一種鋁電解槽新換陽極快速導電塗層及其塗覆方法
2023-04-26 17:54:06
一種鋁電解槽新換陽極快速導電塗層及其塗覆方法
【專利摘要】本發明涉及一種鋁電解槽新換陽極快速導電塗層及其塗覆方法，在鋁電解新換陽極底掌塗覆一層快速導電塗層，塗層主要配方為：2-60wt％粘結劑、10-60wt％添加劑、2％-20wt％增強劑、2-60wt％功能粒子。本發明能夠使新換陽極區域的電解質初晶溫度適當降低，使得在陽極底掌上不易於凝固電解質，同時，該塗層具有對陽極底掌上已冷凝電解質層與陽極底掌快速分離的作用，大幅度提高新換陽極的導電速度，實現鋁電解節能增效的目的。
【專利說明】一種鋁電解槽新換陽極快速導電塗層及其塗覆方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於鋁電解【技術領域】，特別涉及一種鋁電解新換陽極快速導電塗層及其塗覆方法。
【背景技術】
[0002]在工業鋁電解過程中，碳素陽極會不斷消耗，使得陽極在電解一段時間後(一般在30天左右)周期性地進行更換，即殘陽極被提起並移出鋁電解槽，而新陽極則替代至電解槽中去。然而，在新陽極換進電解槽後，並不是立刻就能導電，而是新換陽極在電解槽中被逐步加熱而開始慢慢導電，但其導電速度很慢，一般需要經過24小時後才能承載其正常需要分攤的電流。我們希望新換陽極一進入電解槽，陽極就能導電，即導電速度越快越好，然而，實際生產中並不是這樣。新換陽極的導電速度與其所處位置、工藝條件、換極質量、季節等因素關係密切。如:電解槽的四個角部陽極，因角部溫度偏低，使其導電速度就更慢；特別是在低電壓節能工藝條件下，鋁電解槽的能量平衡處於臨界狀況，一旦換極，破壞能量平衡，電解槽處於冷行程，新換陽極導電速度變慢；為了實現高的電流效率，現代鋁電解採用低過熱度控制8 - 12°C，低過熱度槽同樣會顯著降低新換陽極的導電速度；換極質量不好，包括換極高度的確定不準確，也會影響陽極導電速度；還有在冬季，新換陽極導電速度也會明顯減慢，特別是對於冬季時間長氣溫低的北方地區，影響更為顯著。
[0003]新換陽極導電速度對鋁電解槽的平穩高效運行有著直接的影響，關於這方面研宄國際上已有大量研宄，並受到研宄者的高度關注。國際學者Poole和Etheridge等人研宄了新換陽極對電流效率損失的影響較大，他們研宄認為，新換陽極通過影響到電解槽的平穩性，使得電流效率損失達2.2 %以上。
[0004]那麼，新換陽極到底是如何影響著鋁電解槽的運行呢？新換陽極對鋁電解槽的影響本質在於改變了電解槽中原有的陽極電流分布，即在換極前後該區域陽極由導電變成不導電，而系列電流是恆定的，因此，該部分電流必須要走其他陽極進行分攤，使得其他陽極的電流需要重新分配。而陽極電流的重新分布會給鋁電解槽帶來了諸多不利影響，主要表現在以下幾方面:
[0005](I)電解槽容易擺動，槽穩定性下降。我們經常發現，換極後鋁電解槽的針震擺動顯著增大，表明電解槽不穩定，尤其是對於低過熱度或低電壓槽更是如此。對於鋁電解槽而言，穩定壓倒一切，如果鋁電解槽針震擺動大，這給槽控機在濃度判斷和控制上產生很大幹擾，造成氧化鋁濃度失控，而氧化鋁濃度控制是物料平衡中最主要的環節。
[0006](2)換極後陽極效應增多。從殘極的提起到新極的進入一般需要15-20分鐘，在這個換極過程中，電解槽向外散失了大量的熱。再加上，新陽極換好後，新陽極不能導電，甚至一段時間內導電能力較差，進一步使得在新陽極對應的電解質區域導電少，區域溫度不能快速回升，甚至換極後該區域溫度進一步降低，導致換極後局部明顯變冷，容易誘導局部效應甚至引起全槽效應。
[0007]換極後表現出來的這些症狀和問題最終會導致鋁電解槽電流效率下降和能耗上升。從理論上，新陽極從室溫被加熱到陽極正常的工作溫度所消耗的能量是必不可少的，然而，換極導致的能耗增加遠遠大於陽極加熱所需的能量值，其原因主要有兩方面:一是因為在殘極提起後至新極進入槽之前的這個時間段，主要是需要對對應陽極區域進行清理，打撈結殼沉澱等工作，這個環節也是必不可少的；另一方面是由於新陽極裝入槽後，新陽極需要經歷不導電和導電速度慢這個階段，而且這個階段歷時較長(一般在24-40小時)，這嚴重惡化了鋁電解槽工況，加劇電解槽的不穩定，是造成換極後鋁電解槽的技術經濟指標降低的主要誘因。但是，對於新陽極裝入槽後，如能快速導電可顯著減輕或減緩換極帶來的不利影響。
【發明內容】
[0008]本發明針對新換陽極導電速度過慢等問題，提出了一種新換陽極快速導電塗層及其塗覆方法，即在新陽極底掌下塗覆一層快速導電塗層，以提高新換陽極的導電速度，可望改善低電壓低過熱度下換極給鋁電解槽帶來的較大波動，也為角部陽極快速導電、均化陽極電流分布、減少角部陽極長包等帶來積極影響。
[0009]本發明的目的是通過以下技術方案實現的。
[0010]一種鋁電解槽新換陽極快速導電塗層，塗層的材料組成為:2_6(^〖％粘結劑、10-60被％添加劑、2% _20被％增強劑、2-60被％功能粒子；其中:粘結劑選用有機粘結劑、無機粘結劑、固化劑中任一種或多種；添加劑選用氟化鹽、氯化鹽或碳酸鹽中的一種或多種；增強劑選用碳纖維、碳化矽纖維、氧化鋁纖維、SiC顆粒、B4C顆粒、Si3N4顆粒中的一種或多種；功能粒子選用C粉、Β203、Β粉、Al粉中的一種或多種。
[0011]所述的粘結劑包括=Al2O3溶膠、MgO溶膠、S12溶膠、環氧樹脂、酚醛樹脂、煤瀝青、
磷酸鹽的一種或多種。
[0012]所述的添加劑包括:A1F3、KF、CaF2,LiF、MgF2, NaAlF4, NaCl、Li2CO3中的一種或多種。
[0013]所述的鋁電解槽新換陽極快速導電塗層，是將塗層材料組分混合製備成漿料後，塗覆在陽極底掌。
[0014]所述的快速導電塗層分為一層或者多層塗覆。優選分為三層塗覆。
[0015]分三層塗覆時塗層由裡至外分別為:粘結層，厚度為l_5mm，粘接劑含量應不小於30%，功能層，厚度為5-8mm，功能層中功能粒子和添加劑總量應不小於30%，保護層，厚度為:l-3mm，保護層中功能粒子和增強劑總量應不少於30%。
[0016]配製三層塗層時，除了組分及配比均按照前述方法中所述的配比配製外，還要滿足上述粘結層中粘接劑含量不小於30%，功能層中功能粒子和添加劑總含量不小於30%，保護層中功能粒子和增強劑的總含量不小於30%。
[0017]所述的快速導電塗層厚度為l_16mm0
[0018]所述的快速導電塗層為一層時厚度優選5-10mm，三層時總厚度優選7_16mm。
[0019]所述的鋁電解槽新換陽極快速導電塗層的塗覆方法，其塗覆過程包括:
[0020](I)將各組分混勻即得漿料，待用；
[0021](2)清潔陽極底掌，使陽極底掌潔淨無塵；
[0022](3)將配好的塗層漿料塗覆在陽極掌上，塗層在常溫下經過l_2h後固化。
[0023]本發明塗層中的粘結劑可實現塗層與陽極底部掌的常溫固化；
[0024]本發明塗層中的添加劑可實現新換陽極區域電解質的初晶溫度降低，使得在新換陽極底掌區域附近的電解質不易凝固，而對於已凝固的電解質，該塗層也有利於其與陽極底掌的分離，從而實現了新換陽極的快速導電能力。
[0025]本發明塗層中的增強劑可增強塗層在室溫下的強度。
[0026]本發明塗層中的功能粒子與添加劑共同作用，實現已凝固的電解質與陽極底掌快速分離，可大幅提高新換陽極的導電速度。
[0027]本發明新換陽極快速導電塗層既可是均勻的一層，也可分若干層塗覆，分多層塗覆時塗層由裡至外，其各層作用與成分不盡相同。由內到外各層作用分別為:粘結層，使塗層與陽極底掌具有良好粘附。功能層，能夠使冷凝電解質與陽極底掌快速分離。保護層，能夠降低電解質初晶溫度，減小冷凝電解質的形成同時有較高強度，能夠保護塗層。
[0028]總之，本發明的塗層可適當降低陽極區域電解質的初晶溫度，且能實現陽極底掌上已凝固電解質層的快速剝離，從而使新換陽極達到快速導電的目的。
【具體實施方式】
[0029]以下結合實施例旨在進一步說明本發明，而非限制本發明。
[0030]實施例1 ( 一層結構)
[0031 ] I)將 30 % 的 Al2O3溶膠、15 % 的 AlF 3、5 % 的 LiF、20 % 的 Li2CO3'5 % 的碳纖維、5 %的碳化矽、10%的B203、10%的C粉，常溫下混合均勻即製備成塗層漿料。
[0032]2)陽極表面清洗:將組裝好的陽極調運至塗層塗裝現場，採用高壓空氣吹洗陽極底掌，除去底掌灰塵，以確保塗層粘附牢固。
[0033]3)將配好的塗層楽料塗覆在陽極底掌上，塗層厚度約為5-10mm。
[0034]4)將固化後的塗有快速導電塗層的新陽極用於電解，每隔1min測量陽極導杆的等距壓降，並與未塗覆快速導電塗層的新陽極進行對比，發現:塗有快速導電塗層的新換陽極所測得的壓降是未塗覆快速導電塗層新換陽極壓降的I倍，塗有快速導電塗層的陽極完全導電的時間約為12h，而未塗覆快速導電塗層的陽極則需24h，因此可知，塗覆快速導電塗層可將新換陽極導電速度提高I倍。
[0035]實施例2 ( 一層結構)
[0036]I)將 40 % 的 Al2O3溶膠、18 % 的 AlF 3、10 % 的 LiF、20 % 的 Li2C03、2 % 的碳纖維、5 %的B203、5%的C粉，常溫下混合均勻即製備成塗層漿料。
[0037]2)陽極表面清洗:將組裝好的陽極調運至塗層塗裝現場，採用高壓空氣吹洗陽極底掌，除去底掌灰塵，以確保塗層粘附牢固。
[0038]3)將配好的塗層楽料塗覆在陽極底掌上，塗層厚度約為5-10mm。
[0039]4)將固化後的塗有快速導電塗層的新陽極用於電解，每隔1min測量陽極導杆的等距壓降，並與未塗覆快速導電塗層的新陽極進行對比，發現:塗有快速導電塗層的新換陽極所測得的壓降是未塗覆快速導電塗層新換陽極壓降的I倍，塗有快速導電塗層的陽極完全導電的時間約為12h，而未塗覆快速導電塗層的陽極則需24h，因此可知，塗覆快速導電塗層可將新換陽極導電速度提高I倍。
[0040]實施例3 (三層結構)
[0041]I)第一層(粘結層)塗料的製備:將30%的Al2O3溶膠、30%的S12溶膠、10%的A1F3、5 %的碳纖維、5 %的碳化矽、10 %的B203、10 %的B4C顆粒，常溫下混合均勻即製備成塗層漿料。
[0042]2)第二層(功能層)塗料的製備:將20%的Al2O3溶膠、20%的S12溶膠、10%的AlF3,5%的碳纖維、5%的碳化矽、20%的B203、20%的C粉，常溫下混合均勻即製備成塗層漿料。
[0043]3)第三層(保護層)塗料的製備:將20 %的Al2O3溶膠、20 %的AlF 3、20 %的Li2CO3^ %的碳纖維、15 %的碳化矽、10 %的B203、10 %的B4C顆粒，常溫下混合均勻即製備成塗層漿料。
[0044]4)陽極表面清洗:將組裝好的陽極調運至塗層塗裝現場，採用高壓空氣吹洗陽極底掌，除去底掌灰塵，以確保塗層粘附牢固。
[0045]5)將配好的塗層漿料依次塗覆在陽極底掌上，粘結層厚度為l_5mm，功能層厚度為5-8mm，保護層厚度為
[0046]6)將固化後的塗有快速導電塗層的新陽極用於電解，每隔1min測量陽極導杆的等距壓降，並與未塗覆快速導電塗層的新陽極進行對比，發現:塗有快速導電塗層的新換陽極所測得的壓降是未塗覆快速導電塗層新換陽極壓降的1.5倍，塗有快速導電塗層的陽極完全導電的時間約為16h，而未塗覆快速導電塗層的陽極則需24h，因此可知，塗覆快速導電塗層可將新換陽極導電速度提高1.5倍。
[0047]實施例4 (三層結構)
[0048]I)第一層(粘結層)塗料的製備:將40%的Al2O3溶膠、20%的S12溶膠、10%的A1F3、5 %的碳纖維、5 %的碳化矽、10 %的B203、10 %的B4C顆粒，常溫下混合均勻即製備成塗層漿料。
[0049]2)第二層(功能層)塗料的製備:將30%的Al2O3溶膠、15%的S12溶膠、10%的A1F3、5%的碳纖維、20%的B203、20%的C粉，常溫下混合均勻即製備成塗層漿料。
[0050]3)第三層(保護層)塗料的製備:將20%的Al2O3溶膠、15%的AlF 3、20%的Li2C03、5%的碳纖維、20%的B203、20%的B4C顆粒，常溫下混合均勻即製備成塗層漿料。
[0051]4)陽極表面清洗:將組裝好的陽極調運至塗層塗裝現場，採用高壓空氣吹洗陽極底掌，除去底掌灰塵，以確保塗層粘附牢固。
[0052]5)將配好的塗層漿料依次塗覆在陽極底掌上，粘結層厚度為l_5mm，功能層厚度為5-8mm，保護層厚度為
[0053]6)將固化後的塗有快速導電塗層的新陽極用於電解，每隔1min測量陽極導杆的等距壓降，並與未塗覆快速導電塗層的新陽極進行對比，發現:塗有快速導電塗層的新換陽極所測得的壓降是未塗覆快速導電塗層新換陽極壓降的1.4倍，塗有快速導電塗層的陽極完全導電的時間約為17h，而未塗覆快速導電塗層的陽極則需24h，因此可知，塗覆快速導電塗層可將新換陽極導電速度提高1.4倍。
【權利要求】
1.一種鋁電解槽新換陽極快速導電塗層，其特徵在於，塗層的材料組成為:2-60wt%粘結劑、10-60被％添加劑、2% _20被％增強劑、2-60被％功能粒子；其中:粘結劑選用有機粘結劑、無機粘結劑、固化劑中任一種或多種；添加劑選用氟化鹽、氯化鹽或碳酸鹽中的一種或多種；增強劑選用碳纖維、碳化矽纖維、氧化鋁纖維、SiC顆粒、B4C顆粒、Si3N4顆粒中的一種或多種；功能粒子選用C粉、B203、B粉、A1粉中的一種或多種。
2.根據權利要求1所述的一種鋁電解槽新換陽極快速導電塗層，其特徵在於，粘結劑包括:A1203溶膠、MgO溶膠、Si02溶膠、環氧樹脂、酚醛樹脂、煤瀝青、磷酸鹽的一種或多種。
3.根據權利要求1所述的一種鋁電解槽新換陽極快速導電塗層，其特徵在於，添加劑包括:A1F3、KF、CaF2、LiF、MgF2、NaAlF4、NaCl、Li2C03中的一種或多種。
4.根據權利要求1所述的一種鋁電解槽新換陽極快速導電塗層，其特徵在於，是將塗層材料組分混合製備成漿料後，塗覆在陽極底掌。
5.根據權利要求1所述的一種鋁電解槽新換陽極快速導電塗層，其特徵在於，所述的快速導電塗層分為一層或者多層塗覆。
6.根據權利要求5所述的一種鋁電解槽新換陽極快速導電塗層，其特徵在於，所述的快速導電塗層分為三層塗覆。
7.根據權利要求6所述的一種鋁電解槽新換陽極快速導電塗層，其特徵在於，分三層塗覆時塗層由裡至外分別為:粘結層，厚度為l_5mm，粘接劑含量應不小於30%，功能層，厚度為5-8mm，功能層中功能粒子和添加劑總量應不小於30%，保護層，厚度為:l_3mm，保護層中功能粒子和增強劑總量應不少於30%。
8.根據權利要求1所述的一種鋁電解槽新換陽極快速導電塗層，其特徵在於，所述的快速導電塗層厚度為l_16mm。
9.根據權利要求8所述的一種鋁電解槽新換陽極快速導電塗層，其特徵在於，所述的快速導電塗層為一層時厚度5-10mm，三層時總厚度7_16mm。
10.權利要求1-9任一項所述的鋁電解槽新換陽極快速導電塗層的塗覆方法，其特徵在於，其塗覆過程包括: (1)將各組分混勻即得漿料，待用； (2)清潔陽極底掌，使陽極底掌潔淨無塵； (3)將配好的塗層漿料塗覆在陽極掌上，塗層在常溫下經過l_2h後固化。
【文檔編號】B05D5/12GK104446231SQ201410629484
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月10日 優先權日:2014年11月10日
【發明者】呂曉軍, 雙亞靜, 李劼, 賴延清 申請人:中南大學