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第1章 阴极材料性质与阴极结构1

1.1 绪论1

1.2 炭内衬3

1.2.1 无烟煤3

1.2.2 天然石墨8

1.2.3 人造石墨8

1.2.4 胶黏剂10

1.2.5 捣固糊11

1.2.6 阴极炭块13

1.2.7 底部炭块材料的选择21

1.2.8 侧部炭块22

1.2.9 炭胶与碳质黏结剂26

1.3 耐火材料与保温材料28

1.3.1 保温材料31

1.3.2 氧化铝粉32

1.3.3 致密耐火材料33

1.3.4 复合或夹层保温材料33

1.3.5 耐火材料和保温材料性质33

1.4 防渗材料38

1.4.1 钢板39

1.4.2 石墨片39

1.4.3 玻璃质39

1.4.4 砖40

1.4.5 整体浇注块41

1.4.6 干式防渗料42

1.5 钢壳与托架43

1.6 阴极安装（筑炉）44

1.6.1 耐火层和保温层45

1.6.2 阴极钢棒组装47

1.6.3 安装底部炭块50

1.6.4 侧部内衬51

1.6.5 捣固糊部分53

1.7 阴极模型计算55

1.8 可湿润阴极57

1.8.1 介绍57

1.8.2 TiB2材料性质58

1.8.3 工业试验60

参考文献64

第2章 焙烧、启动与早期操作69

2.1 焙烧与启动69

2.1.1 焙烧方法69

2.1.2 捣固糊70

2.1.3 铝液焙烧71

2.1.4 阳极焙烧73

2.1.5 电阻焙烧74

2.1.6 火焰焙烧78

2.1.7 电加热器焙烧85

2.1.8 熔融电解质（冷启动）85

2.1.9 焙烧方法的比较85

2.1.10 焙烧效果87

2.1.11 内衬材料的位移89

2.2 电解槽启动和电解质侵蚀（吸食）期90

2.3 电解槽早期操作95

2.4 电解槽正常操作97

2.4.1 电解温度与分子比97

2.4.2 热平衡与结壳形成100

2.4.3 冲蚀坑与裂纹101

2.5 槽寿命预测102

参考文献107

第3章 化学反应与腐蚀109

3.1 气化与其他化学反应109

3.1.1 炭内衬氧化109

3.1.2 槽壳的氧化与脱落110

3.2 碳化铝的形成112

3.3 磨蚀的实验室研究114

3.4 工业电解槽的磨蚀121

3.5 炭内衬的化学反应125

3.5.1 电解质和钠的渗透125

3.5.2 化学反应热力学基础130

3.5.3 渗透（反应）模型的实验验证132

3.5.4 工业电解槽炭阴极中的电解质渗透与反应133

3.5.5 侧部碳质材料中钠的反应137

3.5.6 阴极中的Li和K137

3.5.7 NaCN的生成139

3.6 与阴极钢棒反应139

3.7 耐火材料和保温材料中的化学反应140

3.7.1 电解质组分在耐火材料中的渗透140

3.7.2 电解质与硅酸铝耐火材料的反应141

3.7.3 钠蒸气与硅酸铝耐火材料的反应144

3.7.4 电解质和钠共同反应148

3.7.5 与其他耐火材料的反应149

3.7.6 与铝液反应150

3.7.7 与侧壁陶瓷材料反应151

参考文献153

第4章 电解过程中的物理变化157

4.1 热膨胀和收缩157

4.1.1 阴极炭块157

4.1.2 捣固糊158

4.1.3 阴极钢棒和槽壳160

4.1.4 复合热膨胀162

4.1.5 耐火材料和保温材料163

4.2 导电性能164

4.2.1 初始内衬材料的导电性能164

4.2.2 导电性能的过时变化167

4.3 热导率177

4.3.1 初始阴极炭块材料的热导率178

4.3.2 炭块热导率随时间的变化178

4.3.3 炭块材料电阻率和热导率的交互作用178

4.3.4 耐火材料的热导率179

4.4 钠膨胀180

4.4.1 自由膨胀180

4.4.2 受压膨胀182

4.5 阴极底部隆起185

4.5.1 垂直膨胀梯度185

4.5.2 盐析186

4.5.3 材料转化187

4.5.4 位移约束187

4.6 机械强度189

参考文献193

第5章 阴极材料性能表征195

5.1 简介195

5.2 炭素材料的性能标准化测试方法195

5.2.1 阴极、捣固糊和耐火材料的ISO实验方法196

5.2.2 耐火材料和保温材料的标准测试方法212

5.2.3 非标准表征方法215

5.3 综述234

5.3.1 测试方法234

5.3.2 标准测试方法（炭块）234

5.3.3 炭块校检238

5.3.4 非标准测试方法（炭块）238

5.3.5 捣固糊239

5.3.6 阴极材料的性能选择239

参考文献240

第6章 阴极破损243

6.1 引言243

6.2 阴极解剖244

6.3 不均匀加热和热冲击249

6.4 捣固部分的安装质量问题252

6.5 捣固糊的收缩256

6.6 阴极钢棒导致的破损259

6.7 电解槽钢壳和内衬的相互作用266

6.8 钠渗透275

6.9 钢壳破损277

6.10 瞬间高温和渗透280

6.11 侧壁结壳动力学292

6.12 阴极的过度保温298

6.13 钠膨胀和阴极表皮脱落303

6.14 侧壁的空气氧化307

6.15 侧壁腐蚀311

6.16 底部炭块的氧化破损315

6.17 底部炭块的磨蚀316

6.18 冲蚀坑的形成326

6.19 阴极下部的铝热反应330

6.20 电解槽的临时停槽与重新启动336

6.21 电解槽的维修351

参考文献352

第7章 废旧电解槽内衬材料的回收处理355

7.1 废旧电解槽内衬材料355

7.1.1 背景355

7.1.2 废旧电解槽内衬材料的处理357

7.1.3 水解反应357

7.2 SPL处理方法综述358

7.3 处理、回收和利用技术359

7.3.1 燃烧发电技术359

7.3.2 钢铁工业中的造渣剂和金属添加剂359

7.3.3 水泥制造业中燃料和矿物添加剂360

7.3.4 转化为惰性填埋材料362

7.3.5 红砖陶瓷产品369

7.3.6 石棉生产中添加SPL技术369

7.3.7 浸出工艺回收氟化物369

7.3.8 高温水解372

7.3.9 高温硫解377

7.3.10 高温硅解378

7.3.11 石墨回收378

7.3.12 阴极炭块添加剂378

7.3.13 阳极炭块添加剂379

7.3.14 金属铝的选择性回收381

7.4 处理废旧电解槽内衬材料的基本观点381

7.4.1 填埋381

7.4.2 运输382

7.4.3 剥落和分拣382

7.4.4 直接回收382

7.4.5 新的工艺过程开发382

参考文献383

第8章 趋势与发展385

8.1 总体趋势385

8.2 阴极炭材料385

8.3 捣固糊386

8.4 胶386

8.5 侧壁材料387

8.6 耐火材料387

8.7 钢壳387

8.8 废阴极处理387

8.9 数学模型388

8.10 可湿润性阴极388

参考文献388

索引390