V oblasti moderního průmyslu hraje hliník, jako lehký a vysoký - výkonný kovový materiál, nepostradatelnou roli v leteckém prostoru, automobilové výrobě, výstavbě a mnoha dalších oborech. Produkce hliníku je neoddělitelná od podpory technologie elektrolýzy a elektroda, jako základní součást procesu elektrolýzy, byla vždy středem pozornosti průmyslu. Jaký druh elektrody se tedy ve výrobním procesu tvoří hliník?
V průmyslové produkci hliníku je v současné době nejpoužívanější metodou Héroult proces Héroult. V tomto procesu je použitá elektroda složena hlavně z uhlíkových materiálů. Konkrétně existují dva typy elektrod: anoda a katoda.
Anoda je obvykle vyrobena z pečených uhlíkových bloků před -. Tyto uhlíkové bloky se vyrábějí stisknutím a pražením vysokým - kvalitním ropným koksem a asfaltovým koksem jako suroviny. Důvodem, proč je uhlík vybrán jako materiál anody, je to, že v procesu elektrolýzy musí anoda podstoupit oxidační reakce. Uhlík může reagovat s kyslíkovými ionty generovanými v elektrolýze za vzniku oxidu uhličitého, což je relativně stabilní reakční proces a může zajistit hladký pokrok elektrolýzy. Uhlíkové materiály mají navíc dobrou elektrickou vodivost a odolnost proti vysoké teplotě, které se mohou přizpůsobit teplotnímu prostředí s vysokým - (asi 950 - 970 stupně) v elektrolytickém článku.
Katoda je obecně vyrobena z uhlíkových cihel. Uhlíkové cihly používané pro katodu jsou vyrobeny z antracitu, koksu a dalších materiálů prostřednictvím řady procesů, jako je drcení, míchání, lisování a pražení. Katoda je umístěna ve spodní části elektrolytického článku a používá se hlavně ke sběru hliníkové kapaliny produkované elektrolýzou. Musí mít dobrou elektrickou vodivost, odolnost proti korozi a strukturální stabilitu, aby vydržela erozi elektrolytu a dopad vysoké teplotní hliníkové kapaliny na dlouhou dobu.
S nepřetržitým rozvojem průmyslu však tradiční uhlíková elektroda postupně odhalila některé problémy. Například spotřeba anody je relativně velká a během reakce je emitováno velké množství oxidu uhličitého, což nesplňuje požadavky zeleného a nízkého vývoje uhlíku. Kromě toho je životnost katody omezená, což ovlivňuje účinnost produkce elektrolytických buněk a zvyšuje výrobní náklady.
Za účelem vyřešení těchto problémů provedli vědci doma i v zahraničí mnoho výzkumů nových hliníkových elektrod. Jedním z slibnějších směrů je vývoj inertních anod. Inertní anody odkazují na elektrodové materiály, které nereagují s elektrolytem nebo produkty elektrolýzy během procesu elektrolýzy. Pokud lze úspěšně aplikovat inertní anody, mohou se vyhnout konzumaci anodových materiálů a emisi oxidu uhličitého, což má velký význam pro snižování výrobních nákladů a ochranu životního prostředí. V současné době některé oxidy kovů a kompozitní materiály prokázaly dobré vyhlídky na aplikace ve výzkumu inertních anod. Například kompozitní materiály založené na oxidu cínu -} mají dobrou elektrickou vodivost a odolnost proti korozi ve vysokých - teplotních elektrolytech a očekává se, že se stane novou generací inertních anodových materiálů.
Pokud jde o katody, vědci také zkoumají nové materiály, aby zlepšili jejich životnost a výkon. Například testují se například některé keramické materiály a kompozitní materiály s vysokou odolností proti korozi a dobrou elektrickou vodivostí. Tyto nové materiály mohou lépe odolat erozi elektrolytu a prodloužit životnost katody, čímž se zlepšují ekonomické přínosy produkce hliníku.
V posledních letech se s neustálým rozvojem vědy a technologie objevily také některé nové technologie přípravy elektrod. Například aplikace technologie 3D tisku ve výrobě elektrod. Použitím 3D tisku může být struktura a výkon elektrody přesně ovládána, což zlepšuje uniformitu a stabilitu elektrody. To pomáhá nejen zlepšit účinnost elektrolýzy, ale také poskytuje více možností pro návrh a přípravu nových elektrod.
V souvislosti s globálním důrazem na úsporu energie a ochranu životního prostředí má výzkum a vývoj nových hliníkových elektrod pro podporu zeleného a udržitelného rozvoje hliníkového průmyslu. Jakmile jsou nové inertní anody a vysoké katody - úspěšně aplikovány v průmyslové produkci, výrazně sníží spotřebu energie a emise znečišťujících látek v procesu výroby hliníku a podporuje transformaci a modernizaci hliníkového průmyslu.
Závěrem lze říci, že v současném procesu výroby hliníku hlavního proudu tvoří hliník uhlík - elektrody (anoda a katoda) v procesu elektrolýzy. Výzkum a vývoj nových elektrod je však v plném proudu, který je řízen technologickým pokrokem a požadavky na ochranu životního prostředí. Předpokládá se, že v blízké budoucnosti budou rozvíjeny a aplikovány efektivnější, ekologicky šetrnější a trvanlivější hliníkové elektrody, což vstříkne novou vitalitu do rozvoje hliníkového průmyslu.
