• 主题
高级搜索  >
历史搜索 清空历史
首页> 中文学位 >新型铝电解槽用氧化物侧壁材料研究
【6h】

新型铝电解槽用氧化物侧壁材料研究

代理获取
页面导航
  • 目录
  • 摘要
  • 著录项
  • 相似文献
  • 相关主题

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 前言

1．2 铝电解工艺发展及其对侧壁的要求

1．2．1 传统铝电解工艺

1．2．2 惰性阳极铝电解工艺及惰性材料研究

1．2．3 铝电解新工艺对侧壁要求

1．3 传统铝电解槽用侧壁材料

1．3．1 炭素侧壁材料

1．3．2 Si3N4结合SiC侧壁材料

1．4 新型侧壁材料特性及侧壁结构设计

1．5 新型侧壁材料国内外研究概况

1．5．1 铁酸镍基新型侧壁材料

1．5．2 氧化锡基新型侧壁材料

1．5．3 铝酸盐尖晶石新型侧壁材料

1．6 本论文的提出及研究内容

第二章 高温下氟化物电解质和氧化物反应研究

2．1 实验

2．1．1 原料

2．1．2 实验过程与方案

2．2 结果与讨论

2．2．1 热力学计算及分析

2．2．2 侵蚀实验

2．3 小结

第三章 MgO-Mg2TiO4复合材料制备及其抗电解质侵蚀研究

3．1 实验

3．1．1 原料及化学试剂

3．1．2 实验过程与方案

3．1．3 结构与性能表征

3．2 结果与讨论

3．2．1 烧结性能

3．2．2 抗侵蚀性能

3．2．3 讨论

3．3 小结

第四章 MgO-TiO2-NiFe2O4材料制备及其抗电解质侵蚀研究

4．1 氧化镁基MgO-TiO2-NiFe2O4材料的制备及抗侵蚀

4．1．1 实验

4．1．2 结果与讨论

4．2 铁酸镍基MgO-TiO2-NiFe2O4材料的制备及抗侵蚀

4．2．1 实验

4．2．2 结果与讨论

4．3 小结

第五章 MgO-TiO2-SnO2材料制备及抗电解质侵蚀研究

5．1 实验

5．1．1 实验原料

5．1．2 实验过程与方案

5．2 结果与讨论

5．2．1 物相组成

5．2．2 物理性能

5．2．3 显微结构

5．2．4 抗侵蚀性能

5．2．5 讨论

5．3 小结

第六章 Fe3O4-MgO材料制备及其抗电解质侵蚀研究

6．1 实验

6．1．1 实验原料

6．1．2 实验过程与方案

6．1．3 结构与性能表征

6．2 结果与讨论

6．2．1 物相组成

6．2．2 物理性能

6．2．3 显微结构

6．2．4 抗侵蚀性能

6．3 小结

第七章 制备的氧化物材料与Si3N4结合SiC材料抗电解质侵蚀性能比较

7．1 实验

7．1．1 实验材料

7．1．2 实验过程与方案

7．1．3 结构与性能表征

7．2 结果与讨论

7．3 小结

第八章 总结论与展望

致谢

参考文献

本论文的创新点

附录1 攻读博士学位期间取得的科研成果

附录2 攻读博士学位期间参加的科研项目

展开▼

摘要

现行Hall-Héroult铝电解槽侧壁广泛采用Si3N4结合SiC材料砌筑。由于Si3N4结合SiC材料热导率高，电解过程侧壁表面能形成保护性的炉帮，因而侧壁使用寿命较长。但同时通过侧壁耗散的热量巨大，约占整个电解过程能耗的35％，因此铝电解工业能源效率仅为40-45％。为实现铝工业节能降耗的目标，可在侧壁外砌筑绝热材料，避免炉帮形成，有望实现节能30-40％。电解槽内无炉帮形成，在不改变槽尺寸条件下，电解铝产能也将增加。此外，如果配合惰性阳极炼铝新技术使用，还能有效降低铝工业对环境的污染。但在无炉帮保护情况下，侧壁材料从上到下将分别与强氧化性气体、强腐蚀性电解质及强还原性铝液直接接触，Si3N4结合SiC材料在气体和电解质交界部位将被严重侵蚀，无法满足无炉帮铝电解槽内侧壁的使用要求;因此，开发新型铝电解槽用侧壁材料对铝电解工业发展具有重要意义。 本文旨在开发新型铝电解槽用氧化物侧壁材料，以期取代Si3N4结合SiC材料用于无炉帮侧壁的气体和电解质部位。首先采用Factsage热力学软件预测了典型氧化物高温下与电解质(Na3AlF6-AlF3-K3AlF6)的反应，并通过实验方法对反应进行验证，得到各氧化物在电解质中的化学稳定性。在此基础上，以价格低廉且抗碱性渣性能优良的氧化镁为基体材料，加入化学稳定性好的添加剂，研究制备了MgO-TiO2-NiFe2O4及MgO-TiO2-SnO2镁质复合材料;另一方面，在具有尖晶石结构的Fe3O4细粉中加入一定量的MgO细粉，分别于空气和氮气中烧结制备了Fe3O4-MgO复合材料。通过对所制备材料的烧结性能、物相组成、显微结构及抗电解质侵蚀性能的研究分析，可以得到如下结论: (1)与过渡元素氧化物相比，主族元素氧化物普遍易于和Na3AlF6-AlF3-K3AlF6氟化物发生化学反应。复盐氧化物NiFe2O4，Al2TiO5，Mg2TiO4，MgAl2O4，CaO·6Al2O3在氟化物电解质中的化学稳定性逐渐降低。静态侵蚀实验结果表明，降低烧结试样的显气孔率可有效地提高试样的抗氟化物电解质渗透侵蚀性能。 (2)添加TiO2促进了氧化镁质试样的烧结，提高了试样的抗电解质侵蚀性能。随TiO2添加量增加，基质中分布在MgO晶粒周围的Mg2TiO4相含量增加，氧化镁晶粒逐渐长大，试样致密化程度明显提高并在TiO2添加量为5％时达到最高。制备的MgO-Mg2TiO4复合材料因致密程度较高，且有化学稳定性较好的Mg2TiO4相分布在方镁石晶粒周围，因而其抗侵蚀性能较好。 (3)高温下MgO-TiO2-NiFe2O4体系试样内部发生反应烧结过程，促使试样中生成复合尖晶石相NixTi1-xFe2xMg2-2xO4，并加速了试样致密化过程。随NiFe2O4添加量的改变，试样中复合尖晶石相的晶体结构、形貌及分布不断变化。复合尖晶石相在电解质中的化学稳定性良好，并随试样中NiFe2O4含量增加而逐渐提高。制备的MgO-TiO2-NiFe2O4试样由于结构致密且有复合尖晶石相分布在基质中，表现出较好的抗侵蚀性能，并且试样在电解质中的侵蚀行为及抗侵蚀性能与其显微结构及复合尖晶石相的稳定性密切相关。 (4)高温下MgO-TiO2-SnO2体系试样中MgO与TiO2及SnO2反应分别生成Mg2TiO4和Mg2SnO4相，随后Mg2TiO4与Mg2SnO4发生固溶反应生成Mg2TixSn1-xO4复合尖晶石相。随SnO2添加量从2wt％增加至10wt％，复合尖晶石相均匀分布于试样基质中，试样致密度逐渐提高;而当SnO2添加量高于10wt％时，部分复合尖晶石相发生团聚，试样体积膨胀较大，导致试样致密度下降。复合尖晶石相在电解质中化学稳定性较方镁石相更好，且试样的抗侵蚀性能主要由化学组成决定，因此试样的抗侵蚀性能随SnO2含量增加逐步提高。 (5)烧结气氛及MgO含量对Fe3O4-MgO试样物相组成、显微结构及抗电解质侵蚀性能影响较大。空气中制备的试样中，Fe3O4被氧化为Fe2O3，MgO与Fe2O3反应生成MgFe2O4相。试样的侵蚀层均由Fe2O3及Al2O3构成，结构致密;并且MgO含量20wt％试样的侵蚀层与原质层之间形成了致密稳定的Mg(AlFe)2O4尖晶石层，减缓了电解质的渗透侵蚀。对于N2中制备的Fe3O4-MgO试样来说，试样均由FexMg1-xO相组成。相比空气中制备的试样，N2中制备试样的抗侵蚀性能较差。MgO含量10wt％及20wt％试样的侵蚀层较厚，且疏松多孔;但当MgO含量增加至30wt％时，试样侵蚀层与原质层间形成致密的(FeMg)Al2O4尖晶石层，试样抗侵蚀性能提高。 (6)Si3N4结合SiC侧壁材料在空气中抗电解质侵蚀性能较差。材料中Si3N4和SiC相与O2及氟化物反应，生成SiF4(g)，导致材料损毁。和Si3N4结合SiC材料相比，制备的氧化物材料抗侵蚀性能明显更好，在新型铝电解槽侧壁上使用更具优势。

著录项

  • 作者

    徐义彪;

  • 作者单位

    武汉科技大学;

  • 授予单位 武汉科技大学;
  • 学科 材料学
  • 授予学位 博士
  • 导师姓名 李亚伟;
  • 年度 2014
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    电解槽用; 氧化物; 侧壁;

相似文献

  • 中文文献
  • 外文文献
  • 专利
代理获取

客服邮箱：kefu@zhangqiaokeyan.com

京公网安备：11010802029741号 ICP备案号：京ICP备15016152号-6 六维联合信息科技 (北京) 有限公司©版权所有

  • 客服微信

  • 服务号