CN101086071A - 一种提高铝电解用炭素阳极抗氧化的方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高铝电解用炭素阳极抗氧化的方法，属于铝电解工业技术领域，该方法包括底层和外层涂料制备，将配制好的底层涂料均匀的涂覆在阳极表面，厚度1－2mm，干燥后，将外层涂料涂覆在已涂过底层涂料的阳极表面，厚度1－2mm，干燥去除水分。使用有机粘结剂涂层，原料中没有含杂质，电解过程中在电解质中不会引入杂质元素，同时通过炭质过渡层可以改善第一层与基体的粘附性，使涂层与阳极之间粘附性很好。
Description
技术领域
本发明属于铝电解工业技术领域，特别涉及一种提高铝电解用炭素阳极抗氧化的方法。该方法主要是研制一种在铝电解炭阳极表面涂覆一层涂层材料，该涂层能够较少阳极的氧化损失，延长阳极的使用寿命。
背景技术
目前铝电解工业采用的霍尔-埃鲁法，阳极都使用炭素阳极。电解时，氧化铝分解释放出的氧气把阳极氧化消耗。理论上，每生产一吨铝要消耗炭量333公斤，而铝厂每生产一吨铝实际消耗的炭量在500-600公斤左右，其中非理论损耗部分主要是由于空气氧化损失和掉渣引起的。电解过程释放出大量CO2。从工人劳动强度来看，由于炭阳极属于消耗性阳极，使用一段时间(约27-30日)后需更换，这增加了劳动强度，换极后电解槽的热平衡需要一段时间后才能恢复正常。如果我们能够减少炭的高温氧化速率，那么无论是在成本，环境效益及劳动强度上都是有利的。
现有的炭阳极涂层材料存在的缺点是：
人们提出了多种涂层用以增强炭的抗氧化能力，但是这些涂层还很难在铝电解工业上得到成功应用，这主要是因为涂层在冰晶石熔盐中发生一定的溶解，并在阴极析出杂质，污染了阴极产品铝。另外，涂层材料与炭之间的粘附性较差也制约其应用。
在铝电解用炭阳极涂覆氧化铝和冰晶石混合物是当前较常用的一种实际操作，它可以在一定程度上减轻炭阳极的氧化。但是，如果这层混合物是疏松的，它就不能有效的阻止空气或氧气浸入到炭阳极表面而不能起到保护炭阳极的作用。因此需要一种既能增加阳极抗氧化性能，又能与阳极粘结很好的涂层。
发明内容
针对现有电解铝工业吨铝炭消耗量大的特点，本发明在大量实验研究的基础上提供一种在工业铝电解用炭阳极涂覆高分子比电解质和Al2O3的简便方法，以提高炭阳极在高温下的抗氧化能力，降低生产成本。
制作涂层可通过两种方法完成，第一种方法制备涂层包括以下步骤：
①将阳极表面灰尘清除干净，进行表面沙化处理；
②底层涂料制备：将炭粉或石墨粉与有机粘结剂均匀混合，其组分按重量百分比为：环氧树脂5～15％，聚酰胺树脂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于15μm；
③将配制好的底层涂料均匀的涂覆在阳极表面，厚度1-2mm，常温下自然放置8-12小时；
④外层涂料制备：将NaF/AlF3的摩尔比大于2.8的电解质与有机粘结剂均匀混合，其组分按重量百分比为：环氧树脂12～15％，聚酰胺树脂6～8％，电解质46～60％，乙醇0～12％，糠醇15～20％，要求电解质的平均粒度小于30μm，其中的电解质中氧化铝含量0-40％，冰晶石含量60-100％；
⑤将外层涂料涂覆在已涂过底层涂料的阳极表面，厚度1-2mm，常温下自然干燥8-12小时。
第二种方法制备涂层包括以下步骤：
①将阳极表面灰尘清除干净；
②底层涂料制备：将炭粉或石墨与无机粘结剂水玻璃均匀混合，其组分按重量百分比为：
炭粉或石墨粉40～60％，硅酸钠水玻璃40～60％，要求石墨粉的粒度分布小于15μm；
③将底层涂料均匀涂覆在阳极表面，厚度1-2mm，50-150℃下干燥12-24小时，除去水分；
④外层涂料制备：将NaF/AlF3的摩尔比大于2.8的电解质与无机粘结剂水玻璃均匀混合，其组分按重量百分比为：电解质55～60％，硅酸钠水玻璃40～45％，要求电解质的平均粒度小于30μm；
⑤将外层涂料均匀涂覆在已涂覆过底层涂料的阳极表面，厚度1-2mm，在50-150℃下干燥12-24小时去除水分。
本发明的优点，不但可以解决以上问题，且还有以下优点：
使用有机粘结剂涂层，原料中没有含杂质，电解过程中在电解质中不会引入杂质元素，同时通过炭质过渡层可以改善第一层与基体的粘附性，使涂层与阳极之间粘附性很好。
具体实施方式
阳极涂层材料的研制通过以下步骤和途径实现。
本发明阳极涂层的实施方式分阳极表面清理，第一层涂层混料，涂覆，干燥，第二层涂层混料、涂覆，干燥。
1)第一层涂层：将阳极表面处理干净后，使其表面粗糙，以增加涂层与阳极的粘附性；
2)按计量称取炭粉或石墨粉、环氧树脂、聚酰胺树脂、糠醇、乙醇。先将石墨粉、糠醇、乙醇投放到搅拌机中混合均匀后，将聚酰胺树脂加入到混合料中，通过添加乙醇再次调整混合涂料的液固比，使其具有最佳的粘附性和一定的流动性。
3)采用喷涂设备或人工方法将混合好的炭质胶层涂覆在阳极的四个侧面和上表面上。
4)在自然条件下放置8-12小时自然干燥。
5)第二层涂层：按计量称取NaF/AlF3的摩尔比大于2.8的电解质、环氧树脂、聚酰胺树脂、糠醇、乙醇。先将电解质、糠醇、乙醇投放到搅拌机中混合均匀后，将聚酰胺树脂加入到混合料中，通过添加乙醇再次调整混合涂料的液固比，使其具有最佳的粘附性和一定的流动性。
6)采用喷涂设备或人工方法将混合好的炭质胶层涂覆在阳极的五个面上。
7)在自然条件下放置8-12小时自然干燥即可使用。
另一种粘结剂采用硅酸钠水玻璃，涂层实施的过程如下：
1)第一层涂层：将阳极表面处理干净后，使其表面粗糙，以增加涂层与阳极的粘附性；
2)按计量称取炭粉或石墨粉、环氧树脂、聚酰胺树脂、糠醇、乙醇。先将石墨粉、糠醇、乙醇投放到搅拌机中混合均匀后，将聚酰胺树脂加入到混合料中，通过添加乙醇再次调整混合涂料的液固比，使其具有最佳的粘附性和一定的流动性。
3)采用喷涂设备或人工方法将混合好的炭质胶层涂覆在阳极的五个面上。
4)在自然条件下放置12-24小时自然干燥。
5)第二层涂层：按计量称电解质、环氧树脂、聚酰胺树脂、糠醇、乙醇。先将高分子比电解质、糠醇、乙醇投放到搅拌机中混合均匀后，将聚酰胺树脂加入到混合料中，通过添加乙醇再次调整混合涂料的液固比，使其具有最佳的粘附性和一定的流动性。
6)采用喷涂设备或人工方法将混合好的炭质胶层涂覆在阳极的五个面上。
7)在自然条件下放置12-24小时自然干燥即可使用。
实例1
在阳极炭块上涂覆由有机粘结剂构成涂层。分几步实施如下：
(1)称取炭粉620g，粒度小于30μm；环氧树脂100g，型号6101；聚酰胺树脂50g，型号203；糠醇150g；乙醇80g。
(2)先将石墨粉、糠醇、乙醇投放到搅拌机中混合均匀后，将聚酰胺树脂加入到混合料中，通过再次添加15g乙醇调整混合涂料的液固比；
(3)采用喷涂设备或人工方法将混合好的炭质胶层涂覆在阳极的五个面上，盖层涂覆的厚度1-2mm。
在自然条件下放置8-12小时自然干燥。
(4)称取NaF/AlF3摩尔分子比为3.0的冰晶石420g，氧化铝180g、环氧树脂130g，型号6101；聚酰胺树脂70g，型号203；糠醇150g；乙醇50g。
(5)先将高分子比电解质、糠醇、乙醇投放到搅拌机中混合均匀后，将聚酰胺树脂加入到混合料中，通过再次添加10g乙醇调整混合涂料的液固比，使其具有最佳的粘附性和一定的流动性。
(6)采用喷涂设备或人工方法将混合好的炭质胶层涂覆在阳极的五个面上盖层涂覆的厚度1-2mm。
(7)在自然条件下放置8-12小时自然干燥后，与未涂覆的相同碳阳极进行工业铝电解应用试验，阳极的使用寿命延长10-15％。
实例2
与例1方法相同，所用底层涂料配方为：炭粉450g，环氧树脂1 50g，聚酰胺树脂80g，糠醇200g，乙醇120g；所用外层涂料配方为：冰晶石340g，氧化铝120g，环氧树脂150g，聚酰胺树脂80g，糠醇200g，乙醇110g。
实例3
与例1方法相同，所用底层涂料配方为：炭粉650g，环氧树脂50g，聚酰胺树脂20g，糠醇180g，乙醇100g；所用外层涂料配方为：冰晶石400g，氧化铝160g，环氧树脂120g，聚酰胺树脂60g，糠醇180g，乙醇80g。
实例4
(1)称取炭粉600g，粒度小于30μm；水玻璃硅酸钠400g。
(2)先将石墨粉和硅酸钠水玻璃投放到搅拌机中混合均匀制成料浆；.
(3)采用喷涂设备或人工方法将混合好的炭质胶层涂覆在阳极的五个面上。
在自然条件下放置12-24小时自然干燥。
(4)称取NaF/AlF3摩尔分子比为3∶1的冰晶石500g，氧化铝100g，水玻璃硅酸钠400g。
(5)先将高分子比电解质、水玻璃投放到搅拌机中混合均匀后制成料浆，采用喷涂设备或人工方法将混合好的高分子比涂层料浆涂覆在阳极的五个面上。
(6)在自然条件下放置12-24小时自然干燥即可使用，与未涂覆的相同碳阳极进行工业铝电解应用试验，阳极的使用寿命延长7-12％。
实例5
(1)称取炭粉400g，粒度小于30μm；水玻璃硅酸钠600g。
(2)先将石墨粉和硅酸钠水玻璃投放到搅拌机中混合均匀制成料浆；.
(3)采用喷涂设备或人工方法将混合好的炭质胶层涂覆在阳极的五个面上。
在自然条件下放置12-24小时自然干燥。
(4)称取NaF/AlF3摩尔分子比为3∶1的冰晶石480g，氧化铝70g，水玻璃硅酸钠450g。
(5)先将高分子比电解质、水玻璃投放到搅拌机中混合均匀后制成料浆，采用喷涂设备或人工方法将混合好的高分子比涂层料浆涂覆在阳极的五个面上。
(6)在自然条件下放置12-24小时自然干燥即可使用，与未涂覆的相同碳阳极进行工业铝电解应用试验，阳极的使用寿命延长7-12％。
Claims (2)
1、一种提高铝电解用炭素阳极抗氧化的方法，其特征在于包括以下步骤：
①将阳极表面灰尘清除干净；
②底层涂料制备：将炭粉或石墨粉与有机粘结剂均匀混合，其组分按重量百分比为：环氧树脂5～15％，聚酰胺树脂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于15μm；
③将配制好的底层涂料均匀的涂覆在阳极表面，厚度1-2mm，常温下自然放置8-12小时；
④外层涂料制备：将NaF/AlF3的摩尔比大于2.8的电解质与有机粘结剂均匀混合，其组分按重量百分比为：环氧树脂12～15％，聚酰胺树脂6～8％，电解质46～60％，乙醇0～12％，糠醇15～20％，要求电解质的平均粒度小于30μm，其中的电解质中氧化铝含量0-40％，冰晶石含量60-100％；
⑤将外层涂料涂覆在已涂过底层涂料的阳极表面，厚度1-2mm，常温下自然干燥8-12小时。
2、一种提高铝电解用炭素阳极抗氧化的方法，其特征在于包括以下步骤：
①将阳极表面灰尘清除干净；
②底层涂料制备：将炭粉或石墨与无机粘结剂水玻璃均匀混合，其组分按重量百分比为：
炭粉或石墨粉40～60％，硅酸钠水玻璃40～60％，要求石墨粉的粒度分布小于15μm；
③将底层涂料均匀涂覆在阳极表面，厚度1-2mm，50-150℃下干燥12-24小时，除去水分；
④外层涂料制备：将NaF/AlF3的摩尔比大于2.8的电解质与无机粘结剂水玻璃均匀混合，其组分按重量百分比为：电解质55～60％，硅酸钠水玻璃40～45％，要求电解质的平均粒度小于30μm；
⑤将外层涂料均匀涂覆在已涂覆过底层涂料的阳极表面，厚度1-2mm，在50-150℃下干燥12-24小时去除水分。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20091021 Termination date: 20110627 |