Ym maes diwydiant modern, mae alwminiwm, fel deunydd metel perfformiad ysgafn ac uchel -, yn chwarae rhan anhepgor mewn awyrofod, gweithgynhyrchu modurol, adeiladu a llawer o feysydd eraill. Mae cynhyrchu alwminiwm yn anwahanadwy oddi wrth gefnogaeth technoleg electrolysis, ac mae'r electrod, fel y gydran graidd yn y broses electrolysis, bob amser wedi bod yn ganolbwynt i sylw'r diwydiant. Felly, pa fath o electrod y mae alwminiwm yn ei ffurfio yn y broses gynhyrchu?
Yn y cynhyrchiad diwydiannol o alwminiwm, proses Héroult y neuadd - yw'r dull a ddefnyddir fwyaf eang ar hyn o bryd. Yn y broses hon, mae'r electrod a ddefnyddir yn cynnwys deunyddiau carbon yn bennaf. Yn benodol, mae dau fath o electrod: anod a chathod.
Mae'r anod fel arfer yn cael ei wneud o flociau carbon wedi'u pobi cyn -. Gwneir y blociau carbon hyn trwy wasgu a rhostio - o ansawdd petroliwm golosg a golosg asffalt fel deunyddiau crai. Y rheswm pam y dewisir carbon fel y deunydd anod yw bod angen i'r anod gael adweithiau ocsideiddio yn y broses electrolysis. Gall carbon adweithio ag ïonau ocsigen a gynhyrchir yn yr electrolysis i ffurfio carbon deuocsid, sy'n broses adweithio gymharol sefydlog a gall sicrhau cynnydd llyfn electrolysis. Ar ben hynny, mae gan ddeunyddiau carbon ddargludedd trydanol da ac ymwrthedd tymheredd uchel, a all addasu i'r amgylchedd tymheredd - uchel (tua 950 - 970 gradd) yn y gell electrolytig.
Yn gyffredinol, mae'r catod yn cael ei wneud o frics carbon. Mae'r briciau carbon a ddefnyddir ar gyfer y catod wedi'u gwneud o glo caled, golosg a deunyddiau eraill trwy gyfres o brosesau fel malu, cymysgu, pwyso a rhostio. Mae'r catod wedi'i leoli ar waelod y gell electrolytig ac fe'i defnyddir yn bennaf i gasglu'r hylif alwminiwm a gynhyrchir gan electrolysis. Mae angen iddo fod â dargludedd trydanol da, ymwrthedd cyrydiad a sefydlogrwydd strwythurol i wrthsefyll erydiad yr electrolyt ac effaith hylif alwminiwm tymheredd - uchel am amser hir.
Fodd bynnag, gyda datblygiad parhaus y diwydiant, mae'r electrod carbon traddodiadol wedi datgelu rhai problemau yn raddol. Er enghraifft, mae bwyta'r anod yn gymharol fawr, ac mae llawer iawn o garbon deuocsid yn cael ei ollwng yn ystod yr adwaith, nad yw'n cwrdd â gofynion datblygiad carbon gwyrdd ac isel -. Yn ogystal, mae bywyd gwasanaeth y catod yn gyfyngedig, sy'n effeithio ar effeithlonrwydd cynhyrchu'r gell electrolytig ac yn cynyddu'r gost cynhyrchu.
Er mwyn datrys y problemau hyn, mae ymchwilwyr gartref a thramor wedi cynnal llawer o ymchwil ar electrodau alwminiwm newydd. Un o'r cyfarwyddiadau mwy addawol yw datblygu anodau anadweithiol. Mae anodau anadweithiol yn cyfeirio at ddeunyddiau electrod nad ydynt yn ymateb gyda'r electrolyt neu gynhyrchion electrolysis yn ystod y broses electrolysis. Os gellir cymhwyso anodau anadweithiol yn llwyddiannus, gallant osgoi'r defnydd o ddeunyddiau anod ac allyrru carbon deuocsid, sydd o arwyddocâd mawr ar gyfer lleihau costau cynhyrchu a diogelu'r amgylchedd. Ar hyn o bryd, mae rhai ocsidau metel a deunyddiau cyfansawdd wedi dangos rhagolygon cymwysiadau da wrth ymchwilio i anodau anadweithiol. Er enghraifft, mae gan ddeunyddiau cyfansawdd tun deuocsid - ddargludedd trydanol da ac ymwrthedd cyrydiad mewn electrolytau tymheredd uchel -, a disgwylir iddynt ddod yn genhedlaeth newydd o ddeunyddiau anod anadweithiol.
O ran cathodau, mae ymchwilwyr hefyd yn archwilio deunyddiau newydd i wella eu bywyd a'u perfformiad gwasanaeth. Er enghraifft, mae rhai deunyddiau cerameg a deunyddiau cyfansawdd ag ymwrthedd cyrydiad uchel a dargludedd trydanol da yn cael eu profi. Gall y deunyddiau newydd hyn wrthsefyll erydiad yr electrolyt yn well ac ymestyn oes gwasanaeth y catod, a thrwy hynny wella buddion economaidd cynhyrchu alwminiwm.
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, gyda datblygiad parhaus gwyddoniaeth a thechnoleg, mae rhai technolegau paratoi electrod newydd hefyd wedi dod i'r amlwg. Er enghraifft, cymhwyso technoleg argraffu 3D mewn gweithgynhyrchu electrod. Trwy ddefnyddio argraffu 3D, gellir rheoli'n union strwythur a pherfformiad yr electrod, gan wella unffurfiaeth a sefydlogrwydd yr electrod. Mae hyn nid yn unig yn helpu i wella effeithlonrwydd electrolysis, ond mae hefyd yn darparu mwy o bosibiliadau ar gyfer dylunio a pharatoi electrodau newydd.
Yng nghyd -destun y pwyslais byd -eang ar gadwraeth ynni a diogelu'r amgylchedd, mae ymchwil a datblygu electrodau alwminiwm newydd yn arwyddocâd mawr ar gyfer hyrwyddo datblygiad gwyrdd a chynaliadwy'r diwydiant alwminiwm. Unwaith y bydd yr anodau anadweithiol newydd a'r cathodau perfformiad - yn cael eu cymhwyso'n llwyddiannus mewn cynhyrchu diwydiannol, bydd yn lleihau'r defnydd o ynni yn fawr ac allyriadau llygryddion yn y broses gynhyrchu alwminiwm, ac yn hyrwyddo trawsnewid ac uwchraddio'r diwydiant alwminiwm.
I gloi, yn y broses gynhyrchu alwminiwm prif ffrwd gyfredol, mae alwminiwm yn ffurfio carbon - electrodau wedi'u seilio ar (anod a chatod) yn y broses electrolysis. Fodd bynnag, wedi'i yrru gan gynnydd technolegol a gofynion diogelu'r amgylchedd, mae ymchwil a datblygu electrodau newydd ar ei anterth. Credir y bydd electrodau alwminiwm yn y dyfodol, yn fwy effeithlon, yn gyfeillgar i'r amgylchedd a gwydn yn cael eu datblygu a'u cymhwyso, gan chwistrellu bywiogrwydd newydd i ddatblygiad y diwydiant alwminiwm.
