阴极炭块(底块)(cathode carbon block)

以优质无烟煤、焦炭、石墨等为原料制成的炭块。用作铝电解槽的阴极。它砌筑在电解槽底部亦称底部炭块。特性阴极炭块起导电和构成电解槽内衬双重作用。铝电解生产要求阴极炭块有耐高温。耐熔盐侵蚀和导电、导热性能良好及机械强度高、抗热震性好和抗钠侵蚀性强等特性，这有利于和铝电解生产节能和槽寿命的提高。阴极炭块生产的基本工艺

阴极炭块的种类根据制品的质量要求、选用的原料和采用工艺条件，中国对阴极炭块基本划分为普通阴极炭块、半石墨质炭块和石墨质炭块3大类。普通阴极炭块以1250～1350℃煅烧的无烟煤为主要原料。半石墨质炭块根据生产工艺不同分为两种。一种是以优质高温电煅烧无烟煤.或者，以较多的石墨碎块甚至全部用石墨碎块为骨料，成型后的生坯制品只经过焙烧(焙烧温度不超过1200℃)不再进入石墨化炉热处理，这种炭块称半石墨质炭块。另一种用较多的易石墨化的焦炭为骨料，生制品焙烧以后再进入石墨化炉在1800～2000℃的温度下进行热处理，这种炭块称半石墨(化)炭块。前者的强度、硬度较高，后者的导电性能及整体性效果较好。石墨质炭块，以易石墨化焦为原料，其石墨化处理温度应达到2500℃左右。半石墨质炭块与石墨炭块的区别在于制品晶格有序排列的程度的不同，即石墨化度的不同。可以用制品电阻率的大小来表示石墨化程度的高低。石墨质炭块的晶格基本完全处于有序排列的状态，电阻率小于15μΩ•m；半石墨质炭块的石墨化程度较低或只有部分石墨化，电阻率15～45μΩ•m。在工艺上表现为热处理温度，半石墨质炭块的热处理最高温度2000℃左右，石墨质炭块的石墨化处理温度为2500～2800℃。普通阴极炭块，电阻率50～60μΩ•m。石墨阴极炭块中国尚无应用。

中国生产使用的有普通阴极炭块和半石墨质阴极炭块两种。其理化性能指标见表1、表2。

中国普通阴极炭块的横截面为400mm×400mm，长度550～2080mm不等。半石墨阳极炭块的尺寸为515mm×450mm×3250mm等。阴极炭块下面开有槽(俗称燕尾槽)，用于镶嵌阴极钢棒。对尺寸的偏差及外观都有严格的要求。底部炭块见图。

20世纪80年代中期以来，中国几家炭素厂对阴极炭块的生产工艺、原料选配进行了改进，使中国半石墨质阴极炭块的性能得到改善，见表3。

阴极炭块技术的发展20世纪40年代，开始淘汰用炭糊捣固的整体炭阴极，而改用预焙阴极炭块组装的炭阴极，在50年代开始使用半石墨质阴极炭块。80年代起，大型预焙槽都使用半石墨质阴极炭块和石墨质阴极炭块。近年来大型铝厂部分采用石墨炭块。惰性阴极炭块，是近年来发展的新型阴极材料，除具有炭质材料所具备的导电性能、抗热震性能良好，机械强度较高外，铝液对炭块的浸润性能良好，耐铝液和电解质的化学腐蚀。适宜做惰性阴极的材料有炭化物(TiC)、氮化物(NbN)和硼化物(TiB₂)，研究较多的是硼化钛。

硼化钛涂层炭块是由硼化钛(TiB₂)、树脂胶和炭素材料组成的混合料再加溶剂混合，最后加固化剂搅拌均匀制成涂料，涂抹在普通炭块基体表面，涂层厚5～10mm，经150～300℃约40～50h的固化，缓冷即成。其特点是导电性能好，改善铝液对炭质材料的润湿性能，膨胀率低，减少了钠和电解质对槽底炭块的渗透和侵蚀。也有一种方法是直接在炭块表面压制一层含TiB₂的炭糊层，然后与炭块一起进行焙烧。