一种熔盐电解铝惰性阳极及其制备方法和应用

摘要

本发明涉及一种熔盐电解铝惰性阳极及其制备方法和应用，属金属陶瓷复合材料技术领域。本发明的惰性阳极由金属相和氧化物相合成，其中氧化物相由纳米和准纳米级别的Al2O3，ZrO2，V2O5，CeO2和MgO微粉组成，金属相由Cu，Ni，Co，Fe，Al，Mn，Zn，Cr，Ti，Nb，V，Ta，Y微米级别粉末组成。本发明的方法由氧化物纳米和准纳米粉与混合金属微米粉经过湿式研磨，干燥，等静压或机械压成形后，再经过真空或保护气氛烧结炉烧结和机械加工后得到。本发明的惰性阳极作为熔盐电解铝碳素阳极的替代物。本发明的惰性阳极具有导电性好及熔点高，电解产出的原铝产品不受阳极污染，韧塑性和热强度高，机加工性能好，成本低，原铝的杂质含量达到国标要求，阳极的损耗量达22-25mm/年等优点。

权利要求

1.一种熔盐电解铝惰性阳极，其特征在于：该熔盐电解铝惰性阳极由金属相和氧化物相组成，两相的重量比为：金属相∶氧化物相＝25～50∶75～50，氧化物相由Al2O3，ZrO2，V2O5，CeO2和MgO五种组元组成，五种组元的重量比为：Al2O3∶ZrO2∶V2O5∶CeO2∶MgO＝(90～71)∶(5～15)∶(2～6)∶(2～5)∶(1～3)，所加入的氧化物为工业纯的微米粉末状；惰性阳极的金属相由5到7种金属元素组成，这5到7种金属从如下13种金属元素中选取：Cu，Ni，Co，Fe，Al，Mn，Zn，Cr，Ti，Nb，V，Ta，和Y，所加入的金属成分为99.0～

99.9％的工业纯度的微米级粉末状；

上述熔盐电解铝惰性阳极的制备方法包括两个阶段，具体如下：

一阶段为制取混合氧化物纳米和准纳米粉末：按重量百分比称取各种氧化物粗粉末，用机械或手工混合，在900-1000℃温度下煅烧4-6小时，放入高能球磨机中进行20-26小时的球磨；高能球磨机为立式或卧式搅拌磨，高能球磨的工艺参数为：球料重量比不少于6，搅拌转速不少于100转/分；球料由直径为4，6，8，16，25mm五种级别的硬质合金磨球组成；

经高能球磨的混合粉末，其粒度为80～200nm；

二阶段为制备惰性阳极，按下述五步骤进行：

a.普通球磨法制备混合粉料：将预定重量的混合氧化物纳米/准纳米粉末和混合金属粉末与分散剂、粘结剂及表面改性剂，一同加入球磨机中，进行不少于8小时的球磨；表面改性剂用伯醇HO-R或油酸，加入量为混合料重的0.5～1.0％；分散剂为工业酒精、或蒸馏水、或纯净水；粘结剂为聚乙烯醇，或聚乙烯聚合物，或聚乙二醇，或聚碳酸酯，或聚乙烯醋酸酯，或羧甲基纤维素，粘结剂的加入量为金属与氧化物混合粉重的3～7％，粘结剂在普通球磨出料前两小时加入；

b.低温干燥：低温干燥的温度为80～120℃，干燥的时间则依物料量的多少，料层的厚度而定，一般在6-8小时；

c.压成型：用金属模机械压成型或用橡皮模等静压成形，成型压力为150～250Mpa，根据惰性阳极形状和尺寸要求的不同，压成形的模具形状为常规的几何形状；

d.成形坯料的烧结：坯料在真空烧结炉或保护气氛高温烧结炉中烧结，保护气氛-1 -2烧结用纯度99.99％氩气保护；真空烧结在10 ～10 Pa的真空度下烧结；烧结温度为

1250-1450℃，烧结高温保持时间90-150分钟，烧结前后柱状试样的长度或径向收缩率为

74～76％；

e.对惰性阳极用车床切削加工出螺纹，以便同电解的导电汇流牌相连。

2.权利要求1所述熔盐电解铝惰性阳极的制备方法，其特征在于其该制备方法工序分为两个阶段，具体如下：一阶段为制取混合氧化物纳米和准纳米粉末：按重量百分比称取各种氧化物粗粉末，用机械或手工混合，在900-1000℃温度下煅烧4-6小时，放入高能球磨机中进行20-26小时的球磨；高能球磨机为立式或卧式搅拌磨，高能球磨的工艺参数为：球料重量比不少于6，搅拌转速不少于100转/分；球料由直径为4，6，8，16，25mm五种级别的硬质合金磨球组成；

经高能球磨的混合粉末，其粒度为80～200nm；

二阶段为制备惰性阳极，按下述五步骤进行：

a.普通球磨法制备混合粉料：将预定重量的混合氧化物纳米/准纳米粉末和混合金属粉末与分散剂、粘结剂及表面改性剂，一同加入球磨机中，进行不少于8小时的球磨；表面改性剂用伯醇HO-R或油酸，加入量为混合料重的0.5～1.0％；分散剂为工业酒精、或蒸馏水、或纯净水；粘结剂为聚乙烯醇，或聚乙烯聚合物，或聚乙二醇，或聚碳酸酯，或聚乙烯醋酸酯，或羧甲基纤维素，粘结剂的加入量为金属与氧化物混合粉重的3～7％，粘结剂在普通球磨出料前两小时加入；

b.低温干燥：低温干燥的温度为80～120℃，干燥的时间则依物料量的多少，料层的厚度而定，一般在6-8小时；

c.压成型：用金属模机械压成型或用橡皮模等静压成形，成型压力为150～250Mpa，根据惰性阳极形状和尺寸要求的不同，压成形的模具形状为常规的几何形状；

d.成形坯料的烧结：坯料在真空烧结炉或保护气氛高温烧结炉中烧结，保护气氛-1 -2烧结用纯度99.99％氩气保护；真空烧结在10 ～10 Pa的真空度下烧结；烧结温度为

1250-1450℃，烧结高温保持时间90-150分钟，烧结前后柱状试样的长度或径向收缩率为

74～76％；

e.对惰性阳极用车床切削加工出螺纹，以便同电解的导电汇流牌相连。

3.权利要求1所述的熔盐电解铝惰性阳极的应用，其特征在于该惰性阳极作为熔盐电解铝碳素阳极的替代物。

说明书

一种熔盐电解铝惰性阳极及其制备方法和应用

技术领域：

[0001] 本发明涉及一种熔盐电解铝惰性阳极及其制备方法和应用，属金属陶瓷复合材料技术领域。背景技术：

[0002] 除了钢铁以外，铝是世界上产量最大，消费量最多的金属。铝不仅是必不少的生产和生活资料，而且是必不少的战略物资，因此铝的生产技术进步和生产成本的降低，一直是世界各产铝大国的重要研究课题。

[0003] 在电解铝中，除了电能耗外，碳素阳极的消耗在铝电解成本中所占比例为最大(约1600元/吨铝)。而且用碳素阳极进行铝电解时，除了不断的燃烧和消耗碳素阳极外，还同时产生CO2、CO和CF4、C2F6及HF、SOx、NOx等有害气体，这些有害气体的排放，不仅影响生产人员的健康，而且造成大气环境的污染。

[0004] 二十世纪九十年代，在当时的第一产铝大国(美国)曾有人设想用惰性阳极(即电解过程中不被氧化燃烧，也不受腐蚀而消耗的阳极)，取代当今使用的碳素阳极，这一设想受到美国政府和铝企业的大力支持，先后投资了几十亿美元进行惰性阳极的研制及其应用研究。

[0005] 在美国能源部和美国工业技术局所制定的“铝工业技术革命发展战略规划中”[1]，把惰性阳极的研究放在第一位，为重中之重的发展方向，该战略规划的有效期是2020年[1]。

[0006] 在上述战略规划和经费的支持下，美国的研究人员在惰性阳极的材料合成方面做[2]了许多研究，并发表了较多的专利和论文。例如美国专利 公佈了由多元氧化物粉末与金属粉末合成的金属陶瓷惰性阳极。其中多元氧化物有(NiFe2O4·ZnFe2O4)，(NiFe2O4·NiO)，(NiFe2O4·ZnFe2O4·ZnO)，(ZnNi)Fe2O4、(ZnNi)Fe2O4·NiO，(ZnNi)Fe2O4·ZnO，(ZnNi)Fe2O4·ZnO·NiO，等多种组合。而与上述金属氧化物混合的金属可从Ni、Cu、Co、Zn、Cr、Ag、Ti、Al、Sc、Zr、No.V.Mn.Y.La等金属中选取。上述氧化物粉末与金属粉末混合后，经过压制[3]
和烧结成为金属陶瓷惰性阳极。美国专利 则报导了一种由Fe2O3、NiO、 等 氧化物组成陶瓷相，而由Cu、Ag、Pd、Pt、Au中选取其中一种或两种组成其金属相。上述氧化物粉末与金属粉末混合后，经过压制烧结成为惰性阳极材料。

[0007] 中国研究者于先进等人则研究了铁锌尖晶石ZnFe2O4惰性阳极及CuO，CeO2，Ni2O3和ZnO等添加剂对惰性阳极导电性和抗腐蚀性的影响[4]，他们的研究结果表明，ZnFe2O4金属陶瓷惰性阳极对铝电解质具有好的腐蚀阻力，但这种材料的导电性不佳，不能作为理想的惰性阳极。但加入CuO、CeO2、Ni2O3和ZnO等氧化物添加剂后，则惰性阳极的导电性有所改善，但是加入了上述添加剂后，惰性阳极对铝电解质的抗腐蚀性又有所降低。 [0008] 中国研究者秦庆伟，赖延清，吴贤熙[5、6、7]等研究者则研究了铁镍尖晶石NiFe2O4为基的金属陶瓷惰性阳极，他们研究的共同点是都认为NiFe2O4陶瓷对铝电解质有优良的抗腐蚀性和抗高温氧化性，因此合成惰性阳极时均以NiFe2O4作基本原料，同时为了提高惰性[5、6] [7、8]阳极的导电性还往惰性阳极中加入NiO和镍粉 ，或者铜粉 。这些原料粉经磨细，混合，压制和烧结后成为金属陶瓷惰性阳极。但用这类惰性阳极进行铝电解时，仍然暴露出惰性阳极的导电性不佳，以及因受到惰性阳极材料污染而使电解产出的原铝含铁、铜等杂质[5、6]
过多不能达到电解铝的产品标准 。

[0009] 此外，不管是美国专利所研究过的MFe2O4型，MFe2O4·MO型和(Ni，Zn)Fe2O4，(Ni，Zn)Fe2O4·ZnO，(Ni，Zn)Fe2O4·NiO等类型的金属陶瓷惰性阳极，还是中国研究者所研究过的ZnFe2O4，NiFe2O4和Cu-NiFe2O4等各种金属陶瓷惰性阳极，均存在一个共同的缺点，即抗热冲击性能差，这类金属陶瓷惰性阳极材料，在加入高温铝电解质中时，由于液面线附近的[9、10、11]热应力特别高而使惰性阳极自动热碎断或热碎裂 。这种热冲击脆断问题在试验规模扩大到中试，或生产性单件试验时，问题特别突出，因为尺寸愈大的金属陶瓷惰性极，愈容[11]
易产生热冲击脆断 。

[0010] 此外，这类氧化物金属陶瓷惰性阳极，因不能进行机械切削加工或焊接加工，因而难以实现阳极与电解导电汇流牌的连接。

[0011] 为克服金属陶瓷惰性阳极的上述缺点，部分美国研究者又转向去研究金属型惰性[8、11]阳极 ，其中最具代表性的是美国研究者Jianhong Yang等人研制的铝青铜型惰性阳极[11]
，因为铝青铜不仅具有优良的导电性和可机加工性，而且对铝电解质也具有较好的抗腐蚀性。由于铝青铜的熔点低于1000℃，用铝青铜阳极电解铝，不能在常规电解质中进行，而只能在由AlF3+KF+NaF+Al2O3四组元为主的低熔点电解质中进行，电解中保持电解质的温度在 700-750℃之间。铝青铜阳极电解铝试验的结果为电流效率33.1～76.9％，电解产出铝中含铜量较高，达到0.62％到6.23％，超过了产品标准的要求，经过30到100小时的电解[11]
试验后，铝青铜阳极发生了灾难性的腐蚀 。这说明铝青铜阳极的抗腐蚀性能依然是不理想的。

[0012] 惰性阳极的性能指标应包括如下六个方面：具有优良的导电性和1250℃及其以上的熔点；在电解高温下，阳极材料在氟化物电解质中不溶解且其组分不污染电解产出的原铝产品；在电解的高温下，不受阳极产生的新生态氧原子氧化；具有一定的高温韧塑性和热强度，在高温急冷急热的冲击下不发生脆断；具有可机械切削加工或焊接加工的性能，能与电解导电汇流牌相连；能方便的制造出大型铝工业所需大尺寸和大批量的阳极，且材料的成本低。目前的商品材料，无任何一种同时满足上述六个要求。

[0013] 参考文献：

[0014] [1]Ross Brindle，Nancy Margolis：“Stragy for Technology Innovation in theu.s.Aluminium Industry”，(U.S.Department of Energy，office of IndustrialTechnology)。

[0015] [2]Xinghua Liu，Siba P.Ray，Alfred F et al：“U.S.patent.7014881 B2.(Mar.21.2006)”.

[0016] [3]Siba P.Ray，Xinghua Liu and Douglass.A：“U.S.pateut6372.119 B1(Apr.21.2006)”。

[0017] [4]Yu Xiao-jin，Zhang Guang-Li and Qiu Zhu-xian：“Electro conductivity andcorrosion Resistance of ZnFe2O4-Based Materials used as Inert Anode”(J).Journalof ShangHai university.Vol.3.NO.3.sept.1999。

[0018] [5]Qin Qing-wei，Lai Yan-qing and Xiao Jin：“preliminary testing of NiFe2O4-NiOas ceramic matrix of cermet inert anode”(J)，Trans.Nonferrous Met.Soc.China.Vol.13.NO.5.oct.2003。

[0019] [6]赖延清、黄蔚、田忠良等：“铝电解NiFe2O4基金属陶瓷惰性阳极性能的研究进展”

[0020] (J)“矿产保护与利用”NO.4.Aug.2006。

[0021] [7]吴贤熙、徐利华、张立成：“铝电解大型金属陶瓷惰性阳极的制备及电解测试” [0022] (J)“贵州工业大学学报”2006年第6期。

[0023] [8]刘卫、刘静梅、张立成：“大型铝解惰性阳极的研制”(J)“轻金属”。2006. 第5期。

[0024] [9]J Li，Q.S.Zhang，and Y.Q.Lai：“Thermal stresses Relaxation Design ofNi/NiFe2O4 Graded cermet Inert Anode”[J]，“Act.Metallurgica Sinica”.vol.18，NO.5.2005。

[0025] [10]吕子剑：“对铝电解惰性阳极的选材与研究方向的思考。”[J]，“轻金属”.2003年第10期。

[0026] [11]Jianhong Yang，John N.and N.Hyrn：“Aluminum Electrolysis Tests withinert Anode in KF-AlF3-Based Electrolysis”(J)，“Light Metals”2006，Edited byTravis J.Galloway TMS。

[0027] [12]邱竹贤编著：“铝电解”(M).冶金工业出版社(1995年)。发明内容：

[0028] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种能满足金属熔盐电解惰性阳极各项性能指标的熔盐电解铝惰性阳极及其制备方法和应用。

[0029] 为了使研制出的惰性阳极具有良好的导电性和抗高温熔体腐蚀与氧化的性能。本发明的惰性阳极材料与国内外所研究过的惰性阳极有如下三点本质区别：一是氧化物陶瓷相的主成份为Al2O3，这样成份设计的显著优点是，在铝电解过程中，即使阳极成分有少量的溶解，也不会污染电产解产出的原铝；二是采用多成分氧化物陶瓷相，以便使研制出的惰性阳极具有多方面综合性能，如陶瓷相中含有ZrO2和V2O5，ZrO2能使陶瓷相的高温强度及韧性有较大提高，V2O5能使陶瓷相的导电性有显著提高；陶瓷相中含有CeO2，使陶瓷相的导电性有显著提高；陶瓷相中含MgO，使陶瓷相在烧结后具有微细的晶粒度和更高的机械强度；三是配入惰性阳极的氧化物，经高能球磨达到纳米和准纳米级别，因为与碳化物金属陶瓷不同，氧化物与金属是很难形成理想金属陶瓷的，因为金属相与氧化物相不仅润湿性很差，而且两者间的膨胀系数相差很大，这些差异不仅使金属相与陶瓷相不能良好的相溶，从而导致成形困难，而且已成形的料坯在烧结时，容易产生裂纹和破断。当配入惰性阳极的混合氧化物达到纳米和准纳米级别后，利用纳米粉末的低熔点效应和表面活性效应，将使金属相与氧化物陶瓷相之间的润湿性和相容性获得显著改善。不仅使惰性阳极容易成形，而且在烧结之后惰性阳极也不易产生裂纹和破断，导电性和高温机械性能也获得显著改善。 [0030] 本发明是这样实施的：

[0031] 1、惰性阳极的原料组成：本发明的惰性阳极材料，由氧化物陶瓷相和金属相组成，两相的重量百分比为：金属∶氧化物＝(25～50)∶(75～50)。其中氧化物相又由Al2O3，ZrO2，V2O5，CeO2及MgO等组成，五组元氧化物的重量百分比为：Al2O3∶ZrO2∶V2O5∶CeO2∶MgO＝(90～71)∶(5～15)∶(2～6)∶(2～5)∶(1～
3)。惰性阳极中的金属相从如下13种金属中挑选5到7种；Cu，Ni，Co，Fe，Al，Zn，Mn，Cr，Ti，Nb，V，Ta，和Y等13种。所加入的各种氧化物和金属，均为工业纯粗粉，粉末粒度在80～
300目间，各种氧化物粗粉或金属粗粉，均从市场购买。

[0032] 2、惰性阳极的制备方法

[0033] 惰性阳极的制备方法如图1和如图2的工艺流程所示，分为两个阶段。具体为： [0034] 第一阶段为制取混合氧化物纳米和准米粉末(图1所示)。按重量百分比称取各种氧化物粗粉末，用机械或手工混合，在900-1000℃温度下煅烧4-6小时，放入高能球磨机中进行20-26小时的球磨。高能球磨机可为立式或卧式搅拌磨，高能球磨的工艺参数为：球料重量比不少于6，搅拌转速不少于100转/分。磨球由直径为4，6，8，16，25mm五种级别的硬质合金磨球组成。经高能球磨的混合粉末，其粒度为80～200nm，如图3所示。 [0035] 第二阶段为制备惰性阳极(图2所示)，制备惰性阳极工艺为四个步骤： [0036] 第一步为普通球磨法制备混合粉料，把预定重量的混合氧化物纳米/准纳米粉末和混合金属粉末与分散剂、粘结剂及表面改性剂，一同加入球磨机中，进行不少于8小时的球磨。普通球磨不仅具有混合和研磨两种作用，经过8小时以上球磨的金属和氧化物混合粉，不仅起到进一步磨细作用，而且也促成金属粉与氧化物粉的互相结合，部分高硬度的氧化物准纳米和纳米粉，在机械力的作用下嵌入较粗粒的金属粉末颗粒中，防止了金属粉与氧化物粉的偏析。强制性地改善了金属与氧化物之间的润湿性。加入表面改性剂和分散剂后，防止纳米和准纳米粉的团聚，表面改性剂用伯醇HO-R或油酸，加入量为混合料重的0.5～1.0％。分散剂为工业酒精、或蒸馏水、或纯净水。粘结剂为聚乙烯醇，聚乙烯乙醇，聚乙烯聚合物，聚乙二醇，聚碳酸酯，聚乙烯醋酸酯，羧甲基纤维素。粘结剂的加入量为金属与氧化物混合粉重的3～7％。粘结剂在普通球磨出料前两小时加入。

[0037] 第二步为低温干燥，其目的在除去混合料中的水份或酒精，防止在压成型中，产生物料从模具的缝隙中挤出。低温干燥的温度为80～120℃，干燥的时间则依物料量的多少，料 层的厚度而定，一般在6-10小时。

[0038] 第三步为压成型：用金属模机械压力成型，或用橡皮模等静压成形。成型压力为150～250Mpa。根据惰性阳极形状和尺寸要求的不同，把压成成形的模具设计成常规的各种形状，如圆柱状，长方柱状或板状等。

[0039] 第四步为成形坯料的烧结：坯料在真空烧结炉或者保护气氛高温烧结炉中烧结。-1 -2
保护气氛烧结适合用纯度99.99％氩气保护，真空烧结在10 ～10 Pa的真空度下烧结。烧结温度为1250-1450℃，在烧结温度下保持90-150分钟，完成烧结。烧结前后柱状试样的长度或径向收缩率为74～76％。

[0040] 第五步为对完成烧结的惰性阳极用车床切削加工出螺纹，以便同电解的导电汇流牌相连。图4为小试时柱状惰性阳极车削加工后的连接螺纹照片。

[0041] 本发明与国内外所研究过的同类技术相比，具有阳极导电性好及熔点高，抗高温介质腐蚀与氧化的性能好，对电解产出的原铝产品无污染，韧塑性和热强度高，并可进行机械加工，与汇流牌连接，成本低，原铝的杂质含量达到国标要求，阳极的损耗量达22-25mm/年，可取代现在的电解铝碳素阳极。附图说明：

[0042] 图1为多元混合氧化物配料并加工成纳米粉末的工艺流程图。含煅烧和高能球磨两工序。

[0043] 图2为由多元混合氧化物纳米/准纳米粉末和金属粉末加工成惰性阳极的工艺流程图，其主要工序是试样的压成形和试样的烧结。

[0044] 图3为多元氧化物经过高能球磨后成为纳米/准纳米的扫描电镜图片。 [0045] 图4为经过烧结的柱状惰性阳极并切削加工出可连接螺纹外形照片。 [0046] 图5为高温熔盐电解铝试验电解槽结构示意图，图中1为惰性阳极；2为石墨坩锅，同时也是电解槽的阴极；3为带有螺纹的导电铜杆，螺栓旋入石墨坩锅的侧壁；4为带有TiB2涂层的石墨阴极；5为刚玉绝缘内套管；6为熔融电解质熔池。具体实施方式：

[0047] 实施例1：惰性阳极陶瓷相的重量百分组成为Al2O3∶ZrO2∶V2O5∶CeO2∶MgO＝90∶5∶2∶ 2∶1。金属相与氧化物相的重量百分比为：∑氧化物∶∑金属＝50∶50。金属相由Cu、Al、Ni、Ti、Ta五元素组成。金属相中各元素的重量百分比为Cu∶Al∶Ni∶Ti∶Ta∶＝60∶20∶10.6∶4∶。陶瓷相和金属相中的各组元均由微米级的粉末配入。阳极制备方法为：第一步：氧化物相中的五种组元粉末按上述重量比称取并混匀后，经950℃与5小时的煅烧后，放入立式搅拌高能纳米磨机中进行高能球磨。
球料重量比不小于5，磨球由直径20mm，16mm和12mm及径8mm，6mm，4mm的硬质合金球组成，搅拌磨的转速不小于100转/分。球磨20小时后，取出纳米/准纳米粉料，封装待用。图
3为高能球磨所产出纳米粉末的扫描电镜图片。

[0048] 第二步：将上述七种微米级的金属粉料，按上述重量百分比称取，混合均匀，并按上述金属相与氧化物相的重量比与第一步中所获得的纳米/准纳米粉末混均，再加入物料重20％的工业酒精作分散剂，并加入物料重0.5％的油酸作改性剂，加入物料重5％的聚乙二醇作粘结剂，上述物料，改性剂，粘结剂和分散剂一同混匀后加入普通球磨机中研磨12小时后，取出物料，置于控温干燥箱中在80℃下干燥6～8小时。

[0049] 第三步：把第二步中所获得的干燥物料，装入橡胶模中，在250MPa下等静压成形，保压10分钟。

[0050] 第四步：等静压成形后的试样，在烘箱中经过100-120℃的烘干后，进入真空烧结炉中，进行真空烧结、烧结温度1250℃，高温保持时间90分。保温后随炉冷却到200℃以下，可从炉中取出，制出的阳极经过车屑加工出螺纹后，与导电汇流牌相连。 [0051] 第五步：进行熔盐电解铝试验，电解试验在附图5所示的试验电解槽中进行，图5的电解槽放于外加热式的坩锅炉中，由坩锅炉提供熔化电解质和维持电解所需的温度。电解质中的摩尔比为 其余成分的重量百分比为；Al2O3＝4％，CaF＝3％，NaCl＝10％，Na3AlF6为余量。该电解质为中温电解质，电解在850℃下进行，极间距4cm，槽电压4.5～5.0状。电解过程中，需根据电解槽的电流强度和铝的电化当量计算出Al2O3的单位时间消耗量，定期补加Al2O3。

[0052] 经过30小时的电解试验，电流和槽电压均较稳定，所产出的电铝中，杂质的重量百分含量为Fe＝0.5％，Si＝0.52％，Cu＝0.06％，Ni＝0.15％，符合3号铝国标要求。在电解过程中，阳极的导电性良好，抗腐蚀性较优，电解结束后，阳极重量增重，仅在电解质与大气的接触面交介处，阳极略有径向减缩，减缩速度为25mm/年，其余部位，阳极直径无变化。

[0053] 实 施 例2：惰 性 阳 极 陶 瓷 相 的 重 量 百 分 组 成 为 ( ％)：Al2O3∶ZrO2∶V2O5∶CeO2∶MgO＝71∶15∶6∶5∶3。金属相由Fe，Cu，Ni，Co，Zn，Ti，Y等七元素组成，金属相中各元素的重量百分比为：Fe∶Cu∶Ni∶Co∶Zn∶Ti∶Y＝55∶15∶10∶5∶7∶5∶3。各氧化物成分和金属成份均以微米粉末状提供。金属与氧化物之重量百分比为：∑金属∶∑氧化物＝25∶75。

[0054] 制备阳极的五个步骤基本同实施例1，与实施例1不同的有如下三点：第一是高能球磨前，氧化物混合料经过900℃与6小时的煅烧；第二是在按图2的制造工艺流程进行常规球磨时，所加入粘结剂为聚乙烯醋酸酯，加入量为物料总重量的7％；第三点不同是在对压成形的坯料进行高温烧结时，不是在真空气氛下烧结。而是在纯度为99.9％的氩气保护下烧结。烧结温度为1450℃，烧结时间120分钟，其余操作工艺同实施例1。 [0055] 制作出的惰性阳极，进行铝电解试验，所用电解槽同实施例1，所用的电解工艺与目前国内铝电解生产相同，即电解质的摩尔比为 电解质其他成分的重量百分组成为：Al2O3＝3～5％，CaF＝5％，AlF3＝4.5％，余量为Na3AlF6，电解在970℃的温度下进行，极间距4.5cm，槽电压4.5～5.0伏，电解的其他操作工艺同实施例1。 [0056] 经过50小时的电解，槽电压和电流均较稳定，所产出的电铝含杂质的重量百分含量为Fe＝0.75％，Si＝0.54％，Cu＝0.04％，Ni＝0.14％，符合3号铝国标要求。电解过程中，阳极的导电性和抗腐蚀性均较优，电解结束后，阳极增重，仅在电解质与空气的交介面处，径向尺寸略减，减缩速率为22mm/年，阳极的其余部位，尺寸无变化。 [0057] 实 施 例3：惰 性 阳 极 陶 瓷 相 中 各 成 分 的 重 量 百 分 组 成 为：AlO3∶ZrO2∶V2O5∶CeO2∶MgO＝81∶10∶4∶3.5∶1.5。金属相与氧化物相的重量比为：∑金属∶∑氧化物＝37.5∶62.5。金属相由Cu，Fe，Ni，Cr，Nb，V，Mn等七元素组成，金属相中各元素的重量百分组成为：Cu∶Fe∶Ni∶Cr∶Mn∶V∶Nb＝
40∶30∶10∶10∶5∶3∶2。制备阳极的五个操作步骤基本同实施例1，与实施例1所不同之处在于：(1)高能球磨前，氧化物经过1000℃保持4小时的煅烧；(2)在按图2的工艺流程进行常规球磨时，所用的分散剂为水，所用的粘结剂为羧甲基纤维素，粘结剂的加入量为物料总重的3％；(3)在对压成形的坯料进行烧结时，不是在真空气氛，而是在纯度为
99.9％的氮气保护气氛。烧结温度1350℃，烧结时间150分钟。制备阳极的其余操作步骤同实施例1。

[0058] 制出的惰性阳极，在图5所示的电解槽中电进行铝电解，所用的电解质同实施例2，但与实施例2所不同的是电解质的摩尔比 电解在970-960℃的温度下进行，极间距4cm，槽电压4.5-5.0伏，其余操作同实施例2。

[0059] 经过30小时的电解试验，所产出电解铝的杂质重量百分含量为：Fe＝0.62％：Si＝0.50％，Cu＝0.054％，Ni＝0.16％，符合3号铝国标要求。

[0060] 在电解过程中，阳极的导电性和抗腐蚀性均较优，电极的电阻在电解过程中无明显增加，槽电压和电流均较稳定，电解结束后，阳极重量有所增加，但在电解质与大气的交介线上，阳极的径向尺寸略有减少，减缩速率为23.5mm/年，阳极的其余部位无变化。