في مجال الصناعة الحديثة ، تلعب الألومنيوم ، باعتبارها مادة معدنية خفيفة الوزن وعالية الأداء ، دورًا لا غنى عنه في مجال الفضاء ، وتصنيع السيارات ، والبناء والعديد من المجالات الأخرى. إن إنتاج الألومنيوم لا ينفصل عن دعم تكنولوجيا التحليل الكهربائي ، وكان القطب ، باعتباره المكون الأساسي في عملية التحليل الكهربائي ، دائمًا محور اهتمام الصناعة. إذن ، ما نوع القطب الذي يتشكل الألمنيوم في عملية الإنتاج؟
في الإنتاج الصناعي للألمنيوم ، فإن عملية القاعة - هي الطريقة الأكثر استخدامًا في الوقت الحاضر. في هذه العملية ، يتكون القطب المستخدم بشكل أساسي من مواد الكربون. على وجه التحديد ، هناك نوعان من الأقطاب الكهربائية: الأنود والكاثود.
عادة ما يكون الأنود مصنوعًا من كتل الكربون المخبوزة قبل-. يتم صنع كتل الكربون هذه عن طريق الضغط على فحم الكوك البترولي عالية الجودة وتحميصها كمواد خام. السبب في اختيار الكربون كمواد الأنود هو أنه في عملية التحليل الكهربائي ، يحتاج الأنود إلى خضوع تفاعلات الأكسدة. يمكن أن يتفاعل الكربون مع أيونات الأكسجين المتولدة في التحليل الكهربائي لتشكيل ثاني أكسيد الكربون ، وهي عملية تفاعل مستقرة نسبيًا ويمكن أن تضمن التقدم السلس للتحليل الكهربائي. علاوة على ذلك ، فإن مواد الكربون لها توصيل كهربائي جيد ومقاومة عالية للدرجات ، والتي يمكن أن تتكيف مع بيئة درجة الحرارة العالية- (حول950 - 970) في الخلية الكهربائية.
الكاثود مصنوع بشكل عام من طوب الكربون. طوب الكربون المستخدمة في الكاثود مصنوع من الأنثراسيت وفحم الكوك وغيرها من المواد من خلال سلسلة من العمليات مثل التكسير والخلط والضغط والتحميص. يقع الكاثود في الجزء السفلي من الخلية الكهربائية ويستخدم بشكل رئيسي لجمع سائل الألومنيوم الذي ينتج عن التحليل الكهربائي. يجب أن يكون لها توصيل كهربائي جيد ومقاومة للتآكل والاستقرار الهيكلي لتحمل تآكل المنحل بالكهرباء وتأثير السائل الأعلى- لدرجة الحرارة لفترة طويلة.
ومع ذلك ، مع التطوير المستمر للصناعة ، كشف قطب الكربون التقليدي تدريجياً بعض المشكلات. على سبيل المثال ، يكون استهلاك الأنود كبيرًا نسبيًا ، ويتم تنبعث كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون أثناء التفاعل ، والتي لا تلبي متطلبات تطوير الكربون الأخضر والمنخفض-. بالإضافة إلى ذلك ، فإن عمر خدمة الكاثود محدود ، والذي يؤثر على كفاءة إنتاج الخلية الكهربائية ويزيد من تكلفة الإنتاج.
من أجل حل هذه المشكلات ، أجرى الباحثون في الداخل والخارج الكثير من الأبحاث حول أقطاب الألمنيوم الجديدة. واحدة من الاتجاهات الواعدة هي تطور الأنودات الخاملة. تشير الأنودات الخاملة إلى مواد الإلكترود التي لا تتفاعل مع الإلكتروليت أو منتجات التحليل الكهربائي أثناء عملية التحليل الكهربائي. إذا كان من الممكن تطبيق الأنودات الخاملة بنجاح ، فيمكنها تجنب استهلاك مواد الأنود وانبعاث ثاني أكسيد الكربون ، وهو أمر ذي أهمية كبيرة لتقليل تكاليف الإنتاج وحماية البيئة. في الوقت الحاضر ، أظهرت بعض أكاسيد المعادن والمواد المركبة آفاقًا جيدة للتطبيق في البحث عن الأنودات الخاملة. على سبيل المثال ، تحتوي المواد المركبة القائمة على ثاني أكسيد الصفيح - على توصيل كهربائي جيد ومقاومة للتآكل في شوارد درجة الحرارة العالية- ، ومن المتوقع أن تصبح جيلًا جديدًا من مواد الأنود الخاملة.
فيما يتعلق بالكاثودات ، يستكشف الباحثون أيضًا مواد جديدة لتحسين عمر خدمتهم وأدائهم. على سبيل المثال ، يتم اختبار بعض المواد الخزفية والمواد المركبة ذات المقاومة العالية للتآكل والتوصيل الكهربائي الجيد. يمكن لهذه المواد الجديدة أن تقاوم تآكل المنحل بالكهرباء بشكل أفضل وتمديد عمر خدمة الكاثود ، وبالتالي تحسين الفوائد الاقتصادية لإنتاج الألومنيوم.
في السنوات الأخيرة ، مع التقدم المستمر للعلوم والتكنولوجيا ، ظهرت بعض تقنيات إعداد الإلكترود الجديدة أيضًا. على سبيل المثال ، تطبيق تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد في تصنيع الإلكترود. باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد ، يمكن التحكم في بنية وأداء القطب بدقة ، مما يحسن توحيد واستقرار القطب. هذا لا يساعد فقط على تحسين كفاءة التحليل الكهربائي ، ولكنه يوفر أيضًا المزيد من الاحتمالات لتصميم وإعداد الأقطاب الكهربائية الجديدة.
في سياق التركيز العالمي على الحفاظ على الطاقة وحماية البيئة ، فإن البحث وتطوير أقطاب الألمنيوم الجديدة ذات أهمية كبيرة لتعزيز التنمية الخضراء والمستدامة لصناعة الألومنيوم. بمجرد أن يتم تطبيق الأنودات الخاملة الجديدة والكاثودات العالية - بنجاح في الإنتاج الصناعي ، فإنها ستقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة وانبعاثات الملوثات في عملية إنتاج الألومنيوم ، وتعزيز تحول وترقية صناعة الألمنيوم.
في الختام ، في عملية إنتاج الألمنيوم السائدة الحالية ، يشكل الألومنيوم أقطاب كربونية - (الأنود والكاثود) في عملية التحليل الكهربائي. ومع ذلك ، مدفوعًا بالتقدم التكنولوجي ومتطلبات حماية البيئة ، فإن البحث وتطوير أقطاب جديدة على قدم وساق. من المعتقد أنه في المستقبل القريب ، سيتم تطوير وتطبيق أقطاب الألومنيوم أكثر كفاءة وصديقة للبيئة ودائم وتطبيقها ، مما يضخ حيوية جديدة في تطوير صناعة الألومنيوم.
