。通過特定的工藝壓制手段(如模壓、擠壓等)，可以將粉末狀料均勻地涂覆在陰極表面，并經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)后形成致密的復(fù)合層。TiN(氮化鈦)是一種具有高硬度、高耐磨性和良好化學(xué)穩(wěn)定性的材料，它的加入可以增強(qiáng)TiB2復(fù)合材料的硬度和耐磨性，從而提高電解槽陰極的使用壽命。CoB粉可以提高復(fù)合材料強(qiáng)度和導(dǎo)電性的作用。ZrB2(二硼化鋯)是一種具有高熔點(diǎn)、高硬度和良好耐腐蝕性的材料，它的加入可以進(jìn)一步提高復(fù)合材料的耐高溫和耐腐蝕性能。金屬粉的加入可以改善復(fù)合材料的導(dǎo)電性和機(jī)械性能，同時(shí)可以助燒結(jié)。常見的金屬粉包括鎳、鐵、銅中的一種或多種的合金。聚乙烯醇作為粘結(jié)劑，能夠在粉末顆粒之間形成牢固的結(jié)合，使得復(fù)合材料在成型過程中能夠保持穩(wěn)定的形狀和結(jié)構(gòu)。示例性的，TiN粉的含量可以為2wt.%、3wt.%、4wt.%、5wt.%、6wt.%、7wt.%、9wt.%、10wt.%等，CoB粉的含量可以為1wt.%、2wt.%、3wt.%、4wt.%、5wt.%等，ZrB2粉的含量可以為1wt.%、1.5wt.%、2wt.%、2.5wt.%、3wt.%等，金屬粉的含量可以為1wt.%、1.5wt.%、2wt.%、2.5wt.%、3wt.%等，聚乙烯醇粘結(jié)劑的含量可以為1wt.%、1.2wt.%、1.4wt.%、1.6wt.%、1.8wt.%、2wt.%等。

[0064]該石墨化陰極的制備方法的制備產(chǎn)品是上述石墨化陰極，該石墨化陰極的制備方法所制得的石墨化陰極的化學(xué)成分及組織結(jié)構(gòu)可參照上述實(shí)施例，由于該石墨化陰極的制備方法采用了石墨化陰極實(shí)施例的部分或全部技術(shù)方案，因此至少具有石墨化陰極實(shí)施例的技術(shù)方案所帶來的所有有益效果，在此不再一一贅述。

[0065]圖3為本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種低溫鋁電解槽的示意圖。

[0066]請(qǐng)參見圖3，基于一個(gè)總的發(fā)明構(gòu)思，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N低溫鋁電解槽，所述鋁電解槽包括上述所述的石墨化陰極。

[0067]在一些實(shí)施方式中，所述鋁電解槽的側(cè)壁槽殼上設(shè)置有強(qiáng)制散熱裝置;

[0068]所述鋁電解槽的側(cè)壁內(nèi)襯距炭陽(yáng)極的距離≥320mm;

[0069]所述石墨化陰極與陰極集電棒連接后，所述石墨化陰極的上表面距陰極集電棒上表面的垂直距離≥300mm。

[0070]在一些實(shí)施方式中，所述鋁電解槽的側(cè)壁內(nèi)襯距炭陽(yáng)極的距離為320mm-380mm;

[0071]所述石墨化陰極的上表面距陰極集電棒上表面的垂直距離為300mm-340mm。

[0072]在一些實(shí)施方式中，所述強(qiáng)制散熱裝置包括：豎式散熱片、風(fēng)冷換熱器、導(dǎo)熱油冷卻換熱器中的一種或多種;

[0073]所述石墨化陰極與陰極集電棒的連接采用磷生鐵澆筑，所述陰極集電棒采用高導(dǎo)電鋼棒、插銅鋼棒中的一種。

[0074]本申請(qǐng)通過在電解槽側(cè)壁增加強(qiáng)制散熱裝置，以及側(cè)部?jī)?nèi)襯與炭陽(yáng)極之間的寬距離設(shè)計(jì)，解決低溫電解質(zhì)不易形成爐幫結(jié)殼保護(hù)側(cè)壁內(nèi)襯的問題。電解槽側(cè)壁增加強(qiáng)制散熱裝置有利于電解槽內(nèi)部電解質(zhì)熔體在側(cè)壁內(nèi)襯上形成爐幫結(jié)殼，側(cè)部?jī)?nèi)襯與炭陽(yáng)極之間320mm-380mm的寬距離設(shè)計(jì)，為爐幫結(jié)殼增厚和減薄留出了動(dòng)態(tài)調(diào)整空間。此外，強(qiáng)制散熱裝置還能夠作為熱平衡調(diào)節(jié)手段，使電解槽具備的電流強(qiáng)化或變負(fù)荷生產(chǎn)的能力。示例性的，鋁電解槽的側(cè)壁內(nèi)襯距炭陽(yáng)極的距離可以為320mm、330mm、340mm、350mm、360mm、370mm、380mm等。

[0075]本申請(qǐng)通過高導(dǎo)電集電棒/插銅集電棒，以及集電棒上表面與石墨化陰極上表面垂直距離的控制，來降低鋁電解槽鋁液內(nèi)的水平電流，提高鋁液的穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)低極距、低電壓、高效率運(yùn)行。電解槽鋁液穩(wěn)定性受到垂直磁場(chǎng)和水平電流共同作用產(chǎn)生的洛倫茲力的影響，垂直磁場(chǎng)由電解槽陰極母線系統(tǒng)決定難以改變，因此降低水平電流成為提高鋁液穩(wěn)定性的主要手段。研究結(jié)果表明，當(dāng)采用石墨化陰極時(shí)，高導(dǎo)電陰極集電棒上表面距石墨化陰極上表面的垂直距離大于300mm能夠顯著降低鋁液中的水平電流。該垂直距離越大效果越好，但考慮陰極的實(shí)際高度范圍，以及集電棒的橫截面積，該垂直距離控制在300mm-340mm較為合理。示例性的，石墨化陰極的上表面距陰極集電棒上表面的垂直距離可以為300mm、310mm、320mm、330mm、340mm等。

[0076]本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N低溫鋁電解方法，所述方法采用上述任意一項(xiàng)所述的低溫鋁電解槽，所述方法包括如下參數(shù)：低溫電解質(zhì)的初晶溫度為820℃-850℃，電解溫度為845℃-900℃，過熱度為20℃-50℃。

[0077]在一些實(shí)施方式中，所述低溫電解質(zhì)的組分為：KF：12wt.%-15wt.%，LiF：1wt.%-2wt.%，CaF2：0-5wt.%，MgF2：0-2wt.%，Al2O3：2wt.%-4wt.%，NaF：26wt.%-33wt.%，余量為AlF3。

[0078]首先，本發(fā)明采用了初晶溫度在820-850℃范圍內(nèi)的低溫電解質(zhì)。這個(gè)溫度范圍的設(shè)定是基于電解過程的優(yōu)化和陰極保護(hù)的考慮。同時(shí)，該電解質(zhì)體系具有相對(duì)較高的電導(dǎo)率和氧化鋁飽和濃度，這有助于提高電解效率并減少氧化鋁的沉淀。為了進(jìn)一步提升電解質(zhì)的性能，本發(fā)明在電解質(zhì)中添加了LiF和KF兩種添加劑。然而，這兩種添加劑的添加量需要嚴(yán)格控制，以平衡其對(duì)電解質(zhì)性能的不同影響。LiF的添加能夠顯著提高電解質(zhì)的電導(dǎo)率，但同時(shí)也會(huì)顯著降低氧化鋁的飽和溶解度。試驗(yàn)研究表明，當(dāng)LiF的含量超過3wt.%時(shí)，其對(duì)氧化鋁飽和溶解度的影響變得顯著。因此，為了保持氧化鋁的飽和溶解度在一定水平，本發(fā)明將LiF的含量控制在2wt.%以內(nèi)。KF的添加則能夠提高氧化鋁的飽和溶解度，但與此同時(shí)，它會(huì)增加對(duì)炭質(zhì)陰極的滲透破壞。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，KF的含量在15wt.%以內(nèi)時(shí)，對(duì)石墨化陰極的鉀膨脹效應(yīng)較小。因此，本發(fā)明將KF的含量控制在接近但不超過15wt.%的水平，以確保陰極的穩(wěn)定性和安全性。在確定了LiF和KF的添加量后，本發(fā)明通過保持KF/(KF+NaF)的比值不變，并降低分子比(即提高AlF3的含量)，來進(jìn)一步調(diào)整電解質(zhì)的組分。這樣做可以在保持初晶溫度范圍不變的同時(shí)，獲得電導(dǎo)率和氧化鋁飽和溶解度均相對(duì)較高的最優(yōu)電解質(zhì)組分。最后，本發(fā)明還通過實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的電解試驗(yàn)驗(yàn)證了該低溫電解質(zhì)體系在20-50℃的過熱度下的效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，在這個(gè)過熱度范圍內(nèi)，陰極不會(huì)產(chǎn)生結(jié)殼現(xiàn)象。因此，本發(fā)明將過熱度控制在20-50℃之間，以確保電解過程的順利進(jìn)行和陰極的穩(wěn)定運(yùn)行。綜上所述，本發(fā)明通過優(yōu)化電解質(zhì)組成和過熱度控制，成功解決了氧化鋁沉淀結(jié)殼的問題，為鋁電解行業(yè)的發(fā)展提供了新的思路和解決方案。低溫電解質(zhì)的初晶溫度為820℃、825℃、830℃、835℃、840℃、845℃、850℃等，電解溫度可以為845℃、855℃、865℃、875℃、885℃、895℃、900℃等，過熱度可以為20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃等。

[0079]下面結(jié)合具體的實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本申請(qǐng)。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本申請(qǐng)而不用于限制本申請(qǐng)的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定。若沒有相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，則按照通用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、常規(guī)條件、或按照制造廠商所建議的條件進(jìn)行。

[0080]實(shí)施例1

[0081]在某電解鋁企業(yè)300kA預(yù)焙炭陽(yáng)極鋁電解槽上，通過電解槽大修，將其改造為采用低溫鋁電解生產(chǎn)的低溫鋁電解槽。

[0082]石墨化陰極基體表面低碳含量TiB2復(fù)合層的平均厚度約為50mm，TiB2復(fù)合層的碳含量的實(shí)測(cè)值為7.96%;該低碳含量TiB2復(fù)合材料的組分為12wt.%的瀝青、1wt.%的石墨纖維、87wt.%的TiB2粉末，通過熱混捏制備成糊狀料，均勻鋪在石墨化陰極糊料表面，與石墨化陰極糊料一體化壓制成型和燒結(jié)，得到石墨化陰極;采用高導(dǎo)電鋼棒(常溫電阻率11×10-8Ω·m)，磷生鐵澆筑，鋼棒上表面距石墨化陰極上表面垂直距離h=340mm;電解槽側(cè)壁槽殼上設(shè)置的強(qiáng)制散熱裝置為豎式散熱片，為更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)流散熱，在電解槽水平槽沿板上開有散熱孔12;側(cè)壁內(nèi)襯采用碳化硅結(jié)合氮化硅材料，厚度為60mm，內(nèi)襯距炭陽(yáng)極的距離b=320mm。

[0083]低溫電解質(zhì)的設(shè)計(jì)組分為：KF 14wt.%;LiF 2wt.%;CaF2 4wt.%;MgF20.5wt.%;Al2O33.2wt.%;NaF 32wt.%;AlF3 44.3wt.%;分子比CR=1.44。電解過程中，對(duì)電解槽不同位置的電解質(zhì)進(jìn)行取樣后測(cè)試初晶溫度，其均值為846℃，電解溫度為895-900℃，過熱度50℃左右;陽(yáng)極電流密度0.762A/cm2，效應(yīng)系數(shù)小于0.06次/槽日，爐幫厚度183.6mm，電解槽運(yùn)行電壓3.774V，電流效率93.95wt.%，直流電耗11971kWh/t-Al。在本實(shí)施例的電解槽運(yùn)行周期內(nèi)，該電解槽上帶有低碳含量TiB2復(fù)合材料的石墨化陰極無(wú)損壞，且槽底未發(fā)現(xiàn)氧化鋁結(jié)殼。

[0084]實(shí)施例2

[0085]在某電解鋁企業(yè)300kA預(yù)焙炭陽(yáng)極鋁電解槽上，通過電解槽大修，將其改造為采用低溫鋁電解生產(chǎn)的低溫鋁電解槽。

[0086]石墨化陰極基體表面的低碳含量TiB2復(fù)合層的平均厚度約為30mm，TiB2復(fù)合層的碳含量的實(shí)測(cè)值為8.3%;該低碳含量TiB2復(fù)合材料的組分為15wt.%的瀝青、0.1wt.%的石墨纖維、84.9wt.%的TiB2粉末，通過熱混捏制備成糊狀料，均勻鋪在石墨化陰極糊料表面，與石墨化陰極糊料一體化壓制成型和燒結(jié)，得到石墨化陰極;采用插銅陰極鋼棒(常溫電阻率7.8×10-8Ω·m)，磷生鐵澆筑，鋼棒上表面距石墨化陰極上表面垂直距離h=300mm;電解槽側(cè)壁槽殼上設(shè)置的強(qiáng)制散熱裝置為豎式散熱片，為更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)流散熱，在電解槽水平槽沿板上開有散熱孔12;側(cè)壁內(nèi)襯采用碳化硅結(jié)合氮化硅材料，厚度為60mm，內(nèi)襯距炭陽(yáng)極的距離b=320mm。

[0087]低溫電解質(zhì)的設(shè)計(jì)組分為：KF 15wt.%;LiF 2wt.%;CaF2 2.5wt.%;MgF22wt.%;Al2O33.2wt.%;NaF 31wt.%;AlF3 44.3wt.%;分子比CR=1.40。電解過程中，對(duì)電解槽不同位置的電解質(zhì)進(jìn)行取樣后測(cè)試初晶溫度，其均值為838℃，電解溫度為870-875℃，過熱度35℃左右;陽(yáng)極電流密度0.762A/cm2，效應(yīng)系數(shù)小于0.07次/槽日，爐幫厚度196.4mm，電解槽運(yùn)行電壓3.768V，電流效率93.88wt.%，直流電耗11961kWh/t-Al。在本實(shí)施例的電解槽運(yùn)行周期內(nèi)，該電解槽上帶有低碳含量TiB2復(fù)合材料的石墨化陰極無(wú)損壞，且槽底未發(fā)現(xiàn)氧化鋁結(jié)殼。

[0088]實(shí)施例3

[0089]在某電解鋁企業(yè)300kA預(yù)焙炭陽(yáng)極鋁電解槽上，通過電解槽大修，將其改造為采用低溫鋁電解生產(chǎn)的低溫鋁電解槽。

[0090]石墨化陰極基體表面的低碳含量TiB2復(fù)合層的平均厚度約為5mm，TiB2復(fù)合層的碳含量的實(shí)測(cè)值小于0.01%;該低碳含量TiB2復(fù)合材料的組分為10wt.%的TiN粉、1wt.%的CoB粉、1wt.%的ZrB2粉、3wt.%的鎳鐵合金粉(鎳：40wt.%，鐵：60wt.%)、2wt.%的聚乙烯醇粘結(jié)劑(CAS No.：9002-89-5)、83wt.%為TiB2粉，通過濕法球磨、噴霧造粒制備成粉狀料。均勻鋪在石墨化陰極糊料表面，與石墨化陰極糊料一體化壓制成型和燒結(jié)，得到石墨化陰極;采用插銅陰極鋼棒(常溫電阻率7.8×10-8Ω·m)，磷生鐵澆筑，鋼棒上表面距石墨化陰極上表面垂直距離h=300mm;電解槽側(cè)壁槽殼上設(shè)置的強(qiáng)制散熱裝置為豎式散熱片，為更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)流散熱，在電解槽水平槽沿板上開有散熱孔12;側(cè)壁內(nèi)襯采用碳化硅結(jié)合氮化硅材料，厚度為60mm，內(nèi)襯距炭陽(yáng)極的距離b=320mm。

[0091]低溫電解質(zhì)的設(shè)計(jì)組分為：KF 12;LiF 1wt.%;Al2O3 3.2wt.%;CaF2 0wt.%;MgF2 2wt.%;NaF 33wt.%;AlF3 48.8wt.%;分子比CR=1.35。電解過程中，對(duì)電解槽不同位置的電解質(zhì)進(jìn)行取樣后測(cè)試初晶溫度，其均值為832℃，電解溫度為870-875℃，過熱度40℃左右;陽(yáng)極電流密度0.762A/cm2，效應(yīng)系數(shù)小于0.07次/槽日，爐幫厚度190.6mm，電解槽運(yùn)行電壓3.776V，電流效率94.05wt.%，直流電耗11964kWh/t-Al。在本實(shí)施例的電解槽運(yùn)行周期內(nèi)，該電解槽上帶有低碳含量TiB2復(fù)合材料的石墨化陰極無(wú)損壞，且槽底未發(fā)現(xiàn)氧化鋁結(jié)殼。

[0092]實(shí)施例4

[0093]在某電解鋁企業(yè)300kA預(yù)焙炭陽(yáng)極鋁電解槽上，通過電解槽大修，將其改造為采用低溫鋁電解生產(chǎn)的低溫鋁電解槽。

[0094]石墨化陰極基體表面低碳含量TiB2復(fù)合層的平均厚度約為50mm，TiB2復(fù)合層的碳含量的表層實(shí)測(cè)小于0.01%，內(nèi)層實(shí)測(cè)為8.12%;該低碳含量TiB2復(fù)合材料用了糊狀料和粉狀料兩種。其中糊狀料組分為12wt.%的瀝青、2wt.%的石墨纖維、86wt.%的TiB2粉末，通過熱混捏制備成糊狀料，均勻鋪在石墨化陰極糊料表面，然后再均勻鋪上粉狀料。粉狀料的組分為2wt.%的TiN粉、5wt.%的CoB粉、3wt.%的ZrB2粉、1wt.%的鎳鐵合金粉(鎳：40wt.%，鐵：60wt.%)、1wt.%的聚乙烯醇粘結(jié)劑、88wt.%為TiB2粉，通過濕法球磨、噴霧造粒制備成粉狀料，后與石墨化陰極糊料一體化壓制成型和燒結(jié)，得到石墨化陰極;采用插銅陰極鋼棒(常溫電阻率7.8×10-8Ω·m)，磷生鐵澆筑，鋼棒上表面距石墨化陰極上表面垂直距離h=300mm;電解槽側(cè)壁槽殼上設(shè)置的強(qiáng)制散熱裝置為風(fēng)冷換熱器，換熱介質(zhì)15為空氣;側(cè)壁內(nèi)襯采用碳化硅結(jié)合氮化硅材料，厚度為60mm，內(nèi)襯距炭陽(yáng)極的距離b=320mm。

[0095]低溫電解質(zhì)的設(shè)計(jì)組分為：KF 14;LiF 2wt.%;CaF2 5wt.%;MgF2 0wt.%;Al2O33.2wt.%;NaF 30wt.%;AlF3 45.8wt.%;分子比CR=1.31。電解過程中，對(duì)電解槽不同位置的電解質(zhì)進(jìn)行取樣后測(cè)試初晶溫度，其均值為823℃，電解溫度為850-855℃，過熱度30℃左右;陽(yáng)極電流密度0.762A/cm2，效應(yīng)系數(shù)小于0.07次/槽日，爐幫厚度195.7mm，電解槽運(yùn)行電壓3.759V，電流效率93.81wt.%，直流電耗11941kWh/t-Al。在本實(shí)施例的電解槽運(yùn)行周期內(nèi)，該電解槽上帶有低碳含量TiB2復(fù)合材料的石墨化陰極無(wú)損壞，且槽底未發(fā)現(xiàn)氧化鋁結(jié)殼。

[0096]實(shí)施例5

[0097]在某電解鋁企業(yè)400kA預(yù)焙炭陽(yáng)極鋁電解槽上，通過電解槽大修，將其改造為采用低溫鋁電解生產(chǎn)的低溫鋁電解槽。

[0098]石墨化陰極基體的表面低碳含量TiB2復(fù)合層的平均厚度約為50mm，TiB2復(fù)合層的碳含量的表層實(shí)測(cè)小于0.01%，內(nèi)層實(shí)測(cè)為8.23%;該低碳含量TiB2復(fù)合材料用了糊狀料和粉狀料兩種。其中糊狀料組分為12wt.%的瀝青、2wt.%的石墨纖維、86wt.%的TiB2粉末，通過熱混捏制備成糊狀料，均勻鋪在石墨化陰極糊料表面，然后再均勻鋪上粉狀料。粉狀料的組分為5wt.%的TiN粉、5wt.%的CoB粉、1wt.%的ZrB2粉、1wt.%的鎳鐵合金粉(鎳：40wt.%，鐵：60wt.%)、1wt.%的聚乙烯醇粘結(jié)劑、87wt.%為TiB2粉，通過濕法球磨、噴霧造粒制備成粉狀料。最后與石墨化陰極糊料一體化壓制成型和燒結(jié)，得到石墨化陰極;采用插銅陰極鋼棒(常溫電阻率8.05×10-8Ω·m)，磷生鐵澆筑，鋼棒上表面距石墨化陰極上表面垂直距離h=320mm;電解槽側(cè)壁槽殼上設(shè)置的強(qiáng)制散熱裝置為導(dǎo)熱油換熱器，換熱介質(zhì)15為導(dǎo)熱油;側(cè)壁內(nèi)襯采用碳化硅結(jié)合氮化硅材料，厚度為60mm，內(nèi)襯距炭陽(yáng)極的距離b=380mm。

[0099]低溫電解質(zhì)的設(shè)計(jì)組分為：KF 14;LiF 2wt.%;CaF2 4wt.%;MgF2 0.5wt.%;Al2O32.8wt.%;NaF 30.5wt.%;AlF3 46.2wt.%;分子比CR=1.32。電解過程中，對(duì)電解槽不同位置的電解質(zhì)進(jìn)行取樣后測(cè)試初晶溫度，其均值為826℃，電解溫度為845-850℃，過熱度20℃左右;陽(yáng)極電流密度0.802A/cm2，效應(yīng)系數(shù)小于0.08次/槽日，爐幫厚度205.7mm，電解槽運(yùn)行電壓3.772V，電流效率93.88wt.%，直流電耗11973kWh/t-Al。在本實(shí)施例的電解槽運(yùn)行周期內(nèi)，該電解槽上帶有低碳含量TiB2復(fù)合材料的石墨化陰極無(wú)損壞，且槽底未發(fā)現(xiàn)氧化鋁結(jié)殼。

[0100]此外，本發(fā)明實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少還具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

[0101]本發(fā)明實(shí)施例中，針對(duì)低溫鋁電解工業(yè)化生產(chǎn)所面臨的關(guān)鍵問題，通過系統(tǒng)性研究確定了協(xié)同解決方案和最佳參數(shù)，形成了成套的低溫鋁電解技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的低溫鋁電解生產(chǎn)，具有較大的實(shí)際意義，應(yīng)用前景廣闊。

[0102]以上所述僅是本申請(qǐng)的具體實(shí)施方式，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本申請(qǐng)。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本申請(qǐng)的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本申請(qǐng)將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所申請(qǐng)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。

說明書附圖(3)