[科普中国]-铝电解用惰性阴极

铝电解用惰性阴极(inert cathode used in a-luminium electrolysis)是指铝电解槽中和电源正极相联，不为铝液和电解质侵蚀的电极。为试验中的铝电解槽部件。铝电解槽实际的阴极界面是铝液镜面。此铝液层对碳槽底湿润不良，因而有沉淀物积聚在碳槽底上，导致电压降增大，电耗量增多。铝用惰性阴极是在原有的碳槽底上敷一层能被铝液湿润并能耐铝液和冰晶石熔体侵蚀的情性材料，此种惰性阴极由于能被铝液湿润，沉淀物不会在其上积聚。铝电解槽使用惰性阴极因可节省电能并提高电流效率，从而受到重视。

简介铝电解用惰性阴极(inert cathode used in a-luminium electrolysis)是指铝电解槽中和电源正极相联，不为铝液和电解质侵蚀的电极。为试验中的铝电解槽部件。铝电解槽实际的阴极界面是铝液镜面。此铝液层对碳槽底湿润不良，因而有沉淀物积聚在碳槽底上，导致电压降增大，电耗量增多。铝用惰性阴极是在原有的碳槽底上敷一层能被铝液湿润并能耐铝液和冰晶石熔体侵蚀的情性材料，此种惰性阴极由于能被铝液湿润，沉淀物不会在其上积聚。铝电解槽使用惰性阴极因可节省电能并提高电流效率，从而受到重视。

20世纪50年代以来，人们对铝电解用惰性阴极材料进行了广泛研究，发现元素周期表从第Ⅳ到第Ⅵ族过渡金属的硼化物、碳化物、硅化物和氮化物均具有电阻率和导热系数低、能耐电解质和铝液的侵蚀并能被铝液很好地润湿等性能，适宜制作惰性阴极。这类材料属于高熔点硬质金属(RHM)，其中尤以硼化钛惰性阴极被研究得最多，其结构形式有砌块型和涂层型两类1。

砌块型是以硼化钛为主要原料制成的TiB2/C复合材料块体，砌筑在碳槽底上，制成倾斜式惰性阴极。因为铝与其润湿性好，惰性阴极表面被一层铝膜紧紧粘附，电解出来的铝可连续从表面排走，极间距降至2-3cm也不会影响铝电解电流效率。由石墨和碳化硅混合物材成的表面涂复硼化钛，其密度为2280kg/m3，介于铝液和电解质熔体的密度之间，在铝电解时悬浮于铝液和电解质液界面而能提高铝电解电流效率2。

涂层型涂层方法有气相沉积法、等离子喷涂法、电化学沉积法或物理涂抹法等。用这些方法在阴极碳块上覆盖一层而化钛涂料层，可以解决砌块成本高、抗热展性能差和易脆碎等问题。涂层料的一种制备方法是以硼化钦粉、碳质水泥、碳纤维等为填充料，热固性树脂为粘结剂，按一定比例配合成的涂料，直接涂刷到碳槽底的基体上，然后经固化和碳化成较为坚韧的表面层。1984年，美国在装有这种惰性阴极的12台电解槽上，进行了为期18个月的铝电解试验证明效果很好，铝电解槽采用了涂复硼化社涂层的情性阴极后。阴极电流分布更均匀，槽底无沉淀物积聚，铝液面平稳，公斤铝的电耗降低约3.3kW/h，增产铝约2%，电解槽使用寿命延长至5-7a，惰性阴极未能在铝电解槽中推广应用，可能与硼化钛的价格高、固化和碳化的温度高和涂层料与碳槽底基体的热膨胀性能并不完全匹配等原因有关3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学