一種電解鋁預焙陽極防氧化塗料及其製備方法與流程

2024-02-24 08:58:15 1

本發明公開了一種電解鋁預焙陽極防氧化塗料及其製備方法，屬於陽極抗氧化塗料領域。

背景技術：

碳素陽極的主要原料是石油焦、瀝青及殘極破碎料。在當前的鋁電解工藝中，難以完全隔絕陽極與空氣的接觸，更無法隔絕碳素陽極側面與CO2的接觸，陽極側部裸露在CO2之中。陽極與氧化性氣體發生的氧化還原反應和與CO2接觸發生的布多爾反應，造成了碳素陽極的過量消耗，生產一噸鋁的理論碳耗為333.3kg，世界先進水平的陽極淨耗達400kg/t-Al。特別是在瀝青與石油焦、殘極破碎料之間的選擇性氧化，瀝青的快速氧化導致殘極破碎骨料與石油焦形成突起剝落，掉落的碳渣惡化電解質的性能和鋁液質量，研究表明，電解質中碳渣含量為可達到0.01%-0.05%，使電流效率出現不同程度的下降。陽極的質量和工作狀況對電解正常生產及電流效率、電能消耗、原鋁品位等經濟技術指標影響十分巨大，因此提高陽極的抗氧化性具有重要意義。

電解鋁產量逐年增加，優質石油焦減少，碳素陽極生產企業不得不使用微量元素含量較高的石油焦，而金屬微量元素對陽極的氧化有催化作用，無法脫除，因此提高陽極本身的抗氧化性較為困難。目前，為提高陽極抗氧化性，一般在陽極表面塗覆耐高溫的緻密塗層，阻止氧化性氣體的滲透氧化，這種做法可有效降低陽極無謂消耗，減少溫室氣體排放。

陽極防氧化塗料是一種塗覆在陽極表面的防腐塗料，具有可常溫固化、乾燥迅速、施工方便、無毒、耐高溫、防腐性能優異，硬度高、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，在陽極周圍形成一個完整的高強度的燒結體，450℃~500℃完成預燒結，長期耐受800℃以上高溫，抵禦空氣、氟化氫氣體及高濃度CO2的侵蝕，最終達到防止腐蝕的目的。

技術實現要素：

針對上述現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種電解鋁預焙陽極防氧化塗料及其製備方法。該塗料是一種低溫漿料，可解決鋁電解生產過程中使用周期短及鋁液中鐵含量偏高的問題。

為實現上述目的，本發明採用的技術方案之一為：一種電解鋁預焙陽極防氧化塗料，其特徵在於，所述塗料的組分及質量百分比為：

陶瓷基連續相：由α－Al2O3及γ－Al2O3組成，佔塗料總質量的25%~40%；

陶瓷基連續催化相：由雲母粉、鉀長石粉、稀土精礦褐釔鈮礦組成，佔塗料總質量的20%~40%，褐釔鈮礦為獨居石類河流衝擊砂型礦；

鹼及鹼土金屬輔助催化相：由氫氧化鉀、氫氧化鈉、氟化鎂、水組成，佔塗料總質量的5%~10%；

陶瓷基補強相：由煅燒硅藻土粉、蒙脫土粉組成，佔塗料總質量的2%~5%；

穩定相：由矽烷偶聯劑、鋁酸脂偶聯劑組成，分別用於陶瓷基補強相、陶瓷基連續相的表面改性，佔塗料總質量的0.1%~0.4%；

成膜相：由甲基纖維素組成，佔塗料總質量的0.5%~2%；

水相：佔塗料總質量的24-25%。

優選地，上述陶瓷基連續相中各用料的質量百分比分別為85%-100%的α－Al2O3、0-15%的γ－Al2O3。

優選地，上述陶瓷基連續相為改性的陶瓷基連續相，具體是通過將1000目α－Al2O3、325目γ－Al2O3在常溫下投入運轉中的包覆式粉體改性機中，並添加佔塗料總質量0.05%~0.2%的穩定相組分鋁酸脂偶聯劑，改性機連續運行0.5~2h後完成改性，從而製得。

優選地，上述陶瓷基連續催化相中各用料的質量百分比分別為：40%~55%的雲母粉、45%~60%的鉀長石粉、＜0.5%的稀土精礦褐釔鈮礦。

優選地，上述鹼及鹼土金屬輔助催化相中各用料的質量百分比分別為：20%~35%的氫氧化鉀、10%~25%的氫氧化鈉、＜1%的氟化鎂、50%-70%的水。

優選地，上述陶瓷基補強相中各用料的質量百分比分別為：50%~70%的6000目煅燒硅藻土粉、30%~50%的3000目蒙脫土粉。

優選地，上述陶瓷基補強相為改性的陶瓷基補強相，具體是將煅燒硅藻土粉、蒙脫土粉在常溫下投入包覆式粉體改性機中，並加入佔塗料總質量0.05%-0.2%的穩定相組分矽烷偶聯劑，改性劑連續運行0.5-2h後完成改性，從而製得。

本發明採用的技術方案之二是：上述電解鋁預焙陽極防氧化塗料的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟：

（1）按質量比，準備各原料，分別完成改性陶瓷基連續相的製備，陶瓷基連續催化相與鹼及鹼土金屬輔助催化相構成的催化相的製備，改性陶瓷基補強相的製備，成膜相與水相的混合製備；其中，陶瓷基連續催化相與鹼及鹼土金屬輔助催化相構成的催化相的製備是通過先將陶瓷基連續催化相的用料按質量百分比配合後在常溫下置於雷蒙磨機中粉碎至粒度小於1250目，備用，然後將鹼及鹼土金屬輔助催化相用料中氫氧化鉀、氫氧化鈉、氟化鎂按質量百分比添加於水中進行攪拌溶解，備用，接著將粉碎的陶瓷基連續催化相和溶解的鹼及鹼土金屬輔助催化相先後投入壓熱反應釜中，開啟攪拌並通入蒸汽加熱，待壓熱反應釜中壓力上升至0.90~1.1Mpa、溫度升高至175~185℃後，停止通入直接蒸汽，保溫並維持壓力不變，連續攪拌2~4小時後完成；而成膜相與水相的混合製備是將甲基纖維素溶解於水相中，使用密閉式混合器進行充分的攪拌，直至甲基纖維素分散均一溶液透明為止，不得混入空氣，不能有可見顆粒存在；

（2）將成膜相與水相的混合物在常溫下置於攪拌釜中，在攪拌中依次加入催化相、改性陶瓷基補強相、改性陶瓷基連續相，均勻攪拌1-2h，製得成品塗料。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明製備的電解鋁預焙陽極防氧化塗料是一種水性黏稠狀流體，與水互溶，性質穩定，對人體不產生任何危害，而且在陽極表面具有極強的附著力，可在500℃燒結緻密，在碳素陽極表面形成一層緻密的陶瓷基密封層，隔絕二氧化碳、氧氣、空氣，防止碳素陽極外表面氧化剝落，進而降低碳素陽極毛耗及淨耗，從而延長1-2天的陽極換極周期。

附圖說明

圖1為本發明的製備方法流程圖。

具體實施方式

現結合附圖1及具體實施例，來對本發明作進一步的闡述。以下所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明做其他形式的限制，任何本技術領域的技術人員可能利用本發明公開的技術內容加以變更為同等變化的等效實施例。故凡是未脫離本發明方案的內容，依據本發明的技術實質對以下實施例做簡單修改或等同變化，均應落在本發明的保護範圍內。

實施例一

1000kg的電解鋁預焙陽極防氧化塗料，其組分分別為：

陶瓷基連續相：由α－Al2O3及γ－Al2O3組成，佔塗料總質量的35%，共350kg，其中α－Al2O3佔陶瓷基連續相的90%，即為315kg；、γ－Al2O3佔陶瓷基連續相的10%，即35kg；

陶瓷基連續催化相：由雲母粉、鉀長石粉、稀土精礦褐釔鈮礦組成，佔塗料總質量的30%，即300kg，其中雲母粉用量為陶瓷基連續催化相的40%，即120kg，鉀長石粉用量為陶瓷基連續催化相的59.67%，約179kg，稀土精礦褐釔鈮礦用量為陶瓷基連續催化相的0.33%，約為1kg；

鹼及鹼土金屬輔助催化相：由氫氧化鉀、氫氧化鈉、氟化鎂、水組成，佔塗料總質量的7%，即70kg，其中氫氧化鉀的用量為鹼及鹼土金屬輔助催化相的35%，即24.5kg；氫氧化鈉的用量為鹼及鹼土金屬輔助催化相的10%，即7kg；氟化鎂的用量為鹼及鹼土金屬輔助催化相的0.2%，即0.14Kg；水的用量為鹼及鹼土金屬輔助催化相的54.8%，即38.36Kg；

陶瓷基補強相：由煅燒硅藻土粉、蒙脫土粉組成，佔塗料總質量的2%,共20kg，其中6000目煅燒硅藻土粉的用量為陶瓷基補強相的70%，即14kg；3000目蒙脫土粉的用量為陶瓷基補強相的30%，即6kg；

穩定相：由矽烷偶聯劑、鋁酸脂偶聯劑組成，佔塗料總質量的0.2%，共2kg，其中矽烷偶聯劑的用量為1kg, 用於陶瓷基補強相的表面改性；而鋁酸脂偶聯劑的用量為1Kg，用於陶瓷基連續相的表面改性；

成膜相：由甲基纖維素組成，佔塗料總質量的1%，共10kg；

水相：佔塗料總質量的24.8%，共248kg。

本實施例中電解鋁預焙陽極防氧化塗料製備方法，包括如下步驟：

第一，改性陶瓷基連續相的製備：本發明中的陶瓷基連續相為改性的陶瓷基連續相，具體是將1000目α－Al2O3與325目γ－Al2O3在常溫下投入運轉中的包覆式粉體改性機中，並添加鋁酸脂偶聯劑1kg，改性機連續運行0.5~2h後完成改性，從而製得；

第二，陶瓷基連續催化相與鹼及鹼土金屬輔助催化相混合的催化相的製備：首先，將陶瓷基連續催化相的用料按質量百分比配合後在常溫下置於雷蒙磨機中粉碎至粒度小於1250目，備用，然後將鹼及鹼土金屬輔助催化相的用料按質量百分比添加於水中進行攪拌溶解，備用，接著將粉碎的陶瓷基連續催化相和溶解的鹼及鹼土金屬輔助催化相先後投入壓熱反應釜中，開啟攪拌並通入蒸汽加熱，待壓熱反應釜中壓力上升至0.90~1.1Mpa、溫度升高至175~185℃後，停止通入直接蒸汽，保溫並維持壓力不變，連續攪拌2h後完成製備；

第三，改性陶瓷基補強相的製備：本發明的陶瓷基補強相為改性的陶瓷基補強相，具體是將煅燒硅藻土粉、蒙脫土粉在常溫下投入包覆式粉體改性機中，並加入矽烷偶聯劑1kg，改性劑連續運行1h後完成改性，從而製得。

第四，成膜相與水相的混合製備：將甲基纖維素溶解於水相中，使用密閉式混合器進行充分的攪拌，直至甲基纖維素分散均一溶液透明為止，不得混入空氣，不能有可見顆粒存在；

第五，充分混合：將成膜相與水相的混合物在常溫下置於攪拌釜中，在攪拌中依次加入催化相、改性陶瓷基補強相、改性陶瓷基連續相，均勻攪拌1-2h，製得成品塗料1000kg。

實施例二

1000kg的電解鋁預焙陽極防氧化塗料，其組分分別為：

陶瓷基連續相：由α－Al2O3及γ－Al2O3組成，佔塗料總質量的40%，共400kg，其中1000目的α－Al2O3佔陶瓷基連續相的85%，即為340kg；325目γ－Al2O3佔陶瓷基連續相的15%，即60kg；

陶瓷基連續催化相：由雲母粉、鉀長石粉、稀土精礦褐釔鈮礦組成，佔塗料總質量的20%，即200kg，其中雲母粉用量為陶瓷基連續催化相的55%，即110kg，鉀長石粉用量為陶瓷基連續催化相的44.67%，約89.34kg，稀土精礦褐釔鈮礦用量為陶瓷基連續催化相的0.33%，約為0.66kg；

鹼及鹼土金屬輔助催化相：由氫氧化鉀、氫氧化鈉、氟化鎂、水組成，佔塗料總質量的10%，即100kg，其中氫氧化鉀的用量為鹼及鹼土金屬輔助催化相的20%，即20kg；氫氧化鈉的用量為鹼及鹼土金屬輔助催化相的25%，即25kg；氟化鎂的用量為鹼及鹼土金屬輔助催化相的0.5%，即0.5Kg；水的用量為鹼及鹼土金屬輔助催化相的54.5%，即54.5Kg；

陶瓷基補強相：由煅燒硅藻土粉、蒙脫土粉組成，佔塗料總質量的5%,共50kg，其中6000目煅燒硅藻土粉的用量為陶瓷基補強相的50%，即25kg；3000目蒙脫土粉的用量為陶瓷基補強相的50%，即25kg；

穩定相：由矽烷偶聯劑、鋁酸脂偶聯劑組成，佔塗料總質量的0.1%，共1kg，其中矽烷偶聯劑的用量為0.5kg, 用於陶瓷基補強相的表面改性；而鋁酸脂偶聯劑的用量為0.5Kg，用於陶瓷基連續相的表面改性；

成膜相：由甲基纖維素組成，佔塗料總質量的0.5%，共5kg；

水相：佔塗料總質量的24.4%，共244kg。

本實施例中電解鋁預焙陽極防氧化塗料製備方法，包括如下步驟：

第一，改性陶瓷基連續相的製備：本發明中的陶瓷基連續相為改性的陶瓷基連續相，具體是將1000目α－Al2O3與325目γ－Al2O3在常溫下投入運轉中的包覆式粉體改性機中，並添加鋁酸脂偶聯劑0.5kg，改性機連續運行0.5~2h後完成改性，從而製得；

第二，陶瓷基連續催化相與鹼及鹼土金屬輔助催化相混合的催化相的製備：首先，將陶瓷基連續催化相的用料按質量百分比配合後在常溫下置於雷蒙磨機中粉碎至粒度小於1250目，雷蒙磨機連續運行1h後完成，備用；然後將鹼及鹼土金屬輔助催化相除水外的用料按質量百分比添加於水中進行攪拌溶解，攪拌混合0.5h，備用，接著將粉碎的陶瓷基連續催化相和溶解的鹼及鹼土金屬輔助催化相先後投入壓熱反應釜中，開啟攪拌並通入蒸汽加熱，待壓熱反應釜中壓力上升至0.90~1.1Mpa、溫度升高至175~185℃後，停止通入直接蒸汽，保溫並維持壓力不變，連續攪拌2h後完成製備；

第三，改性陶瓷基補強相的製備：本發明的陶瓷基補強相為改性的陶瓷基補強相，具體是將6000目煅燒硅藻土粉、3000目蒙脫土粉在常溫下投入包覆式粉體改性機中，並加入矽烷偶聯劑0.5kg，改性劑連續運行1h後完成改性，從而製得。

第四，成膜相與水相的混合製備：將甲基纖維素溶解於水相中，並使用密閉式混合器進行充分的攪拌，直至甲基纖維素完成溶解、溶液透明為止，攪拌過程中不得混入空氣，不能有可見顆粒存在；

第五，充分混合：將成膜相與水相的混合物在常溫下置於攪拌釜中，開啟攪拌，在攪拌中依次加入催化相、改性陶瓷基補強相、改性陶瓷基連續相，均勻攪拌2h，製得成品塗料1000kg。

實施例三

1000kg的電解鋁預焙陽極防氧化塗料，其組分分別為：

陶瓷基連續相：由α－Al2O3及γ－Al2O3組成，佔塗料總質量的25%，共250kg，其中1000目的α－Al2O3佔陶瓷基連續相的100%，即為250kg；325目γ－Al2O3佔陶瓷基連續相的0%，即0kg；

陶瓷基連續催化相：由雲母粉、鉀長石粉、稀土精礦褐釔鈮礦組成，佔塗料總質量的40%，即400kg，其中雲母粉用量為陶瓷基連續催化相的50%，即200kg，鉀長石粉用量為陶瓷基連續催化相的49.67%，約198.68kg，稀土精礦褐釔鈮礦用量為陶瓷基連續催化相的0.33%，約為1.32kg；

鹼及鹼土金屬輔助催化相：由氫氧化鉀、氫氧化鈉、氟化鎂、水組成，佔塗料總質量的5%，即50kg，其中氫氧化鉀的用量為鹼及鹼土金屬輔助催化相的30%，即15kg；氫氧化鈉的用量為鹼及鹼土金屬輔助催化相的20%，即10kg；氟化鎂的用量為鹼及鹼土金屬輔助催化相的0.2%，即0.1Kg；水的用量為鹼及鹼土金屬輔助催化相的49.8%，即24.9Kg；

陶瓷基補強相：由煅燒硅藻土粉、蒙脫土粉組成，佔塗料總質量的3%,共30kg，其中6000目煅燒硅藻土粉的用量為陶瓷基補強相的60%，即18kg；3000目蒙脫土粉的用量為陶瓷基補強相的40%，即12kg；

穩定相：由矽烷偶聯劑、鋁酸脂偶聯劑組成，佔塗料總質量的0.4%，共4kg，其中矽烷偶聯劑的用量為2kg, 用於陶瓷基補強相的表面改性；而鋁酸脂偶聯劑的用量為2Kg，用於陶瓷基連續相的表面改性；

成膜相：由甲基纖維素組成，佔塗料總質量的2%，共20kg；

水相：佔塗料總質量的24.6%，共246kg。

本實施例中電解鋁預焙陽極防氧化塗料製備方法，包括如下步驟：

第一，改性陶瓷基連續相的製備：本發明中的陶瓷基連續相為改性的陶瓷基連續相，具體是將1000目α－Al2O3在常溫下投入運轉中的包覆式粉體改性機中，並添加鋁酸脂偶聯劑2kg，改性機連續運行0.5~2h後完成改性，從而製得；

第二，陶瓷基連續催化相與鹼及鹼土金屬輔助催化相混合的催化相的製備：首先，將陶瓷基連續催化相的用料按質量百分比配合後在常溫下置於雷蒙磨機中粉碎至粒度小於1250目，雷蒙磨機連續運行1h後完成，備用；然後將鹼及鹼土金屬輔助催化相除水外的用料按質量百分比添加於水中進行攪拌溶解，攪拌混合0.5h，備用，接著將粉碎的陶瓷基連續催化相和溶解的鹼及鹼土金屬輔助催化相先後投入壓熱反應釜中，開啟攪拌並通入蒸汽加熱，待壓熱反應釜中壓力上升至0.90~1.1Mpa、溫度升高至175~185℃後，停止通入直接蒸汽，保溫並維持壓力不變，連續攪拌2h後完成製備；

第三，改性陶瓷基補強相的製備：本發明的陶瓷基補強相為改性的陶瓷基補強相，具體是將6000目煅燒硅藻土粉、3000目蒙脫土粉在常溫下投入包覆式粉體改性機中，並加入矽烷偶聯劑2kg，改性劑連續運行1h後完成改性，從而製得。

第四，成膜相與水相的混合製備：將甲基纖維素溶解於水相中，並使用密閉式混合器進行充分的攪拌，直至甲基纖維素完成溶解、溶液透明為止，攪拌過程中不得混入空氣，不能有可見顆粒存在；

第五，充分混合：將成膜相與水相的混合物在常溫下置於攪拌釜中，開啟攪拌，在攪拌中依次加入催化相、改性陶瓷基補強相、改性陶瓷基連續相，均勻攪拌2h，製得成品塗料1000kg。