一種提高鋁電解用炭素陽極抗氧化的方法
2023-12-07 06:49:11
專利名稱：一種提高鋁電解用炭素陽極抗氧化的方法
技術領域：
本發明屬於鋁電解工業技術領域，特別涉及一種提高鋁電解用炭素陽極抗氧化的方法。該方法主要是研製一種在鋁電解炭陽極表面塗覆一層塗層材料，該塗層能夠較少陽極的氧化損失，延長陽極的使用壽命。
背景技術：
目前鋁電解工業採用的霍爾-埃魯法，陽極都使用炭素陽極。電解時，氧化鋁分解釋放出的氧氣把陽極氧化消耗。理論上，每生產一噸鋁要消耗炭量333公斤，而鋁廠每生產一噸鋁實際消耗的炭量在500-600公斤左右，其中非理論損耗部分主要是由於空氣氧化損失和掉渣引起的。電解過程釋放出大量CO2。從工人勞動強度來看，由於炭陽極屬於消耗性陽極，使用一段時間(約27-30日)後需更換，這增加了勞動強度，換極後電解槽的熱平衡需要一段時間後才能恢復正常。如果我們能夠減少炭的高溫氧化速率，那麼無論是在成本，環境效益及勞動強度上都是有利的。
現有的炭陽極塗層材料存在的缺點是人們提出了多種塗層用以增強炭的抗氧化能力，但是這些塗層還很難在鋁電解工業上得到成功應用，這主要是因為塗層在冰晶石熔鹽中發生一定的溶解，並在陰極析出雜質，汙染了陰極產品鋁。另外，塗層材料與炭之間的粘附性較差也制約其應用。
在鋁電解用炭陽極塗覆氧化鋁和冰晶石混合物是當前較常用的一種實際操作，它可以在一定程度上減輕炭陽極的氧化。但是，如果這層混合物是疏鬆的，它就不能有效的阻止空氣或氧氣浸入到炭陽極表面而不能起到保護炭陽極的作用。因此需要一種既能增加陽極抗氧化性能，又能與陽極粘結很好的塗層。
發明內容
針對現有電解鋁工業噸鋁炭消耗量大的特點，本發明在大量實驗研究的基礎上提供一種在工業鋁電解用炭陽極塗覆高分子比電解質和Al2O3的簡便方法，以提高炭陽極在高溫下的抗氧化能力，降低生產成本。
製作塗層可通過兩種方法完成，第一種方法製備塗層包括以下步驟①將陽極表面灰塵清除乾淨，進行表面沙化處理；
②底層塗料製備將炭粉或石墨粉與有機粘結劑均勻混合，其組分按重量百分比為環氧樹脂5～15％，聚醯胺樹脂2～8％，炭粉或石墨粉45～65％，乙醇3～12％，糠醇10～20％，要求石墨粉的粒度分布小於15μm；③將配製好的底層塗料均勻的塗覆在陽極表面，厚度1-2mm，常溫下自然放置8-12小時；④外層塗料製備將NaF/AlF3的摩爾比大於2.8的電解質與有機粘結劑均勻混合，其組分按重量百分比為環氧樹脂12～15％，聚醯胺樹脂6～8％，電解質46～60％，乙醇0～12％，糠醇15～20％，要求電解質的平均粒度小於30μm，其中的電解質中氧化鋁含量0-40％，冰晶石含量60-100％；⑤將外層塗料塗覆在已塗過底層塗料的陽極表面，厚度1-2mm，常溫下自然乾燥8-12小時。
第二種方法製備塗層包括以下步驟①將陽極表面灰塵清除乾淨；②底層塗料製備將炭粉或石墨與無機粘結劑水玻璃均勻混合，其組分按重量百分比為炭粉或石墨粉40～60％，矽酸鈉水玻璃40～60％，要求石墨粉的粒度分布小於15μm；③將底層塗料均勻塗覆在陽極表面，厚度1-2mm，50-150℃下乾燥12-24小時，除去水分；④外層塗料製備將NaF/AlF3的摩爾比大於2.8的電解質與無機粘結劑水玻璃均勻混合，其組分按重量百分比為電解質55～60％，矽酸鈉水玻璃40～45％，要求電解質的平均粒度小於30μm；⑤將外層塗料均勻塗覆在已塗覆過底層塗料的陽極表面，厚度1-2mm，在50-150℃下乾燥12-24小時去除水分。
本發明的優點，不但可以解決以上問題，且還有以下優點使用有機粘結劑塗層，原料中沒有含雜質，電解過程中在電解質中不會引入雜質元素，同時通過炭質過渡層可以改善第一層與基體的粘附性，使塗層與陽極之間粘附性很好。
具體實施例方式
陽極塗層材料的研製通過以下步驟和途徑實現。
本發明陽極塗層的實施方式分陽極表面清理，第一層塗層混料，塗覆，乾燥，第二層塗層混料、塗覆，乾燥。
1)第一層塗層將陽極表面處理乾淨後，使其表面粗糙，以增加塗層與陽極的粘附性；2)按計量稱取炭粉或石墨粉、環氧樹脂、聚醯胺樹脂、糠醇、乙醇。先將石墨粉、糠醇、乙醇投放到攪拌機中混合均勻後，將聚醯胺樹脂加入到混合料中，通過添加乙醇再次調整混合塗料的液固比，使其具有最佳的粘附性和一定的流動性。
3)採用噴塗設備或人工方法將混合好的炭質膠層塗覆在陽極的四個側面和上表面上。
4)在自然條件下放置8-12小時自然乾燥。
5)第二層塗層按計量稱取NaF/AlF3的摩爾比大於2.8的電解質、環氧樹脂、聚醯胺樹脂、糠醇、乙醇。先將電解質、糠醇、乙醇投放到攪拌機中混合均勻後，將聚醯胺樹脂加入到混合料中，通過添加乙醇再次調整混合塗料的液固比，使其具有最佳的粘附性和一定的流動性。
6)採用噴塗設備或人工方法將混合好的炭質膠層塗覆在陽極的五個面上。
7)在自然條件下放置8-12小時自然乾燥即可使用。
另一種粘結劑採用矽酸鈉水玻璃，塗層實施的過程如下1)第一層塗層將陽極表面處理乾淨後，使其表面粗糙，以增加塗層與陽極的粘附性；2)按計量稱取炭粉或石墨粉、環氧樹脂、聚醯胺樹脂、糠醇、乙醇。先將石墨粉、糠醇、乙醇投放到攪拌機中混合均勻後，將聚醯胺樹脂加入到混合料中，通過添加乙醇再次調整混合塗料的液固比，使其具有最佳的粘附性和一定的流動性。
3)採用噴塗設備或人工方法將混合好的炭質膠層塗覆在陽極的五個面上。
4)在自然條件下放置12-24小時自然乾燥。
5)第二層塗層按計量稱電解質、環氧樹脂、聚醯胺樹脂、糠醇、乙醇。先將高分子比電解質、糠醇、乙醇投放到攪拌機中混合均勻後，將聚醯胺樹脂加入到混合料中，通過添加乙醇再次調整混合塗料的液固比，使其具有最佳的粘附性和一定的流動性。
6)採用噴塗設備或人工方法將混合好的炭質膠層塗覆在陽極的五個面上。
7)在自然條件下放置12-24小時自然乾燥即可使用。
實例1在陽極炭塊上塗覆由有機粘結劑構成塗層。分幾步實施如下(1)稱取炭粉620g，粒度小於30μm；環氧樹脂100g，型號6101；聚醯胺樹脂50g，型號203；糠醇150g；乙醇80g。
(2)先將石墨粉、糠醇、乙醇投放到攪拌機中混合均勻後，將聚醯胺樹脂加入到混合料中，通過再次添加15g乙醇調整混合塗料的液固比；(3)採用噴塗設備或人工方法將混合好的炭質膠層塗覆在陽極的五個面上，蓋層塗覆的厚度1-2mm。
在自然條件下放置8-12小時自然乾燥。
(4)稱取NaF/AlF3摩爾分子比為3.0的冰晶石420g，氧化鋁180g、環氧樹脂130g，型號6101；聚醯胺樹脂70g，型號203；糠醇150g；乙醇50g。
(5)先將高分子比電解質、糠醇、乙醇投放到攪拌機中混合均勻後，將聚醯胺樹脂加入到混合料中，通過再次添加10g乙醇調整混合塗料的液固比，使其具有最佳的粘附性和一定的流動性。
(6)採用噴塗設備或人工方法將混合好的炭質膠層塗覆在陽極的五個面上蓋層塗覆的厚度1-2mm。
(7)在自然條件下放置8-12小時自然乾燥後，與未塗覆的相同碳陽極進行工業鋁電解應用試驗，陽極的使用壽命延長10-15％。
實例2與例1方法相同，所用底層塗料配方為炭粉450g，環氧樹脂1 50g，聚醯胺樹脂80g，糠醇200g，乙醇120g；所用外層塗料配方為冰晶石340g，氧化鋁120g，環氧樹脂150g，聚醯胺樹脂80g，糠醇200g，乙醇110g。
實例3與例1方法相同，所用底層塗料配方為炭粉650g，環氧樹脂50g，聚醯胺樹脂20g，糠醇180g，乙醇100g；所用外層塗料配方為冰晶石400g，氧化鋁160g，環氧樹脂120g，聚醯胺樹脂60g，糠醇180g，乙醇80g。
實例4(1)稱取炭粉600g，粒度小於30μm；水玻璃矽酸鈉400g。
(2)先將石墨粉和矽酸鈉水玻璃投放到攪拌機中混合均勻製成料漿；.
(3)採用噴塗設備或人工方法將混合好的炭質膠層塗覆在陽極的五個面上。
在自然條件下放置12-24小時自然乾燥。
(4)稱取NaF/AlF3摩爾分子比為3∶1的冰晶石500g，氧化鋁100g，水玻璃矽酸鈉400g。
(5)先將高分子比電解質、水玻璃投放到攪拌機中混合均勻後製成料漿，採用噴塗設備或人工方法將混合好的高分子比塗層料漿塗覆在陽極的五個面上。
(6)在自然條件下放置12-24小時自然乾燥即可使用，與未塗覆的相同碳陽極進行工業鋁電解應用試驗，陽極的使用壽命延長7-12％。
實例5(1)稱取炭粉400g，粒度小於30μm；水玻璃矽酸鈉600g。
(2)先將石墨粉和矽酸鈉水玻璃投放到攪拌機中混合均勻製成料漿；.
(3)採用噴塗設備或人工方法將混合好的炭質膠層塗覆在陽極的五個面上。
在自然條件下放置12-24小時自然乾燥。
(4)稱取NaF/AlF3摩爾分子比為3∶1的冰晶石480g，氧化鋁70g，水玻璃矽酸鈉450g。
(5)先將高分子比電解質、水玻璃投放到攪拌機中混合均勻後製成料漿，採用噴塗設備或人工方法將混合好的高分子比塗層料漿塗覆在陽極的五個面上。
(6)在自然條件下放置12-24小時自然乾燥即可使用，與未塗覆的相同碳陽極進行工業鋁電解應用試驗，陽極的使用壽命延長7-12％。
權利要求
1.一種提高鋁電解用炭素陽極抗氧化的方法，其特徵在於包括以下步驟①將陽極表面灰塵清除乾淨；②底層塗料製備將炭粉或石墨粉與有機粘結劑均勻混合，其組分按重量百分比為環氧樹脂5～15％，聚醯胺樹脂2～8％，炭粉或石墨粉45～65％，乙醇3～12％，糠醇10～20％，要求石墨粉的粒度分布小於15μm；③將配製好的底層塗料均勻的塗覆在陽極表面，厚度1-2mm，常溫下自然放置8-12小時；④外層塗料製備將NaF/AlF3的摩爾比大於2.8的電解質與有機粘結劑均勻混合，其組分按重量百分比為環氧樹脂12～15％，聚醯胺樹脂6～8％，電解質46～60％，乙醇0～12％，糠醇15～20％，要求電解質的平均粒度小於30μm，其中的電解質中氧化鋁含量0-40％，冰晶石含量60-100％；⑤將外層塗料塗覆在已塗過底層塗料的陽極表面，厚度1-2mm，常溫下自然乾燥8-12小時。
2.一種提高鋁電解用炭素陽極抗氧化的方法，其特徵在於包括以下步驟①將陽極表面灰塵清除乾淨；②底層塗料製備將炭粉或石墨與無機粘結劑水玻璃均勻混合，其組分按重量百分比為炭粉或石墨粉40～60％，矽酸鈉水玻璃40～60％，要求石墨粉的粒度分布小於15μm；③將底層塗料均勻塗覆在陽極表面，厚度1-2mm，50-150℃下乾燥12-24小時，除去水分；④外層塗料製備將NaF/AlF3的摩爾比大於2.8的電解質與無機粘結劑水玻璃均勻混合，其組分按重量百分比為電解質55～60％，矽酸鈉水玻璃40～45％，要求電解質的平均粒度小於30μm；⑤將外層塗料均勻塗覆在已塗覆過底層塗料的陽極表面，厚度1-2mm，在50-150℃下乾燥12-24小時去除水分。
全文摘要
一種提高鋁電解用炭素陽極抗氧化的方法，屬於鋁電解工業技術領域，該方法包括底層和外層塗料製備，將配製好的底層塗料均勻的塗覆在陽極表面，厚度1－2mm，乾燥後，將外層塗料塗覆在已塗過底層塗料的陽極表面，厚度1－2mm，乾燥去除水分。使用有機粘結劑塗層，原料中沒有含雜質，電解過程中在電解質中不會引入雜質元素，同時通過炭質過渡層可以改善第一層與基體的粘附性，使塗層與陽極之間粘附性很好。
文檔編號C25C3/00GK101086071SQ20071001188
公開日2007年12月12日 申請日期2007年6月27日 優先權日2007年6月27日
發明者石忠寧, 董少森, 王兆文, 史志榮, 徐君莉, 鄧潔, 高炳亮, 胡清濤, 楊宏傑, 陳開斌 申請人:中國鋁業股份有限公司, 東北大學