New Electrode Materials for Aluminum Production

ENG: The successful development and implementation of inert anodes in the aluminum industry could significantly reduce or even completely eliminate greenhouse gas emissions. The search for suitable inert anode materials with the necessary combination of properties remains an active area of research. Currently, three main classes of materials are being considered: ceramics, metal-ceramics, and metals. This study aims to develop a new type of composite ceramic material for use as inert anodes in the electrolytic reduction of alumina. Based on an analysis of the requirements for inert anodes in aluminum electrolysis, the oxidation-resistant and conductive ZrB2–MoSi2 composite ceramic is proposed for operation within the required temperature range. It has been demonstrated that these anodes exhibit inert behavior toward atomic oxygen and can operate stably in atomic oxygen atmospheres at temperatures up to 20000C. Furthermore, the feasibility of applying a protective ZrB2–MoSi2 coating to conventional carbon anodes via vacuum arc deposition has been experimentally confirmed. The use of non-consumable anodes with ZrB2–MoSi2 protective coatings is also proposed for the direct electrolysis of lunar regolith at 16000C, enabling oxygen and metal extraction on the Moon.

UKR: Успішна розробка і застосування інертних анодів в алюмінієвій промисловості дозволить значно скоротити або повністю виключити викиди парникових газів. На даний час проводиться пошук матеріалів для інертних анодів з необхідним набором властивостей. Для інертних анодів розглядаються три класи матеріалів: кераміка, металокераміка і метали. Метою даної роботи є розробка нового типу композитного керамічного матеріалу для інертних анодів для електролітичного відновлення оксиду алюмінію. На основі аналізу вимог до інертних анодів для видобутку алюмінію методом електрохімічного відновлення розплавленого глинозему запропоновано використання стійкої до окислення провідної композитної кераміки ZrB2–MoSi2 в певному діапазоні робочих температур. Показано, що такі аноди інертні до дії атомарного кисню і можуть працювати тривалий час в атмосфері атомарного кисню при температурі до 20000С. Експериментально продемонстровано можливість нанесення захисного покриття ZrB2–MoSi2 на існуючі вугільні аноди методом вакуумно-дугового осадження. Запропоновано використання неруйнівного анода із захисним покриттям ZrB2–MoSi2 для прямого електролізу місячного реголіту при температурі 16000C, що дозволить видобувати кисень і деякі метали на Місяці.