专利名称：：电解铝用纳米金属陶瓷惰性阳极材料及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及电化学电解技术，具体涉及电解生产原铝的惰性阳极材料组合物。技术背景目前铝工业所沿用的霍尔——埃鲁特电解法使用的阳极为碳阳极。电解生产过程中，碳阳极与电解氧化铝析出的氧化合产生温室气体C02和co，废气中还含有致癌的多环碳氢化合物与碳氟化合物，造成严重的环境污染。同时，由于碳阳极燃烧，阳极尺寸不断变化，需要更换及调整阳极，使生产难以稳定。因而造成电解铝生产能耗高，电流效率低。此外，生产过程中碳阳极大量消耗(550kg/t铝)也造成资源浪费和生产成本较高。为解决上述问题，电解铝使用不消耗(或微耗)的惰性阳极已成为铝工业的研究前沿和热点，哈尔滨工业大学的"电解铝用氧化亚铜基的金属陶瓷惰性阳极材料，，专利(ZL03132536.X号)就是一例。目前全球公认最有希望的是Cu-NiFe204金属陶瓷惰性阳极材料，但由于陶瓷材料的脆性等固有特性，Cu-NiFeA金属陶瓷惰性阳极，尚存在导电性能差，难以进行加工和大型化的问题，因而尚不能工业化应用。近年来国内外对纳米陶瓷的研究表明，在微米级基体中引入纳米分散相进行复合，可以使陶瓷材料的力学性能成倍提高，因而引起材料学家的广泛注意。纳米陶资的出现，由于其具有较高强度、韧性和低温超塑性好等，使解决陶资的脆性，可加工性能等带来新的希望。
发明内容本发明的目的在于提供一种电解铝用纳米金属陶乾惰性阳极材料，以克服现有金属陶资惰性阳极所存在的导电性能差、难以进行加工和大型化的问题。本发明的又一目的还在于提供上述纳米金属陶瓷惰性阳极材料的制备方法，使之能够实现工业化生产。发明人提供的电解铝用纳米金属陶瓷惰性阳极材料是由铜粉(Cu)、氧化铁粉(Fe203)、氧化亚镍粉(NiO)及纳米氧化亚镍粉NiO组成，各组分的质量分数是铜粉Cu14.8%~15.1%，氧化铁粉Fe20335%~36%%，氧化亚镍粉NiO47%~50%;纳米Ni0添加量为氧化亚镍粉(Ni0)质量的4%~14%。本发明的电解铝用纳米金属陶瓷惰性阳极材料是通过以下5个步骤制备(1)将200目的铜粉、氧化铁粉、氧化亚镍粉按照配方比例混合，添加氧化亚镍粉质量4%14。/。的纳米Ni0粉，在酒精中超声波处理；(2)添加聚丙烯酸钠(PAAS),继续超声波处理并调节pH值大于8,球磨液体后，添加HC1并调节pH值小于6;(3)静置，沉淀，过滤，烘干得到混和基料；(4)将混和基料添加混合物质量5%左右的石蜡作塑化剂，混合均匀，压制成坯；(5)压坯烧结、冷却，即得到由纳米Ni0-Cu-NiFeA组成的纳米金属陶瓷阳极材料。上述第一步中，超声波处理时间为30min。上述第二步中，超声波处理时间为30min;J求磨液体时间为5h。上述第三步中，静置时间为lh;烘干温度为100~150°C。上述第四步中，压制成坯的压力为IMPa/cm2;上述第五步中，压坯烧结温度为1100。C,冷却至室温即制得产品。本发明的納米金属陶瓷阳极材料，经测试比金属陶瓷材料具有更好的导电性能，现有的Cu-NiFeA金属陶瓷100(TC时电导率约70Crciir1，而本发明的纳米金属陶瓷1000。C时电导率可达到100Q—'cm—'以上，电导率明显提高，完全可用于铝电解工业；同时本发明的纳米金属陶瓷材料比现有金属陶瓷材料具有更高的弯曲强度和断裂韧性等力学性能(见表l、表2)，因而，其可加工性能大为改善，使金属陶乾阳极可加工和大型化。表1纳米金属陶瓷与现有金属陶瓷材料弯曲强度比较<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表2纳米金属陶瓷与现有金属陶瓷材料断裂韧性比较<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>图1为试样的制备工艺流程示意图，图2为纳米NiO-Cu-NiFeA组成的纳米金属陶瓷电导率曲线闺。具体实施方式实施例(1)将200目的铜粉、氧化铁粉、氧化亚镍粉按照Cu14.8%~15.1%，Fe20335%~36%%,Ni047%~50%的比例混合,添加氧化亚镍粉质量4%~14%的纟内米Ni0粉，在酒精中超声波处理30min;(2)添加聚丙烯酸钠，继续超声波处理30min并调节pH值大于8,球磨液体5h后，添加HCl并调节pH值小于6;(3)静置1h,沉淀，过滤，在10015(TC下烘干得到混和基料；(4)将混和基料添加混合物质量5%左右的石蜡作塑化剂，混合均匀，在lMPa/cW压力下压制成坯；(5)压坯在IIO(TC下烧结，冷却至室温，即得到由纳米NiO-Cu-NiFeA组成的纳米金属陶瓷阳极材料。权利要求1电解铝用纳米金属陶瓷惰性阳极材料，其特征在于该阳极材料是由铜粉、氧化铁粉、氧化亚镍粉及纳米氧化亚镍NiO粉组成的，各组分的质量分数是Cu14.8％～15.1％，Fe2O335％～36％％，NiO47％～50％；纳米NiO添加量为NiO质量的4％～14％。2根据权利要求1所述阳极材料的制备方法，其特征包括以下5个步骤(1)将200目的铜粉、氧化铁粉、氧化亚镍粉按照配方比例混合，添加氧化亚镍粉质量4%14。/。的纳米Ni0粉，在酒精中超声波处理；(2)添加聚丙烯酸钠，继续超声波处理并调节pH值大于8,球磨液体后，添加HC1并调节pH值小于6;(3)静置，沉淀，过滤，烘干得到混和基料；(4)将混和基料添加混合物质量5%左右的石蜡作塑化剂，混合均匀:压制成坯；(5)烧结、冷却，即得到由纳米Ni0-Cu-NiFe20J且成的纳米金属陶瓷阳极材料。3根据权利要求2所述阳极材料的制备方法，其特征在于所述第一步中，超声波处理时间为30min。4根据权利要求2所述阳极材料的制备方法，其特征在于所述第二步中，超声波处理时间为30min;球磨液体时间为5h。。5根据权利要求2所述阳极材料的制备方法，其特征在于所述第三步中，静置时间为1h;烘干温度为100-15(TC。6根据权利要求2所述阳极材料的制备方法，其特征在于所述第四步中，压制成坯的压力为lMPa/cm2。7根据权利要求2所述阳极材料的制备方法，其特征在于所述第五步中，烧结温度为110(TC，冷却至室温即制得产品。全文摘要一种电解铝用纳米金属陶瓷惰性阳极材料及其制备方法，该阳极材料是由铜粉、氧化铁粉、氧化亚镍粉组成，各组分质量分数是Cu14.8％～15.1％，Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>35％～36％，NiO47％～50％；纳米NiO添加量为NiO质量的4％～14％。制备方法有5个步骤(1)将铜粉、氧化铁粉、氧化亚镍粉混合，添加纳米NiO粉，在酒精中超声波处理；(2)添加聚丙烯酸钠，继续超声波处理，球磨液体后添加HCl调节pH值；(3)静置，沉淀，过滤，烘干得到混和基料；(4)混和基料添加石蜡作塑化剂，混合均匀压制成坯；(5)压坏烧结、冷却，即得到本发明的阳极材料。本发明的阳极材料1000℃时电导率可达到100Ω<sup>-1</sup>cm<sup>-1</sup>以上，同时其力学性能提高，可加工性能改善，使金属陶瓷阳极可加工和大型化，可用于铝电解工业。文档编号C25C3/12GK101255569SQ20071007804公开日2008年9月3日申请日期2007年12月10日优先权日2007年12月10日发明者卫刘,吴贤熙,罗琨琳,贾贺峰申请人:贵州大学