CN101068954A - 保护性阳极涂料 - Google Patents

Abstract

一种用于减少铝电解熔炉的碳阳极的空气燃烧氧化的涂料体系包括预涂层和表面涂层，该涂层当涂覆在阳极上时能够一起保护阳极。该预涂层含有分散在合适的粘合剂溶液中的细碎的碳质材料。该表面涂层含有分散在合适的粘合剂溶液中的细碎的颗粒材料，该颗粒材料包括氧化铝和冰晶石的至少一种。

Description

保护性阳极涂料

本发明涉及一种用于保护碳阳极在铝电解熔炉中免于空气燃烧氧化的改进的涂料体系。

背景

经电解质浴液上方的空气氧化的阳极碳损耗增加了熔炼中的材料成本，并且在预烘烤的阳极的情况下其显著缩短了阳极寿命。已经提出了许多种涂料用于保护阳极免于空气燃烧氧化，但极少在商业上成功。而且发现实际上能够减少阳极燃烧的一些涂料是不可接受的，因为它们导致将不希望的杂质引入熔融的电解质或引入熔融的铝浴液。

普遍实践了用氧化铝和碎浴液的混合物覆盖预烘烤的阳极顶部。这将阳极顶部上的空气燃烧氧化减少至一定程度。然而，由于该混合物被疏松地铲涂(shovel)在阳极上，因此其可透过空气。因此，当阳极的温度上升时，在阳极顶部仍然出现空气燃烧氧化。在400℃范围内的阳极温度下氧化变得显著，并且随着升高的阳极温度严格性增加。

被铲涂在预烘烤的阳极顶部的混合物不会保护侧面，尽管该方法与Sderberg阳极无关。在没有完全令人满意的用于保护侧面的涂料存在的情况下，一些熔炉将熔融的铝喷射到阳极上以将空气燃烧氧化最小化。然而，这是危险和不令人愉快的实践，并且使得必须将小部分最终产品回收。

发明的引言和概述

本发明需求提供一种有效地减少铝熔炉的阳极的空气燃烧氧化的阳极涂料体系。

本发明的涂料体系具有预涂层(也能被称为底涂层)和表面涂层，该预涂层和表面涂层能够一起保护阳极免于空气燃烧氧化。

根据本发明，该涂料体系用于减少铝电解熔炉的碳阳极的空气燃烧氧化，其中该涂料体系包括预涂层和表面涂层，该预涂层和表面涂层当涂覆在阳极上时能够一起保护阳极，该预涂层含有分散在合适的粘合剂溶液中的细碎碳质材料，该表面涂层含有分散在合适的粘合剂溶液中的细碎颗粒材料，并且其中表面涂层的颗粒材料包括氧化铝和冰晶石的至少一种。

本发明还提供一种减少铝电解熔炉的碳阳极的空气燃烧氧化的方法，其中该阳极带有通过依次将本发明的涂料体系的预涂层和表面涂层涂覆构造的涂层。

预涂层的碳质颗粒材料优选是耐高温氧化的碳或石墨。

用于预涂层的粘合剂最优选是硅酸盐例如硅酸钠或硅酸钾的水溶液。

表面涂层的颗粒材料可以至少主要包括氧化铝。在一种优选形式中，该颗粒材料单独包括氧化铝。然而，可以使用粒状冰晶石作为氧化铝的替代或者除了氧化铝之外还可以使用粒状冰晶石。在将冰晶石与氧化铝组合使用的情况下，冰晶石优选以不大于表面涂层的全部颗粒材料的40wt％存在。最优选地，冰晶石以不超过30wt％的程度存在，以使得在表面涂层的颗粒材料中有明显占优势的氧化铝。

用于表面涂层的粘合剂最优选是硅酸盐例如硅酸钠或硅酸钾的水溶液。

预涂层和表面涂层各自优选具有约40％-约60％的颗粒材料：粘合剂固体的重量比。该比例更优选为约45％-约53％，并且在约50％的比例下获得令人满意的性能。

预涂层的颗粒材料可以具有并且优选具有比表面涂层的颗粒材料更低的平均颗粒尺寸。预涂层起到制备用于涂覆表面涂层的阳极表面以使得整个涂料体系基本是非-多孔的并且该表面涂层被牢固地粘结在阳极上的作用。

预涂层的平均颗粒尺寸可以约为15微米，一些颗粒属于亚微米尺寸。颗粒尺寸分布优选是单峰的，相对低的平均颗粒尺寸下的颗粒尺寸分布有助于将颗粒相对紧密地填充在涂覆的预涂层中。

表面涂层的颗粒材料最优选是非-单峰的。发现在表面涂层中含有双峰或三峰颗粒材料是有利的。这可以有助于在较大的平均颗粒尺寸下实现紧密填充的颗粒排列和因此基本没有孔隙的均匀涂层。还发现在涂覆之后在表面涂层的干燥期间，双峰或三峰颗粒材料将表面涂层的起泡和破裂最小化。

用于表面涂层的合适的双峰颗粒材料是具有平均颗粒尺寸约80微米的粗级分和平均颗粒尺寸约1微米的细级分的一类。希望的是约35/65-45/55并且优选约40/60的细级分：粗级分的比例。该材料优选不含任何大于1mm的颗粒。

可以通过任何合适的方式依次涂覆预涂层和表面涂层。因此，例如在预烘烤的阳极的情形中可以通过浸渍而涂覆，或者对于预烘烤的阳极和Sderberg阳极而言，可以通过喷射、湿法喷射、刷涂、涂装和粉刷(stuccoing)而涂覆。

最优选将预涂层涂覆为相对薄的涂层，以使得涂覆的涂料体系的总厚度主要归于表面涂层的厚度。这得益于预涂层的颗粒材料的相对小的颗粒尺寸。需要使得有助于涂覆薄的预涂层的固体/液体比例，同时还需要仔细选择涂覆技术以得到所需的相对薄的涂层。

在预涂层涂覆之后，在合适的温度和合适的间隔下将其干燥以除去涂覆的涂层的水分。用于干燥的时间和温度随着粘合剂体系的水含量而变化。对于预涂覆的硅酸盐-基粘合剂而言，在80-150℃下干燥至多约3小时通常是足够的。

在预涂层干燥之后，最优选将表面涂层涂覆至不超过约1mm的厚度。然后在合适的温度和合适的时间下将表面涂层干燥。对于顶涂的硅酸盐-基粘合剂而言，可以在80-200℃的温度下干燥2-8小时。在一些情形中，第一个在较低温度下并且第二个在较高温度下的两步干燥操作容易有助于防止发丝的裂纹和起泡的发展。

将预涂层和表面涂层涂覆在阳极的所有侧面上。在预烘烤的阳极的情形中，还将它们涂覆在阳极的顶部。该涂料体系的组合效应是优良的阳极氧化保护和空气燃烧氧化的显著减少。因此降低了由空气燃烧氧化产生的不定期变化的程度。

本发明促进了采用具有较高的钒和镍含量的焦炭的阳极的使用。由含钒和镍的焦炭制得的阳极更容易空气燃烧氧化。而且，覆盖阳极的全部暴露面的能力消除了浴液回路、避免了产生氧化铝并且将浴液压碎在未涂覆的阳极顶部所必需的另外的起重机运动。并且，覆盖所有表面的能力消除了从电池中取出的阳极粗端的粗糙和精细的清理。另外，该涂料体系防止了阳极粗端免于氟化物和苏打的污染，因此减少了对烘烤的碳熔炉的损害。当然，在通过减少空气燃烧氧化而有助于保持阳极的有效表面积中，本发明使得阳极能够集中于通过该阳极的电流供送，并且有助于热平衡的更好控制。本发明的体系还使得能够连续地进行喷射熔融的铝。

最后，将理解的是可以作出各种其他改进和/或改变，只要不偏离如本文中概括的本发明的精神。

Claims (20)

1.用于减少铝电解熔炉的碳阳极的空气燃烧氧化的涂料体系，其中该涂料体系包括预涂层和表面涂层，该预涂层和表面涂层当涂覆在阳极上时能够一起保护阳极，该预涂层含有分散在合适的粘合剂溶液中的细碎碳质材料，该表面涂层含有分散在合适的粘合剂溶液中的细碎颗粒材料，并且其中表面涂层的颗粒材料包括氧化铝和冰晶石的至少一种。

2.权利要求1的涂料体系，其中预涂层的颗粒材料是耐高温氧化的碳或石墨。

3.权利要求1或权利要求2的涂料体系，其中预涂层的颗粒材料分散于硅酸盐如选自硅酸钠和硅酸钾的硅酸盐的水溶液中。

4.权利要求1-3任一项的涂料体系，其中表面涂层的颗粒材料基本上包括氧化铝或冰晶石。

5.权利要求1-3任一项的涂料体系，其中表面涂层的颗粒材料主要包括氧化铝，余量是冰晶石。

6.权利要求1-5任一项的涂料体系，其中表面涂层的颗粒材料分散于硅酸盐如选自硅酸钠和硅酸钾的硅酸盐的水溶液中。

7.权利要求1-10任一项的涂料体系，其中预涂层和表面涂层各自具有约40％-约60％，如约45％-约53％的颗粒材料：粘合剂固体的重量比。

8.权利要求1-7任一项的涂料体系，其中预涂层的颗粒材料具有比表面涂层的颗粒材料更低的平均颗粒尺寸。

9.权利要求1-8任一项的涂料体系，其中预涂层的颗粒材料具有约15μm的平均颗粒尺寸，带有低至亚微米尺寸的颗粒。

10.权利要求9的涂料体系，其中预涂层的颗粒材料具有单峰颗粒尺寸分布。

11.权利要求7-10任一项的涂料体系，其中表面涂层的颗粒材料是双峰或三峰的。

12.权利要求1-10任一项的涂料体系，其中颗粒材料是双峰的并且包含平均颗粒尺寸约80μm的粗粒部分和平均颗粒尺寸约1μm的细粒部分。

13.权利要求12的涂料体系，其中细粒与粗粒部分的比例为约35/65-45/55，如约40/60，并且例如带有不含任何大于约1mm的颗粒的部分。

14.减少铝电解熔炉的碳阳极的空气燃烧氧化的方法，其中该阳极具有通过依次将权利要求1-13任一项的涂料体系的预涂层和表面涂层涂覆而构造的涂层。

15.权利要求14的方法，其中该阳极是预烘烤的阳极，并且预涂层和表面涂层各自通过相同的各自为浸渍、喷涂、湿法喷射、刷涂、涂装和粉刷的方式涂覆。

16.权利要求14的方法，其中该阳极是预烘烤的阳极，并且预涂层和表面涂层各自通过相同的各自为喷射、湿法喷射、刷涂、涂装和粉刷的方式涂覆。

17.权利要求14-16任一项的方法，其中将预涂层涂覆为相对薄的涂层，涂覆的涂料体系的总厚度主要归因于表面涂层的厚度。

18.权利要求14-17任一项的方法，其中在涂覆表面涂层之前，例如在80-150℃下将预涂层干燥至多约3小时以除去其水分。

19.权利要求14-18任一项的方法，其中例如在80-200℃下将表面涂层干燥2-8小时。

20.权利要求18或权利要求19的方法，其中以两步干燥操作将表面涂层干燥，第一步的温度比第二步的温度低。