一種電解鋁預焙陽極鋼爪防腐塗料及製備方法與流程
2024-02-07 23:36:15 2
本發明涉及新材料領域，具體涉及一種電解鋁預焙陽極鋼爪防腐塗料及製備方法。
背景技術：
電解鋁所用的陽極鋼爪的爪腿插入嵌固在碳素陽極的碳碗之中，向碳碗與陽極鋼爪的縫隙中澆鑄磷鐵水，作為連接陽極與鋁導杆的強電流導體，同時起到支撐和聯接鋁導杆的作用。陽極鋼爪在300-950℃高溫下處在空氣、氟化氫及高濃度CO2的氣氛中，不斷受到強腐蝕性熔融冰晶石蒸汽的腐蝕，縮短了鋼爪的使用周期，有研究表明陽極鋼爪氧化腐蝕自700℃就進入了加速腐蝕狀態。在陽極鋼爪與碳電極中，磷鐵環結合部以上的爪腿部分是最容易被腐蝕、氧化的部位，最終生成氧化鐵與四氧化三鐵，二者混合形成黑色的氧化物，黑色氧化物易脫落並混合於鋁電解槽覆蓋料之中，隨著覆蓋料在電解槽中的循環往復最終進入鋁液，使鋁液中鐵含量升高，鋁液品位下降，降低了陽極鋼爪的使用周期，同時Fe3+與Fe2+離子的循環放電，一定程度的降低了電流效率，給生產帶來了不利影響。
針對陽極鋼爪氧化腐蝕的問題，常見的有碳素保護環、氧化鋁保護環、鋁管保護等多種方法。碳素保護環和氧化鋁保護環都是為了提高陽極使用周期，減少換極數量，降低陽極殘極剩餘量，提高陽極利用率為目的。雖然碳素保護環能較好的保護陽極鋼爪，但是引入系統的碳素會汙染電解質，增加電解質電阻，使電解鋁能耗增加；氧化鋁保護環採用電解鋁生產用原料氧化鋁做保護環基材，雖然解決了碳素保護環對電解質冰晶石再利用的碳汙染問題，但氧化鋁保護環結構較疏鬆，並不能很好的隔離鋼爪與空氣、高濃度二氧化碳及強腐蝕電解質蒸汽，因此對陽極鋼爪的保護作用有限，所以一種能夠克服上述缺陷的、解決陽極鋼爪氧化腐蝕問題的方法可以有效延長陽極鋼爪的壽命，消除鋼爪氧化腐蝕對生產的不利影響。
技術實現要素：
本發明的目的是針對目前鋁電解存在的問題，提供一種電解鋁預焙陽極鋼爪防腐塗料及其製備方法，該塗料可解決鋁電解生產過程中鋼爪使用周期短以及鋁液中鐵含量偏高以及陽極鋼爪的高溫氧化消耗和電解質蒸汽腐蝕的問題。
為解決上述的技術問題，本發明採用以下技術方案：
一種電解鋁預焙陽極鋼爪防腐塗料的製備方法,包括原料的選取和加工，所述原料按重量百分比由陶瓷基組元28-42%、催化成膜組元18-28%、鹼金屬協同催化組元8-12%、稀土催化組元0.5-1%和餘量的水組成；其中陶瓷基組元為三氧化二鋁，催化成膜組元由鉀長石粉和氟化鈉加工而成，鹼金屬協同催化組元為氫氧化鈉,稀土催化組元為含釔稀土礦。
作為優選的，所述催化成膜組元的製作工藝是：將鉀長石、氟化鈉和含釔稀土礦混合，並對混合物依次進行球磨、煅燒、冷卻、加水球磨水洗、離心脫水和乾燥得到催化成膜組元與稀土催化組元的混合物A。
作為優選的，所述鉀長石和氟化鈉按質量比3：1混合。
作為優選的，將混合物首先進行1-3h的球磨至粒度小於3000目，再在830-850℃煅燒4h，然後冷卻至250℃以下。
作為優選的，所述乾燥是在120℃乾燥1-2h至水含量低於0.5%，然後再次球磨1-3h。
作為優選的，向混合物A中加入鹼金屬協同催化組元得到混合物B，對混合物B進行球磨、熔燒和水淬得到水淬珠。
作為優選的，所述對混合物B進行球磨、熔燒是對混合物B進行1-3h的球磨至粒徑小於325目後，在900-1100℃進行高溫熔燒。
作為優選的，將水淬珠與水混合後，經熱壓水熱溶出，得到液相產物：催化成膜組元、稀土催化組元、鹼金屬協同催化組元與水的混合物C，將混合物C與陶瓷基組元攪拌混合，製得電解鋁預焙陽極鋼爪防腐塗料。
作為優選的，所述熱壓水熱的溫度為270℃-350℃，壓力為5.5-16.5MPa。
一種電解鋁預焙陽極鋼爪防腐塗料，按重量百分比由陶瓷基組元28-42%、催化成膜組元18-28%、鹼金屬協同催化組元8-12%、稀土催化組元0.5-1%和餘量的水組成；其中陶瓷基組元為三氧化二鋁，催化成膜組元由鉀長石粉和氟化鈉加工而成，鹼金屬協同催化組元為氫氧化鈉,稀土催化組元為含釔稀土礦。
本發明防腐塗料在常溫下塗覆在陽極鋼爪表面，固化後啟動鋁電解裝置，固化後的塗料在高溫下被燒結為緻密結構，形成一個完整的高強度燒結隔離層，從而阻隔空氣、氟化氫及高濃度CO2。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明公開的陽極鋼爪防腐塗料是一種塗覆在陽極鋼爪表面的防腐塗料，在鋼爪表面被燒結為緻密結構，形成一個完整的高強度燒結隔離層，本發明具備常溫固化、施工方便、無毒、耐高溫、防腐性能優異，緻密度高、附著力好、不粘等優點，隨著溫度的逐漸升高，晶粒收縮晶縫降低，最終形成緻密的網狀結構，抵禦空氣、氟化氫氣體及高濃度CO2的侵蝕，達到防止鋼爪腐蝕的目的。
附圖說明
圖1為本發明電解鋁預焙陽極鋼爪防腐塗料製備的流程圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
實施例1：
一種電解鋁預焙陽極鋼爪防腐塗料的製作方法，其中原料包括：
陶瓷基組元：280kg 三氧化二鋁；
催化成膜組元：210kg鉀長石粉和70kg氟化鈉的混合物；
鹼金屬協同催化組元：120kg氫氧化鈉；
稀土催化組元： 10kg鈧釔石；
水：310kg。
製作方法是將稱取的鈧釔石、鉀長石粉和氟化鈉在常溫下投加於球磨機中，連續球磨2h至粒度小於3000目，再將其置於迴轉窯中在830-850℃煅燒4h，產物冷卻至250℃以下後，投入球磨水洗機，將可溶部分溶解，最後離心脫水，在120℃下乾燥1-2h至水含量低於0.5%，然後再次球磨1-3h，得到催化成膜組元與稀土催化組元的混合物；
將氫氧化鈉120kg加入上述混合物中，並進行混合球磨至粒徑小於325目，投入迴轉窯中900-1100℃熔燒2h，熔燒產物倒入冷水中，水淬製得水淬珠；
將310kg水與約410kg水淬珠混合後裝入壓力攪拌釜中熱壓水熱溶出反應4h，反應條件270-350℃，5.5-16.5MPa，製得催化成膜組元、稀土催化組元、鹼金屬協同催化組元與水的混合液相產物約720kg；
將上述製得的催化成膜組元、稀土催化組元、鹼金屬協同催化組元的混合液相產物720kg，與280kg陶瓷基組元三氧化二鋁投入混合攪拌釜，充分攪拌1h，得到產品電解鋁預焙陽極鋼爪防腐塗料1000kg。
實施例2：
一種電解鋁預焙陽極鋼爪防腐塗料的製作方法，其中原料包括：
陶瓷基組元：350kg三氧化二鋁；
催化成膜組元：172.5kg 鉀長石粉和57.5kg氟化鈉的混合物；
鹼金屬協同催化組元：100kg氫氧化鈉；
稀土催化組元： 5kg鈧釔石；
水：315kg。
製作方法是將稱取的鈧釔石、鉀長石粉和氟化鈉在常溫下投加於球磨機中，連續球磨2h至粒度小於3000目，再將其置於迴轉窯中在830-850℃煅燒4h，產物冷卻至250℃以下後，投入球磨水洗機，將可溶部分溶解，最後離心脫水，在120℃下乾燥1-2h至水含量低於0.5%，然後再次球磨1-3h，得到催化成膜組元與稀土催化組元的混合物；
將氫氧化鈉100kg加入上述混合物中，並進行混合球磨至粒徑小於325目，投入迴轉窯中900-1100℃熔燒2h，熔燒產物倒入冷水中，水淬製得水淬珠；
將315kg水與約335kg水淬珠混合後裝入壓力攪拌釜中熱壓水熱溶出反應4h，反應條件270-350℃，5.5-16.5MPa，製得催化成膜組元、稀土催化組元、鹼金屬協同催化組元與水的混合液相產物約650kg；
將上述製得的催化成膜組元、稀土催化組元、鹼金屬協同催化組元的混合液相產物650kg，與350kg陶瓷基組元三氧化二鋁投入混合攪拌釜，充分攪拌1h，得到產品電解鋁預焙陽極鋼爪防腐塗料1000kg。
實施例3：
一種電解鋁預焙陽極鋼爪防腐塗料的製作方法，其中原料包括：
陶瓷基組元：420kg 三氧化二鋁；
催化成膜組元：135kg鉀長石粉和45kg氟化鈉的混合物；
鹼金屬協同催化組元：80kg氫氧化鈉；
稀土催化組元：7.5kg鈧釔石；
水：312.5kg。
製作方法是將稱取的鈧釔石、鉀長石粉和氟化鈉在常溫下投加於球磨機中，連續球磨2h至粒度小於3000目，再將其置於迴轉窯中在830-850℃煅燒4h，產物冷卻至250℃以下後，投入球磨水洗機，將可溶部分溶解，最後離心脫水，在120℃下乾燥1-2h至水含量低於0.5%，然後再次球磨1-3h，得到催化成膜組元與稀土催化組元的混合物；
將氫氧化鈉80kg加入上述混合物中，並進行混合球磨至粒徑小於325目，投入迴轉窯中900-1100℃熔燒2h，熔燒產物倒入冷水中，水淬製得水淬珠；
將312.5kg水與約267.5kg水淬珠混合後裝入壓力攪拌釜中熱壓水熱溶出反應4h，反應條件270-350℃，5.5-16.5MPa，製得催化成膜組元、稀土催化組元、鹼金屬協同催化組元與水的混合液相產物約580kg；
將上述製得的催化成膜組元、稀土催化組元、鹼金屬協同催化組元的混合液相產物580kg，與420kg陶瓷基組元三氧化二鋁投入混合攪拌釜，充分攪拌1h，得到產品電解鋁預焙陽極鋼爪防腐塗料1000kg。
實施例4：
一種電解鋁預焙陽極鋼爪防腐塗料的製作方法，其中原料包括：
陶瓷基組元：350kg 三氧化二鋁；
催化成膜組元：172.5kg 鉀長石粉和57.5kg氟化鈉的混合物；
鹼金屬協同催化組元：100kg氫氧化鈉；
稀土催化組元： 5kg鈧釔石；
水：315kg。
製作方法是將稱取的鈧釔石、鉀長石粉和氟化鈉在25℃下投加於球磨機中，連續球磨2h至粒度小於3000目，再將其置於迴轉窯中在840℃煅燒4h，產物冷卻至250℃後，投入球磨水洗機，將可溶部分溶解，最後離心脫水，在120℃乾燥1.5h至水含量為0.5%，然後再次球磨2h，得到催化成膜組元與稀土催化組元的混合物；
將氫氧化鈉100kg加入上述混合物中，並進行混合球磨至粒徑小於325目，投入迴轉窯中1000℃熔燒2h，熔燒產物倒入冷水中，水淬製得水淬珠；
將315kg水與約335kg水淬珠混合後裝入壓力攪拌釜中熱壓水熱溶出反應4h，反應條件300℃，10.5MPa，製得催化成膜組元、稀土催化組元、鹼金屬協同催化組元與水的混合液相產物約650kg；
將上述製得的催化成膜組元、稀土催化組元、鹼金屬協同催化組元的混合液相產物650kg，與350kg陶瓷基組元三氧化二鋁投入混合攪拌釜，充分攪拌1h，得到產品電解鋁預焙陽極鋼爪防腐塗料1000kg。
實施例5：
一種電解鋁預焙陽極鋼爪防腐塗料的製作方法，其中原料包括：
陶瓷基組元：350kg 三氧化二鋁；
催化成膜組元：172.5kg 鉀長石粉和57.5kg氟化鈉的混合物；
鹼金屬協同催化組元：100kg氫氧化鈉；
稀土催化組元： 5kg鈧釔石；
水：315kg。
製作方法是將稱取的鈧釔石、鉀長石粉和氟化鈉在常溫下投加於球磨機中，連續球磨2h至粒度小於3000目，再將其置於迴轉窯中在830℃煅燒4h，產物冷卻至2450℃後，投入球磨水洗機，將可溶部分溶解，最後離心脫水，在120℃乾燥1h至水含量0.5%，然後再次球磨1h，得到催化成膜組元與稀土催化組元的混合物；
將氫氧化鈉100kg加入上述混合物中，並進行混合球磨至粒徑小於325目，投入迴轉窯中900℃熔燒2h，熔燒產物倒入冷水中，水淬製得水淬珠；
將315kg水與約335kg水淬珠混合後裝入壓力攪拌釜中熱壓水熱溶出反應4h，反應條件270℃，5.5MPa，製得催化成膜組元、稀土催化組元、鹼金屬協同催化組元與水的混合液相產物約650kg；
將上述製得的催化成膜組元、稀土催化組元、鹼金屬協同催化組元的混合液相產物650kg，與350kg陶瓷基組元三氧化二鋁投入混合攪拌釜，充分攪拌1h，得到產品電解鋁預焙陽極鋼爪防腐塗料1000kg。
實施例6：
一種電解鋁預焙陽極鋼爪防腐塗料的製作方法，其中原料包括：
陶瓷基組元：350kg 三氧化二鋁；
催化成膜組元：172.5kg 鉀長石粉和57.5kg氟化鈉的混合物；
鹼金屬協同催化組元：100kg氫氧化鈉；
稀土催化組元： 5kg鈧釔石；
水：315kg。
製作方法是將稱取的鈧釔石、鉀長石粉和氟化鈉在常溫下投加於球磨機中，連續球磨2h至粒度小於3000目，再將其置於迴轉窯中在850℃煅燒4h，產物冷卻至250℃後，投入球磨水洗機，將可溶部分溶解，最後離心脫水，在120℃下乾燥2h至水含量0.45%，然後再次球磨3h，得到催化成膜組元與稀土催化組元的混合物；
將氫氧化鈉100kg加入上述混合物中，並進行混合球磨至粒徑小於325目，投入迴轉窯中1100℃熔燒2h，熔燒產物倒入冷水中，水淬製得水淬珠；
將315kg水與約335kg水淬珠混合後裝入壓力攪拌釜中熱壓水熱溶出反應4h，反應條件350℃，16.5MPa，製得催化成膜組元、稀土催化組元、鹼金屬協同催化組元與水的混合液相產物約650kg；
將上述製得的催化成膜組元、稀土催化組元、鹼金屬協同催化組元的混合液相產物650kg，與350kg陶瓷基組元三氧化二鋁投入混合攪拌釜，充分攪拌1h，得到產品電解鋁預焙陽極鋼爪防腐塗料1000kg。
塗有本發明防腐塗料的陽極鋼爪在實際生產中應用了三個月無任何被腐蝕的痕跡，相比於現有技術中的碳素保護環、氧化鋁保護環、鋁管保護等多種方法均有顯著地優勢，其防腐能力甚至優於現有的專門防腐的塗料。在上述6個實施例中，實施例4方法得到的電解鋁預焙陽極鋼爪防腐塗料防腐效果最好，在300-950℃高溫下以及空氣、氟化氫及高濃度CO2的氣氛中1年也無任何被腐蝕的痕跡。
儘管這裡參照本發明的多個解釋性實施例對本發明進行了描述，但是，應該理解，本領域技術人員可以設計出很多其他的修改和實施方式，這些修改和實施方式將落在本申請公開的原則範圍和精神之內。更具體地說，在本申請公開、附圖和權利要求的範圍內，可以對主題組合布局的組成部件和/或布局進行多種變型和改進。除了對組成部件和/或布局進行的變形和改進外，對於本領域技術人員來說，其他的用途也將是明顯的。