【摘 要】
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目前铝电解采用炭素材料作为阳极进行金属铝的冶炼,在电解过程中,消耗大量优质炭素材料的同时,排放大量的温室气体CO2、CF4和C2F6等。若采用惰性阳极替代炭素阳极,阳极释放氧气,可以有效地减少温室气体的排放,实现铝电解绿色可持续发展。因此,开发惰性阳极成为铝电解行业研究的重点。本文采用真空熔炼法制备Fe-Ni/Fe-Cr/Ni-Cr二元合金,研究其作为惰性阳极材料在铝电解质熔盐中的腐蚀性能。论文通
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目前铝电解采用炭素材料作为阳极进行金属铝的冶炼,在电解过程中,消耗大量优质炭素材料的同时,排放大量的温室气体CO2、CF4和C2F6等。若采用惰性阳极替代炭素阳极,阳极释放氧气,可以有效地减少温室气体的排放,实现铝电解绿色可持续发展。因此,开发惰性阳极成为铝电解行业研究的重点。本文采用真空熔炼法制备Fe-Ni/Fe-Cr/Ni-Cr二元合金,研究其作为惰性阳极材料在铝电解质熔盐中的腐蚀性能。论文通过线性伏安扫描法,交流阻抗,计时电位对合金在 800℃ 的 9.4wt.%NaF-33.6wt.%KF-52wt.%AlF3-5wt.%Al2O3 熔盐中的电化学行为进行了研究,结合X射线衍射仪、扫描电镜、化学分析对电化学反应后合金阳极,及其反应产物进行形貌和物相分析,总结了 Fe-Ni/Fe-Cr/Ni-Cr二元合金在NaF-KF-AlF3-Al2O3熔盐中的腐蚀规律。研究结果表明,Fe-Ni合金在800℃的NaF-KF-AlF3-Al2O3熔盐中的自腐蚀电位在1.08-1.22 V之间,其中50Fe-50Ni的自腐蚀电流密度最大。交流阻抗结果表明,Fe-Ni合金在熔盐中会发生局部腐蚀,其中局部腐蚀区域的电荷转移电阻会随着Ni含量的增加逐渐增大。当Ni含量超过57%时,电荷转移电阻会减小,表明此时合金局部腐蚀趋势减弱,合金具有较好的耐氟化物熔盐腐蚀能力。线性伏安曲线结果表明,随着电压的增大,在所有比例的Fe-Ni合金表面铁发生活性溶解,当氧气析出后,合金表面形成了钝化膜。对Fe-Ni合金进行预氧化处理,合金表面由NiFe2O4、Fe2O3和NiO构成氧化膜。交流阻抗结果表明,预氧化的Fe-Ni合金在熔盐中同样会发生局部腐蚀。线性伏安曲线表明只有当氧气析出后,预氧化的Fe-Ni合金表面发生钝化反应。采用计时电位法对Fe-Ni合金电解3 h,得到的铝产品的最佳纯度为98.69%。Fe-Cr合金在800℃的AlF3-NaF-KF-Al2O3熔盐中的自腐蚀电位在0.98-1.07 V之间,其中75Fe-25Cr合金的自腐蚀电流密度最小。交流阻抗结果表明,Fe-Cr合金在熔盐中会发生局部腐蚀,在75Fe-25Cr合金上,电荷转移电阻达到最大值,合金具有较好的耐氟化物熔盐腐蚀能力。线性伏安曲线结果表明,当氧气析出后,合金表面形成了钝化膜。对Fe-Cr合金进行预氧化处理,合金表面生成一层由Fe2O3、Cr2O3组成的氧化膜。交流阻抗结果表明,预氧化的Fe-Cr合金在熔盐中同样会发生局部腐蚀。线性伏安曲线表明当氧气析出后,预氧化的Fe-Cr合金表面发生钝化反应。采用计时电位法对Fe-Cr合金电解3 h,60Fe-40Cr合金的槽电压在电解2h后出现大幅度的上升,其他合金的槽电压较为稳定,电解得到的铝产品最佳纯度为98.12%。Ni-Cr合金在800℃CAlF3-NaF-KF-Al2O3熔盐中自腐蚀电位分别为0.98 V和1.22 V,其中75Ni-25Cr合金的自腐蚀电流密度最小。交流阻抗结果表明,Ni-Cr合金在熔盐中会发生局部腐蚀,75Ni-25Cr合金的电荷转移电阻较大,合金具有较好的耐氟化物熔盐腐蚀能力。线性伏安曲线结果表明,随着电位的增大85Ni-15Cr合金发生活性溶解。当氧气析出后,75Ni-25Cr合金表面形成了钝化膜。对Ni-Cr合金进行预氧化处理,合金表面会形成Cr2O3氧化膜。交流阻抗结果表明预氧化的Ni-Cr合金在熔盐中同样会发生局部腐蚀。线性伏安曲线结果表明,随着电位的增大,Ni-Cr合金表面发生活性溶解,当氧气析出后,预氧化的Ni-Cr合金表面发生钝化反应。采用计时电位法对Ni-Cr合金电解3 h,铝产品的最佳纯度为97.12%。
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