本發(fā)明涉及電池電極，具體而言，涉及一種惰性陽極、其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、現(xiàn)行hall-héroult鋁電解的陽極采用碳素材料，碳素陽極的反應(yīng)為：al2o3+3/2c→2al+3/2co2，導(dǎo)致碳素陽極被大量消耗掉，噸鋁消耗的碳陽極超過400kg，使鋁電解工業(yè)成為高碳工業(yè)。在經(jīng)濟(jì)上，需要投資建設(shè)龐大的碳素陽極工廠，提高了生產(chǎn)成本。在工藝上，由于碳陽極不斷消耗可導(dǎo)致極距不穩(wěn)定，需要復(fù)雜的機(jī)械裝置來調(diào)整極距，使鋁電解工藝復(fù)雜化；還導(dǎo)致電解槽中形成碳渣，增大氟鹽的消耗，影響電解槽的穩(wěn)定運(yùn)行。在環(huán)境保護(hù)上，電解反應(yīng)過程中產(chǎn)生大量的co2和少量的co，以及致癌的cfn物質(zhì)，嚴(yán)重污染大氣環(huán)境，需要配備建設(shè)龐大的煙氣凈化處理系統(tǒng)，造成鋁電解的生產(chǎn)成本提高。
2、由于上述原因，自鋁電解工業(yè)誕生以來，人們一直在研制惰性陽極，以取代現(xiàn)在通用的碳陽極(即活性陽極)，認(rèn)為這是鋁電解工業(yè)的一場革命。鋁電解工業(yè)采用的惰性陽極，是指那些在目前通用的冰晶石-氧化鋁熔鹽電解中不消耗或微量消耗的陽極，鋁電解的惰性陽極反應(yīng)為:al2o3→2al+3/2o2。
3、酸法氧化鋁鋁電解技術(shù)對(duì)比傳統(tǒng)堿法氧化鋁鋁電解技術(shù)有一定差異，酸法氧化鋁的化學(xué)性能與物理性能對(duì)比傳統(tǒng)堿法氧化鋁也不同，目前酸法氧化鋁鋁電解技術(shù)電流效率低于堿法氧化鋁鋁電解技術(shù)，為了改善這種情況，采用惰性陽極代替?zhèn)鹘y(tǒng)碳素陽極。電解過程中電極不消耗，無需附加的碳素加工廠，降低了生產(chǎn)成本；且由于電極不消耗，極距穩(wěn)定，易于控制，陽極更換次數(shù)少，勞動(dòng)強(qiáng)度降低；可以采用更高的陽極電流密度，使電解槽產(chǎn)能增加；陽極產(chǎn)品為氧氣，避免了環(huán)境污染，提高了電解的電流效率。
4、目前，惰性陽極材料主要集中在陶瓷陽極、金屬陶瓷陽極及金屬合金陽極三大類材料。陶瓷陽極在冰晶石熔體中的耐腐蝕性、高溫穩(wěn)定性、電化學(xué)惰性等方面有顯著優(yōu)勢，但抗熱震性較差、脆性高、加工難。而金屬陶瓷陽極材料的導(dǎo)電性需要進(jìn)一步提高，還存在抗熱沖擊性能差的問題；另外，金屬陶瓷陽極中陶瓷相和金屬相的活性不同，任一相的優(yōu)先腐蝕都會(huì)造成電極的迅速破壞，腐蝕產(chǎn)物也會(huì)造成鋁產(chǎn)品的污染、品質(zhì)下降。
5、而金屬材料惰性陽極具有導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、抗熱震性良好，成本低且易與陽極的母線鏈接等優(yōu)點(diǎn)，但金屬材料陽極在鋁電解熔鹽環(huán)境中的抗氧化性和抗熔鹽腐蝕性能較差。銠和釕等貴金屬是理想的惰性陽極材料，由于貴金屬價(jià)格昂貴，不能在工業(yè)中直接用做惰性陽極，將貴金屬制備為涂層是利用貴金屬特性的一個(gè)有希望的途徑。但涂覆的貴金屬層較薄，容易受到磨損，產(chǎn)生劃傷，導(dǎo)致合金基體的高速腐蝕。因而，如何得到一種復(fù)合結(jié)構(gòu)的性能較好的惰性陽極對(duì)于高效的完成酸法氧化鋁鋁電解具有較大的意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種惰性陽極、其制備方法和應(yīng)用，以解決現(xiàn)有技術(shù)酸法氧化鋁鋁電解中的惰性電極的電流效率較低的問題。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種惰性陽極，該惰性陽極由合金基體及包覆合金基體的三層涂層組成，其中，三層涂層從里至外依次為鎳層、貴金屬層和ceo2層。
3、進(jìn)一步地，合金基體為鐵基合金，鐵基合金包括元素cr，其中，元素cr在鐵基合金中的質(zhì)量含量為20-30％。
4、進(jìn)一步地，合金基體的厚度為3-5mm；優(yōu)選地，鎳層的厚度為10-50μm；優(yōu)選地，ceo2層的厚度為1-5mm。
5、進(jìn)一步地，貴金屬層為釕層或銠層；優(yōu)選地，貴金屬層的厚度為1-5μm。
6、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了一種上述的惰性電極的制備方法，制備方法包括：將合金基體進(jìn)行鍍前處理，得到待鍍合金基體；將待鍍合金基體依次進(jìn)行電鍍鎳層、電鍍貴金屬層和煅燒ceo2層處理，得到惰性電極。
7、進(jìn)一步地，鍍前處理包括：對(duì)合金基體依次進(jìn)行機(jī)械打磨、超聲清洗、堿洗和酸洗處理；優(yōu)選地，電鍍鎳層包括：將待鍍合金基體浸入鎳電鍍?nèi)芤褐校M(jìn)行第一電鍍，完成電鍍鎳層處理；優(yōu)選地，電鍍貴金屬層包括：將電鍍鎳層處理后的電極浸入貴金屬溶液中，進(jìn)行第二電鍍，完成電鍍貴金屬層處理；優(yōu)選地，煅燒ceo2層包括：將電鍍貴金屬層處理后的電極清洗后，將硝酸鈰涂敷于清洗后的電極表面，進(jìn)行煅燒，得到惰性電極。
8、進(jìn)一步地，鎳電鍍?nèi)芤旱慕M成為：硫酸鎳200g/l和硼酸50g/l，ph值為3；優(yōu)選地，第一電鍍的電流密度10-15/a·dm-2；優(yōu)選地，第一電鍍的溫度為60-65℃；優(yōu)選地，第一電鍍的時(shí)間為20-40min。
9、進(jìn)一步地，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，貴金屬溶液為65％的釕溶液或60％的銠溶液，ph值為1.5；優(yōu)選地，第二電鍍的電流密度0.8-1.0./a·dm-2；優(yōu)選地，第二電鍍的溫度為55-60℃；優(yōu)選地，第二電鍍的時(shí)間為10-15min。
10、進(jìn)一步地，清洗包括：將電鍍貴金屬層處理后的電極先利用丙酮清洗30-40min后，再利用100g/l的naoh溶液進(jìn)行堿洗3-4小時(shí)；優(yōu)選地，硝酸鈰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-15％；優(yōu)選地，煅燒的溫度為500-550℃；優(yōu)選地，煅燒的時(shí)間為5-5.5h。
11、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，提供了一種利用上述的制備方法制備得到的惰性電極在酸法氧化鋁電解鋁工藝中的應(yīng)用。
12、應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，采用鐵基合金作為基體，結(jié)合鎳層、貴金屬層和ceo2層的三層涂層結(jié)構(gòu)，能夠增強(qiáng)陽極的耐腐蝕性和導(dǎo)電性。使得利用本申請(qǐng)的惰性陽極進(jìn)行酸法電解氧化鋁時(shí)，其使用壽命和電流效率能夠得到進(jìn)一步的提升，對(duì)提升電解鋁產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保性能具有重要意義。
1.一種惰性陽極，其特征在于，所述惰性陽極由合金基體及包覆所述合金基體的三層涂層組成，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的惰性陽極，其特征在于，所述合金基體為鐵基合金，所述鐵基合金包括元素cr，其中，所述元素cr在所述鐵基合金中的質(zhì)量含量為20-30％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的惰性陽極，其特征在于，所述合金基體的厚度為3-5mm；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的惰性陽極，其特征在于，所述貴金屬層為釕層或銠層；
5.權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的惰性陽極的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述鍍前處理包括：對(duì)所述合金基體依次進(jìn)行機(jī)械打磨、超聲清洗、堿洗和酸洗處理；
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述鎳電鍍?nèi)芤旱慕M成為：硫酸鎳200g/l和硼酸50g/l，ph值為3；
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，所述貴金屬溶液為65％的釕溶液或60％的銠溶液，ph值為1.5；
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述清洗包括：將所述電鍍貴金屬層處理后的電極先利用丙酮清洗30-40min后，再利用100g/l的naoh溶液進(jìn)行堿洗3-4小時(shí)；
10.利用權(quán)利要求5-9中任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的惰性電極在酸法氧化鋁電解鋁工藝中的應(yīng)用。