陰極糊中國(guó)鋁用陰極內(nèi)襯結(jié)構(gòu)

中國(guó)鋁用陰極內(nèi)襯結(jié)構(gòu)分兩種：陰極炭塊(簡(jiǎn)稱(chēng)炭塊)之間和炭塊與側(cè)部炭塊(簡(jiǎn)稱(chēng)側(cè)塊)之間均用搗固糊連接；炭塊之間粘結(jié)，炭塊與側(cè)塊之間仍然用搗固糊(稱(chēng)邊部糊或邊縫)連接。前者占主導(dǎo)地位，后者具有發(fā)展?jié)摿?，因?yàn)閾v固糊是鋁電解槽(簡(jiǎn)稱(chēng)槽)的薄弱環(huán)節(jié)，即槽破損主要發(fā)生在搗固糊連接處或稱(chēng)炭縫處，沒(méi)有中縫會(huì)降低槽破損的幾率。當(dāng)然，最理想的陰極內(nèi)襯結(jié)構(gòu)是不用搗固糊，除炭塊之間粘結(jié)外，炭塊與側(cè)塊之間也采用粘結(jié)方式，國(guó)外把該種陰極內(nèi)襯結(jié)構(gòu)稱(chēng)為半整體內(nèi)襯。但是，對(duì)半整體內(nèi)襯技術(shù)要求相當(dāng)嚴(yán)格，還沒(méi)有工業(yè)化 。

陰極糊(又稱(chēng)搗固糊或扎固糊)，應(yīng)用于陰極內(nèi)襯結(jié)構(gòu)。陰極糊經(jīng)歷熱搗糊、冷搗糊與熱搗糊并存和以冷搗糊為主導(dǎo)地位三個(gè)階段；搗固糊的骨科由煅燒石油焦到以煅燒無(wú)煙煤與石墨為主導(dǎo)地位二個(gè)階段；搗固糊性能檢測(cè)指標(biāo)也應(yīng)向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌。搗固糊按搗固溫度或施工溫度分類(lèi)可分為：冷搗糊(≤25℃)；中溫糊(25～50℃)；熱搗糊(約100℃) 。

1.煅燒石油焦基熱搗糊

1954—1976年，鋁廠普遍采用煅燒石油焦基熱搗糊即陽(yáng)極糊。一方面鋁廠的炭素廠均生產(chǎn)陽(yáng)極糊，就地取材；另一方面當(dāng)時(shí)還沒(méi)有更有效的搗固糊。

2. 煅燒石油焦基冷搗糊

1976年之前，包頭鋁廠、東北工學(xué)院、鄭州輕研所和武漢一冶建研所等四個(gè)單位合作研究煅燒石油焦基冷搗糊。該冷搗糊1976年和1978年首先在包頭鋁廠試用，1979年后，槽大修時(shí)全部采用煅燒石油焦(真密度≥2.0g/cm。)基冷搗糊，粘結(jié)劑用煤瀝青與煤焦油配制。包頭鋁廠煅燒石油焦基冷搗糊施工的特點(diǎn)是：施工溫度為20℃ ；搗錘、槽炭塊和側(cè)塊不必加熱，節(jié)省能源，工人勞動(dòng)量小；節(jié)省糊料；施工時(shí)勞動(dòng)條件好，因而受到工人歡迎。槽壽命達(dá)到64個(gè)月(5.3年)。

3.煅燒無(wú)煙煤基搗固糊

1979年后，貴州鋁廠開(kāi)始生產(chǎn)煅燒無(wú)煙煤基搗固糊。煅燒無(wú)煙煤與石墨為骨料制備的搗固糊在國(guó)內(nèi)占主導(dǎo)地位。也有少數(shù)搗固糊生產(chǎn)廠采用煅燒石油焦或殘極與煅燒無(wú)煙煤混合為骨料，這會(huì)影響槽壽命。

4.搗固糊性能檢測(cè)指標(biāo)

國(guó)外關(guān)于搗固糊性能檢測(cè)指標(biāo)還有膨脹收縮率，國(guó)內(nèi)也有。東北大學(xué)研制的搗固糊的收縮率可達(dá)0.4 ～0 ，這對(duì)鋁廠是一個(gè)好消息。因?yàn)殇X電解槽破損主要發(fā)生在搗固糊連接的中縫特別是邊縫處。影響鋁電解槽早期破損的因素中，最重要的是槽焙燒即搗固糊焙燒時(shí)，焙燒搗固糊產(chǎn)生收縮裂紋。槽啟動(dòng)后，若焙燒搗固糊收縮率大于0.4 ，鋁液和電解質(zhì)液會(huì)沿焙燒搗固糊收縮裂紋滲透并導(dǎo)致槽早期破損。此外，國(guó)外有的鋁廠測(cè)定搗固糊的熱性能(如導(dǎo)熱率和比熱等)，東北大學(xué)正在研究有關(guān)搗固糊的熱性能 。

中國(guó)鋁用搗固糊生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志是：由開(kāi)始采用煅燒石油焦基熱搗糊和煅燒石油焦基冷搗糊發(fā)展到煅燒無(wú)煙煤基熱搗糊和煅燒無(wú)煙煤基冷搗糊。東北大學(xué)研制兩種搗固糊：低搗固溫度冷搗糊和低收縮率冷搗糊。中國(guó)鋁用搗固糊性能檢測(cè)指標(biāo)與國(guó)外還有幾方面的差距，隨著中國(guó)對(duì)鋁用搗固糊性能研究的深入，這種差距正在縮小 。

陰極的材質(zhì)、聚集狀態(tài)和表面特性對(duì)陰極過(guò)程都會(huì)有影響。例如，本來(lái)不能通過(guò)水溶液電解提取的堿金屬、堿土金屬和稀土金屬，但在使用汞或汞齊液態(tài)陰極的情況下，一方面靠氫在汞陰極上的極高超電位，另一方面靠與汞形成汞齊，降低了其在陰極中的活度使金屬電位變得更正，而能有效地進(jìn)行陰極還原析出。

電解質(zhì)體系 有機(jī)溶劑電解質(zhì)體系因不存在氫的析出問(wèn)題，某些活潑金屬可以從這種電解質(zhì)體系中陰極還原析出。例如，可以自醚的溶液中電解鋁和鎂。

金屬配位離子陰極還原特點(diǎn) 金屬配位離子的陰極電還原過(guò)程需在更負(fù)的陰極極化還原電位下進(jìn)行。金屬的還原析出不是配位離子先離解出簡(jiǎn)單金屬離子，再由后者放電析出；而是配位離子在陰極上通過(guò)減少配位數(shù)或交換配位體轉(zhuǎn)化為“表面配合物”后直接放電析出的。電解金屬配位離子通常都能獲得細(xì)結(jié)晶的陰極沉積金屬。

影響因素 陰極過(guò)程受陰極的材質(zhì)和狀態(tài)特點(diǎn)的影響甚大，可以是金屬離子被還原成更低價(jià)態(tài)乃至被還原呈游離金屬析出，也可以是H 的放電呈氫氣析出。影響陰極過(guò)程的主要因素有超電位、陰極性狀和電解質(zhì)體系。

超電位金屬離子陰極還原的超電位一般都很小，而氫卻相當(dāng)大。氫由于在標(biāo)準(zhǔn)還原電位比其更負(fù)的某些較活潑金屬如鉛、錫、鋅等上面具有很高的活化超電位，使得其析出所需的極化還原電位變得比這些金屬的更負(fù)。結(jié)果，即使在酸性水溶液中電解，陰極過(guò)程基本上也不是H 離子的放電析出，而是這些金屬離子在陰極上進(jìn)行被還原成游離金屬的電結(jié)晶過(guò)程 。

利用電化學(xué)阻抗(Els)技術(shù)研究了N80鋼在不同介質(zhì)條件下CO₂腐蝕過(guò)程中可能存在的陰極反應(yīng)及其反應(yīng)速度。結(jié)果表明，N80鋼在CO₂腐蝕環(huán)境下存在H 和H₂O以及H₂CO₃，HCO₃^-的還原反應(yīng)、但在不同條件下各個(gè)還原反應(yīng)的速度并不相同 。在酸性的飽和CO₂溶液中，H 的還原控制著陰極反應(yīng)速度，HCO₃^-和H₂CO₃的還原反應(yīng)速度較小；在中性的飽和CO₂溶液中，陰極過(guò)程以HCO₃^-和H₂CO₃的還原為主，H 的還原反應(yīng)速度比較微弱；在堿性的NaHCO₃溶液通入CO₂后，HCO₃^-的還原控制著陰極反應(yīng)速度。在以上條件下，H₂O的還原速度比較微弱，還不會(huì)對(duì)陰極交換電流產(chǎn)生影響。