一種鋁電解用炭素陽極糊料混捏的方法

2023-09-21 07:35:35 6

專利名稱：一種鋁電解用炭素陽極糊料混捏的方法
技術領域：
本發明涉及鋁電解工業中的一種炭素陽極糊料混捏的方法。該方法屬於冶金、化工技術領域。
背景技術：
隨著鋁工業的迅速發展，預焙陽極的需求量也日益增大。炭陽極作為鋁電解槽的心臟，其質量和工作狀況的好壞對鋁電解生產是否正常及電流效率、電能消耗、產品等級等經濟技術指標影響十分巨大。大量鋁電解槽運行實踐證明電解槽70%的故障是由陽極質量差造成。因此如何提高陽極的綜合質量是一個非常重要的課題。傳統提高陽極質量的方法主要是從原料，配方級配，煤浙青用量，煤浙青改性，焙燒曲線，陽極製作工藝等方面進行研究，雖然有相關文獻從陽極糊料混捏方法上研究，但是這些研究僅僅局限於混捏溫度，混捏設備，混捏工藝改善這些方面，忽略了從陽極糊料混捏方法改善對糊料表面的煤浙青層內部結構的影響這個方向上研究。在陽極的製作過程中，糊料混捏的質量好壞，直接影響著炭陽極生塊整體質量。要想陽極糊料質量好，糊料的混捏方法很重要，傳統陽極糊料混捏的方法是把不添加任何物質的煤浙青直接往混捏鍋裡預熱的乾料中加，經過高溫混捏後即可得到糊料，接著混料成型製得陽極。在這種方法中，粉料作為填充物填充在骨料的縫隙之中，煤浙青作為粘結劑附在物料的表面並且將它們粘合在一起。本發明方法通過改進了陽極糊料的混捏方法，即將配方中部分粉料(可用球磨粉或原料煅燒和煅後焦中碎的收塵粉替代)預先添加入熔化的煤浙青中均勻攪拌後再往混捏鍋的乾料中加，然後高溫混捏，緊接著糊料成型製得陽極。本方法中粉料除了作為填充物之外還有一部分在混捏之前已經進入煤浙青中，夾有粉料的煤浙青比純煤浙青具有更強的粘合作用，含有粉料的煤浙青焙燒後，不僅浙青焦的網絡結構以及浙青焦的強度得以加強，而且單位區域形成的空隙也會比純浙青的少。國內外關於採用陽極糊料混捏的方法研究以提高鋁用炭素陽極整體性能的發明技術不多。文獻[1]分析了提高預焙陽極質量的混捏工藝以及設備特點，結果表明布斯連續混捏機在混捏過程中對糊料形成的擠壓力對浙青浸滲乾料粒子和粉料起主要作用。文獻 [2]闡述了鋁用預焙陽極高溫混捏成型新技術的產生背景、工藝技術路線研究及應用探討， 結果表明高溫混捏成型新技術有利於拓展原料範圍並且能有效降低浙青配比。文獻[3]通過對預焙陽極生產過程中混捏工序存在的影響因素進行分析，從工藝技術條件優化、設備等方面進行了改進，解決了糊料夾乾料、配方改變、糊料塑性差等問題，混捏質量得到明顯提高，預焙陽極生塊合格率由原97. 2%提高到99.2%。文獻[4]在配方及其它條件確定的條件下，結合設備特點，從混捏時間，溫度等方面進行合理的參數確定，為進一步提高預焙陽極質量創造條件。文獻[5]從骨料的預熱，混捏設備，混捏工藝，冷卻的方式等方面來研究陽極糊料的混捏，結果表明採用高預熱，適當提高混捏溫度；適當提高混捏功率可以提高糊料的混捏質量，進而提高陽極的性能。發明專利「一種鋁用炭素陽極混捏成型方法」6(申請號=200710201988. 8)涉及一種陽極混捏成型的方法，該發明主要是從骨料預熱溫度，液體浙青溫度，混捏溫度，涼料溫度，成型真空度這五個方面進行研究，而本發明則是從糊料混捏方法對糊料表面的浙青層的內部結構影響出發，屬於兩個不同的概念；發明專利「一種陽極糊料增塑的方法」7
(申請號=201010242869. 9)以及發明專利「一種陽極糊料及其製成的炭素陽極」8(申請號201010242724. 9)涉及一種陽極糊料增塑的方法，該發明的技術方案為向電解鋁行業使用的炭素陽極糊料中添加增塑劑油酸，降低液體浙青粘度及骨料浙青界面張力，從而降低浙青與骨料的溼潤角。該發明屬於向糊料中添加物質改善糊料的質量，該方法發生在混捏階段，但不屬於改變糊料混捏的方法。發明專利「一種提高預焙陽極質量的方法」9
(申請號201010242721. 該發明涉及一種提高陽極糊料質量的方法，技術方案為通過在改質浙青中添加了一定比例的中溫浙青，降低浙青整體的軟化點，改善浙青流動性，該發明只是增加粘結劑中中溫浙青的含量，同樣不屬於糊料混捏方法的改變。還有一個國外發明專利10(申請號US2010/0284236A1)介紹一種旋轉軸式的混捏機，這種混捏機很適合生產鋁用碳素陽極糊料，該專利屬於設備方向，與本發明改變陽極糊料混捏的方法不一樣。綜上所述，對於通過改善陽極糊料混捏的方法以提高陽極整體質量的研究中，目前還沒有出現從陽極糊料混捏方法改變糊料表面煤浙青層內部結構這個角度提高陽極質量的相關技術。參考文獻1、包崇愛.預焙陽極糊料混捏工藝分析[J].輕金屬，2001(11) :51。2、毛勝國.淺論鋁用預焙陽極高溫混捏成型新技術[J].四川有色金屬， 2009(10) :1。3、王振才，張鳳炳，林玉勝.提高間歇式混捏鍋混捏質量的途徑[J].山東冶金， 2005，27 (2) :23ο4、李淑娟.混捏效果對預焙陽極質量的影響[J].第一屆西北五省(區)有色金屬青年學術交流會，1998，(1) :179。5、湯斌先，尹健..混捏、成型工序對碳陽極生塊質量的影響[J].世界有色金屬， 2007，(10) :61ο6、一種鋁用炭素陽極混捏成型方法，申請(專利)號200710201988. 8，公開(公告)號:CNlol220487,公開(公告)日:2008. 07. 16。7、一種陽極糊料增塑的方法，申請(專利)號201010242869. 9，公開(公告)號 CN101928962A,公開(公告)日:2010. 12. 29。8、一種陽極糊料及其製成的炭素陽極，申請(專利)號201010242724. 9，公開 (公告)號:CN101922021A,公開(公告)日:2010. 12. 22。9、一種提高預焙陽極質量的方法，申請(專利)號:201010242721. 5，公開(公告) 號:CN101922020A,公開(公告)日:2010. 12. 22。10、MIXING AND KNEADING FOR CONTINUAL COMPOUNDING AND METHOD OF IMPLEMENTING C0NTINUALC0NP0UNDING BY MEANS OF A MIXING AND KNEADING MACHINE, Pub. No :US2010/0284236A1, Pub. Date :Nov. 11,2010.
發明內容
本發明提供了一種陽極糊料混捏的方法。該方法是將現有的炭素陽極配方中的部分粉料(即炭素球磨粉或者是炭素生產中煅燒或中碎工序的收塵粉)提前加入用於做粘結劑的熔化煤浙青中，攪拌均勻後再與乾料一起混捏、成型並焙燒獲得陽極。相比較與傳統陽極糊料混捏，該糊料混捏方法改變了糊料煤浙青層內部結構並且可以有效的提高陽極的整體性能，對當前鋁電解的節能減排具有重大的指導意義。該方法只需要在陽極生產流程上稍作改進，操作簡單，但效果明顯。一種鋁電解用炭素陽極糊料混捏的方法，包括以下步驟1)預先將部分粉料按比例加入熔化的煤浙青中攪拌均勻；所述的粉料為炭素球磨粉或者是炭素生產中煅燒或中碎工序的收塵粉；2)將乾料烘乾後放入混捏鍋中預熱；所述的乾料為骨料和剩餘的粉料混合而成， 將步驟1)製得的混合煤浙青加入混捏鍋中與乾料在混捏溫度下進行混捏一段時間後即可得到糊料；3)將糊料成型製得生陽極；生陽極經過焙燒後即得到焙燒陽極。步驟1)中製備的混合煤浙青中粉料添加量佔陽極配方中粉料總質量的5 20%; 優選10 20%。所述的粉料粒度不大於74 μ m。步驟1)中煤浙青的熔化溫度為180 200°C，熔化攪拌時間為10 30min ；煤浙青中加入粉料後攪拌器的攪拌速度為50 lOOr/min，攪拌時間為10 30min。步驟1)製備的混合煤浙青在熔化狀態下加入混捏鍋中與粉料進行混捏；或者冷卻後破碎成不大於18目的粉狀，再加入混捏鍋中與粉料進行混捏。步驟2)中乾料的預熱溫度為150-200°C，預熱時間5_10h ；混合煤浙青與乾料混捏的溫度為150 200°C，混捏時間為10 30min。步驟2)中的骨料是指煅後石油焦顆粒。本發明添加了粉料的煤浙青比純煤浙青具有更加強力的粘合作用，在焙燒過程中煤浙青發生焦化，由於球磨粉夾雜在浙青焦中，浙青焦的網絡結構以及浙青焦的強度得以加強。本發明的突出特點1、本發明無需對陽極生產工藝做大的修改，實施成本低，工藝操作簡單環保，對設備無特殊要求。2、本發明在煤浙青中預先添加的粉料與混捏時用的粉料一樣，都是來自於炭素生產中的球磨粉或者是炭素生產中煅燒(或中碎)工序的收塵粉，因此對所需原料沒有特殊要求。3、採用本發明製備的炭陽極綜合物理性能(包括體積密度、真密度、抗壓強度、電阻率、熱膨脹率以及熱導率等)優於用傳統工藝製備的炭陽極，具體比較如下(1)從圖1可以看出來，從整體上看使用本發明方法製得的陽極的體積密度比傳統方法的大，並且隨著煤浙青中粉料含量的增大，焙燒密度先增大後減少；(2)從圖2可以看出來，從整體上看使用本發明方法製得的陽極的真實密度比傳統方法的大，並且隨著煤浙青中粉料含量的增大，真實密度先減少後增大；(3)從圖3可以看到，隨著煤浙青中粉料含量的增大，使用本發明方法製得陽極的電阻率減小，並且比傳統方法製得陽極的電阻率小；(4)從圖4可以看出來，隨著煤浙青中粉料含量增加，使用本發明方法製得陽極的抗壓強度先增大後減小，並且比傳統方法製得陽極的抗壓強度大；(5)從圖5可以看出來，隨著煤浙青中粉料含量增加，使用本發明方法製得陽極的熱導率減小，並且比傳統方法製得陽極的熱導率更低即性能更優越；(6)從圖6可以看出來，隨著煤浙青中粉料含量增加，使用本發明方法製得的陽極的熱膨脹先增大後減少，並且比傳統方法製得陽極的熱膨脹低，即性能更好。


圖1體積密度與煤浙青中粉料添加量的關係；圖2真實密度與煤浙青中粉料添加量的關係；圖3電阻率與煤浙青中粉料添加量的關係；圖4抗壓強度與煤浙青中粉料添加量的關係；圖5熱導率與煤浙青中粉料添加量的關係；圖6熱膨脹率與煤浙青中粉料添加量的關係。
具體實施例方式以下結合具體的實施例對本發明的方法作進一步說明。但本發明並不限於下述實施例，在不脫離前後所述宗旨的範圍下，變化實施都包含在本發明的技術範圍內。實施例1以乾料(粗顆粒+細顆粒+粉料)1. SKg製作陽極為例1)將882g的粗顆粒石油焦，378g的細顆粒石油焦以及513g炭素球磨粉(減去添加到煤浙青中的那一部分)混合後放入200°C的烘箱中烘Mh。將烘乾後的乾料放入180°C 的混捏鍋中幹混5min。2)將外配17%的煤浙青(369g)放入溫度為180°C熔化爐中熔化lOmin，然後將佔炭素球磨粉總量的5%的炭素球磨粉(27g)加入熔化的煤浙青中；將攪拌器的攪拌速度設為70r/min，攪拌時間20min後直接加入混捏鍋。3)往混捏鍋裡經過烘乾的乾料中加入步驟幻得到的熔融混合煤浙青溼混15min， 接著將混捏後的糊料放到溫度為145°C的烘箱中涼料30min。4)將經過30min涼料的糊料放入145°C的模具中在55MPa的壓強下模壓成型，保壓時間Imin。5)將壓制好的陽極放入焙燒爐中，經過36h的焙燒即可得到焙燒陽極，具體的焙
燒曲線如下所示
3h18h4.5h4.5h6h自然冷卻
室溫 ~ 25 O °C — 65 O °C — 95 O °C ~ 1200 °C~ 1200 "C - 實施例2以乾料(粗顆粒+細顆粒+粉料)1. SKg製作陽極為例1)將882g的粗顆粒石油焦，378g的細顆粒石油焦以及486g收塵粉(減去添加到煤浙青中的那一部分)混合後放入200°C的烘箱中烘Mh。將烘乾後的乾料放入180°C的混捏鍋中幹混5min。2)將外配17%的煤浙青(369g)放入溫度為180°C熔化爐中熔化lOmin，然後將佔收塵粉總量的10%的收塵粉(54g)加入熔化的煤浙青中；將攪拌器的攪拌速度設為70r/ min，攪拌時間20min後放出冷卻制粉。3)往混捏鍋裡經過烘乾的乾料中加入步驟2)得到的粉末狀混合煤浙青溼混 15min，接著將混捏後的糊料放到溫度為145°C的烘箱中涼料30min。。4)將經過30min涼料的糊料放入145°C的模具中在55MPa的壓強下模壓成型，保壓時間Imin。5)將壓制好的陽極放入焙燒爐中，經過36h的焙燒即可得到焙燒陽極，具體的焙
燒曲線如下所示
3h18h4.5h4.5h6h自然冷卻
室溫 ~ 25 O °C— 65 O °C — 95 O °C ~ 1200 °C~ 1200 "C- 實施例3以乾料(粗顆粒+細顆粒+粉料)1. SKg製作陽極為例1)將882g的粗顆粒石油焦，378g的細顆粒石油焦以及459g炭素球磨粉(減去添加到煤浙青中的那一部分)混合後放入200°C的烘箱中烘24h。將烘乾後的乾料放入180°C 的混捏鍋中幹混5min。2)將外配17%的煤浙青(369g)放入溫度為180°C熔化爐中熔化lOmin，然後將佔炭素球磨粉總量的15%的球磨粉(81g)加入熔化的煤浙青中；將攪拌器的攪拌速度設為 70r/min，攪拌時間20min後直接加入混捏鍋。3)往混捏鍋裡經過烘乾的乾料中加入步驟2)得到的熔融混合煤浙青溼混15min， 接著將混捏後的糊料放到溫度為145°C的烘箱中涼料30min。4)將經過30min涼料的糊料放入145°C的模具中在55MPa的壓強下模壓成型，保壓時間Imin。5)將壓制好的陽極放入焙燒爐中，經過36h的焙燒即可得到焙燒陽極，具體的焙
燒曲線如下所示
3h18h4.5h4.5h6h自然冷卻
室溫 ~ 25 O °C— 65 O °C — 95 O °C ~ 1200 °C~ 1200 "C- 實施例4以乾料(粗顆粒+細顆粒+粉料)1. SKg製作陽極為例1)將882g的粗顆粒石油焦，378g的細顆粒料石油焦以及459g收塵粉(減去添加到煤浙青那一部分)混合後放入200°C的烘箱中烘24h。將烘乾後的乾料放入180°C的混捏鍋中幹混5min。2)將外配17%的煤浙青(369g)放入溫度為180°C熔化爐中熔化lOmin，然後將佔收塵粉總量的15%的收塵粉(81g)加入熔化的煤浙青中；將攪拌器的攪拌速度設為70r/ min，攪拌時間20min後放出冷卻制粉。3)往混捏鍋裡經過烘乾的乾料中加入步驟2)得到的粉末狀混合煤浙青溼混 15min，接著將混捏後的糊料放到溫度為145°C的烘箱中涼料30min。
4)將經過30min涼料的糊料放入145°C的模具中在55MPa的壓強下模壓成型，保壓時間Imin。5)將壓制好的陽極放入焙燒爐中，經過36h的焙燒即可得到焙燒陽極，具體的焙
燒曲線如下所示
3h18h4.5h4.5h6h自然冷卻
室溫 ~ 25 0°C — 65 0°C — 95 0°C ~ 1200 °C~ 1200 "C -
權利要求
1.一種鋁電解用炭素陽極糊料混捏的方法，其特徵在於，包括以下步驟1)預先將部分粉料按比例加入熔化的煤浙青中攪拌均勻；所述的粉料為炭素球磨粉或者是炭素生產中煅燒或中碎工序的收塵粉；2)將乾料烘乾後放入混捏鍋中預熱；所述的乾料為骨料和剩餘的粉料混合而成，將步驟1)製得的混合煤浙青加入混捏鍋中與乾料在混捏溫度下進行混捏一段時間後即可得到糊料；3)將糊料成型製得生陽極；生陽極經過焙燒後即得到焙燒陽極。
2.根據權利要求1所述的方法，步驟1)中製備的混合煤浙青中粉料添加量佔陽極配方中粉料總質量的5 20%。
3.根據權利要求1或2所述的方法，步驟1)中製備的混合煤浙青中粉料最佳添加量佔陽極配方中粉料總質量的10 20%。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的粉料粒度不大於74μ m。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟1)中煤浙青的熔化溫度為180 200°C，熔化攪拌時間為10 30min ；煤浙青中加入粉料後攪拌器的攪拌速度為50 IOOr/ min，攪拌時間為10 30min。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟1)製備的混合煤浙青在熔化狀態下加入混捏鍋中與粉料進行混捏；或者冷卻後破碎成不大於18目的粉狀，再加入混捏鍋中與粉料進行混捏。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟幻中乾料的預熱溫度為150-200°C， 預熱時間5-10h ；混合煤浙青與乾料混捏的溫度為150 200°C，混捏時間為10 30min。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟幻中骨料是指煅後石油焦顆粒。
全文摘要
本發明涉及一種鋁電解炭素陽極糊料混捏的方法，該方法是將炭素陽極配方中的部分粉料(即炭素球磨粉或者是炭素生產中煅燒或中碎工序的收塵粉)提前加入用於做粘結劑的熔化煤瀝青中，攪拌均勻後再與乾料一起混捏、成型並焙燒獲得陽極；該方法的目的是改善炭素陽極的體積密度、真密度、抗壓強度、電阻率、熱膨脹性等性能；該方法實施成本低、操作簡單、清潔。
文檔編號C25C3/12GK102345142SQ201110285870
公開日2012年2月8日 申請日期2011年9月23日 優先權日2011年9月23日
發明者劉業翔, 吳勝輝, 李劼, 肖勁, 賴延清, 鄧松雲 申請人:中南大學