铝电解惰性阳极及腐蚀率预测研究
惰性阳极技术是传统铝冶金工业的一次革命。它具有节能、降低投资与成本、增加产能、减少环境污染等一系列优越性，近几十年来已成为工业发达国家在铝冶金领域竞相研究开发的前沿技术。惰性阳极研究的核心在于材料的腐蚀及其控制，而腐蚀率的准确预测是实现腐蚀控制的关键。惰性阳极的腐蚀不仅与其本身的成分、结构有关，还取决于它的使用条件。本论文紧密围绕惰性阳极技术的核心，对电极材料的腐蚀进行了系统研究，取得了如下的结果：首先，在广泛文献调研的基础上，制备出多种氧化物，分别考察其在冰晶石—氧化铝熔体中的溶解度，筛选出NiFe2O4用作电极基体，系统研究了该氧化物的溶解度与电解质组成、温度等参数之间的关系，明确了低温、低分子比、高氧化铝浓度对降低溶解度的重要作用。在此基础上，通过调整烧结速度，提出了制备NiFe2O4基金属陶瓷惰性阳极的较佳工艺。另外，还探索了NiFe2O4基金属陶瓷的加压烧结。金属陶瓷的其它基本性能，如抗热震性、导电性能等，对于惰性阳极的设计、安装及运行具有重要意义，也得到初步研究。
提出了NiFe2O4基金属陶瓷的瞬间液相连接技术。电极与金属导杆的连接是一项关键技术，关系到电极的欧姆压降和使用的耐久性。采用含金属Cu的中间层，成功进行了5％Ni-NiFe2O4/Fe的部分瞬间液相连接。
对5％Cu-NiFe2O4和5％Ni-NiFe2O4金属陶瓷惰性阳极的耐腐蚀性进行了初步电解评估，发现5％Ni-NiFe2O4比较容易实现致密化，表现出相对好的耐蚀性，确定为进一步研究的目标。在此基础上，对5％Ni-NiFe2O4电极的腐蚀率与电解参数的关系进行了系统深入的研究，对腐蚀破坏形貌提供了较为合理的解释，进一步明确了温度、分子比、氧化铝浓度等基本电解参数对降低腐蚀率的重要作用。
提出了基于灰关联分析的腐蚀因素分析方法。影响惰性阳极腐蚀率的因素多且相互耦合，难以统计出主次因素，不利于有效控制材料的腐蚀。根据灰关联度的计算，实现了电解参数与腐蚀率关系的量化、序化、显化。
铝电解惰性阳极的腐蚀过程十分复杂，采用机理分析法建模困难，采用传统数学模型(幂函数模型、灰预测模型、多元线性回归模型等)对铝电解惰性阳极的腐蚀率进行了预测探索，发现难以实现有效的数据处理。
针对惰性阳极腐蚀的强耦合、非线性特征，首次采用人工神经网络技术对惰性阳极的腐蚀率预测进行了探索，采用MATLAB与VisualC++混合编程，开发了基于ADO编程技术的预测系统。同时，采用实数编码方式实现了遗传算法，对操作参数及目标参数进行了优化。系统的良好移植性和模块化也方便了其它成分电极材料的腐蚀预测。此系统的成功开发在铝业界尚属首次，该系统对惰性阳极腐蚀预测的命中率达到95％以上，为惰性阳极电解槽的优化控制奠定了坚实的基础，显著提高了我国铝冶金工业惰性阳极技术的自主创新能力。
铝电解;惰性阳极;腐蚀率;腐蚀预测;金属陶瓷;惰性阳极技术;铝冶金工业
中南大学
博士
有色金属冶金
刘业翔
2004
中文
TF821;TF111.52;TG171
122
2006-08-09（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）