石墨阳极
石墨阳极是在电解工业中用作电解槽阳极的石墨板、块或棒材。使用石墨阳极的电解工艺有两类，一类是水溶液电解，另一类是熔盐电解。电解食盐水溶液生产烧碱和氯气的氯碱工业是石墨阳极最大的用户。此外，还有一些用熔盐电解方法制取镁、钠、钽等轻金属及稀有金属的电解槽，也使用石墨阳极。
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发展简史 编辑本段
氯碱工业是基本化学工业，它生产的烧碱广泛应用于纺织、造纸、冶金、有机和无机化工等众多工业部门。氯气也是一种重要的化工原料。采用电解食盐水溶液方法制取氯碱产品已经有一百多年的历史。在漫长的岁月里，有两种电解槽，即水银电解槽和隔膜电解槽曾长期共存，并驾齐驱，对氯碱工业的发展起过重要的作用。但由于水银对环境污染严重，从20世纪70年代起，这种电解槽已被逐渐淘汰。隔膜槽使用的石棉隔膜同样会对环境造成公害。离子交换膜法是对膜技术进行重大改进的一种先进的氯碱生产工艺。
长期以来，水银电解槽和隔膜电解槽都使用石墨阳极（见图1）。在电解槽运行过程中，石墨阳极会慢慢地消耗，水银电解槽每吨烧碱消耗石墨阳极4～6 kg，隔膜电解槽每吨烧碱消耗石墨阳极约6 kg。随着石墨阳极消耗变薄，阴极与阳极间距离增大，槽电压会逐渐升高。因此，运行一定时间后，需要停槽更换阳极。20世纪60年代中期，荷兰人H.比尔发明了一种以钛为基体表面涂钌的金属阳极。由于金属阳极基本上不消耗，因此，也被称作为尺寸稳定阳极（Dimensionally Stable Anode缩写DSA）。除了不消耗，因而使用寿命长外，金属阳极还具有电流效率高，氯碱产品质量好、节能、无特殊污染和维修工作量少等优点，因而受到青睐，迅速推广应用。但由于金属阳极价格昂贵，金属钌资源贫乏，供应难以保证，以及采用金属阳极时，要求电解液盐水含钙、镁离子不大于5×10，因而，需要对电解液进行严格的净化处理等原因，可以预计，在相当长一段时间内，金属阳极不会完全取代石墨阳极。
阳极消耗 编辑本段
在电解槽运行过程中，石墨阳极主要通过下面几种形式腐蚀消耗。首先，由于电解液中含有大量氢氧根离子和少量作为杂质的硫酸根及次氯酸根离子，这些离子会在阳极上放电产生氧气。产生的初生态氧将石墨氧化成二氧化碳或一氧化碳，这种氧化蚀损约占石墨阳极总蚀损的一半以上。其次，随着氧化作用的深化，石墨阳极本体颗粒间的结合逐渐遭到破坏，石墨阳极表面层结合松动的颗粒，在盐水冲刷下发生掉渣。氧化和掉渣使阳极变薄，到一定程度就需要停槽更换。这样的残极损失约占石墨阳极总消耗的1/4以上。氧化和掉渣消耗都与石墨阳极的孔隙率大小有关。孔隙率大，消耗也大。最常用的降低石墨阳极孔隙率的方法，是使用前用亚麻仁油、桐油等干性油进行整体或根部浸渍。
生产工艺 编辑本段
石墨阳极的生产工艺及所用原料基本上与石墨电极相同。由于对石墨阳极的密度和强度要求较高，焙烧后的半成品还须进行沥青浸渍，然后，石墨化和机械加工。表1所列为中国石墨阳极的尺寸规格。石墨阳极的理化性能指标见表2。对水银槽用石墨阳极还规定了钒含量。
中国石墨阳极的尺寸规格
用 途 | 规 格 | |||
方形 厚/mm×宽/mm×长/mm | 圆形 直径/mm×长度/mm | |||
水溶液电解 | 51×51×970 40×180×760 40×180×960 50×180×635 50×180×940 | 50×250×640 50×250×1140 75×180×640 115×400×1050 115×400×1300 | 50×1000 65×1300 65×1000 65×650 65×330 | 75×1320 15×320 100×1360 100×252 |
熔盐电解 生产镁 生产钠 | 170×840×1755（100～150）×（400～500）×（1800～2000） | φ400、φ800 | ||
类 别 | 指 标 | |||||
电阻率 /μΩ·m 不大于 | 灰分 /% 不大于 | 抗压强度 /MPa 不小于 | 抗折强度 /MPa 不小于 | 体积密度 /g·cm-3 不小于 | 钒含量/% 水银槽用阳极 不大于 | |
水溶液电解用 | ||||||
一级 二级 | 8 9 | 0.2 0.4 | 29.4 24.5 | 16.7 14.7 | 1.62 1.65 | 10×10-5 |
熔盐电解用 | ||||||
镁生产 | 10.12 | 17.6～19.6 | ||||
钠生产 | 17.1 | 0.3 | 17.4 | 1.55 | ||
用于熔盐电解的石墨阳极大都是一些大规格的产品，例如，熔盐电解生产金属钠的电解槽，使用直径400～800mm的大型石墨阳极，熔盐电解生产金属镁的电解槽，使用的是大规格的石墨块材。
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