CN101306949A

CN101306949A - 一种铝电解用半石墨质侧部炭块及其生产方法

Info

Publication number: CN101306949A
Application number: CNA2008103002944A
Authority: CN
Inventors: 王有来; 卢敏; 李勇
Original assignee: SICHUAN AOSTARAL ALUMINUM Co Ltd
Current assignee: SICHUAN AOSTARAL ALUMINUM Co Ltd
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2028-01-31
Also published as: CN101306949B

Abstract

本发明涉及一种铝电解用半石墨质侧部炭块及其生产方法，属于冶金领域，解决了现有半石墨质侧部炭块的制作成本较高的技术难题。本发明铝电解用半石墨质侧部炭块，是由下述重量配比的原料制备而成：废阴极内衬料30～50份、煅后无烟煤20～40份、沥青15～22份；其中，所述的废阴极内衬料是电解槽大修时产生的阴极内衬材料去除泛黄和泛白部分后所得。本发明铝电解用半石墨质侧部炭块可以用作电解槽的侧壁材料，其生产原料中加入了废阴极内衬料，避免了废阴极内衬料对环境的污染，而且其电阻率优于现有半石墨质侧部炭块，并可节约电解质的添加量，具有广阔的应用前景。

Description

一种铝电解用半石墨质侧部炭块及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种铝电解用半石墨质侧部炭块及其生产方法，属于冶金领域。

背景技术

目前，铝电解槽用半石墨质侧部炭块主要由煅后无烟煤、石墨粉、沥青等物料经过混捏成型，再经过高温焙烧而成的。煤和石墨粉是半石墨质侧部炭块的主要成分。煤是不可再生资源，目前优质无烟煤的价格偏高，而且煤炭必需在经过高温煅烧后才能用来制作半石墨质侧部炭块，一般煅烧温度都在1800-1900℃之间，所需能耗较大，再加上目前的糊料需要添加一定量的(一般都在20％以上)价格较高的石墨粉，所以半石墨质侧部炭块的制作成本较高。

大型预焙铝电解槽对侧部炭块性能的要求：(1)在侧壁的顶部和背部，对于高温500-600℃的空气，具有很大的抗氧化能力。(2)对于高温的950-970℃冰晶石熔液和铝液有很好的抗腐蚀能力。(3)对于铝润湿不良。(4)具有良好的导热能力和机械强度。(5)具有很好的电阻率，对绝缘性要求要尽量高，以减少电解槽水平电流的损失。由于碳氮化硅砖作为电解槽的侧壁材料具有抗腐蚀能力强、导热性好、机械强度高及导热性好的优良特性，所以，目前也有很多铝电解企业采用碳氮化硅砖作为电解槽的侧壁材料，但是该材料生产工艺较为复杂，价格比较昂贵，这大大增加了企业的生产成本。因此，一种性能优良且成本低廉的解槽用侧壁材料是本领域的迫切需求。

发明内容

本发明的第一个目的是针对上述不足，提供一种性能优良且成本较低的铝电解用半石墨质侧部炭块。

本发明铝电解用半石墨质侧部炭块，是由下述重量配比的原料制备而成：废阴极内衬料30～50份、煅后无烟煤20～40份、沥青15～22份；其中，所述的废阴极内衬料是电解槽大修时产生的阴极内衬材料去除泛黄和泛白部分后所得。

进一步的，上述铝电解用半石墨质侧部炭块，是由下述重量配比的原料制备而成：废阴极内衬料35～45份、煅后无烟煤30～40份、沥青15～20份。

由于废阴极内衬的石墨化程度非常高，所以上述原料中未添加石墨粉，也可以根据具体需要在上述的原料中加入石墨粉，加入的石墨粉按重量配比不超过5份。

进一步的，为了使原料混合均匀，使制备的铝电解用半石墨质侧部炭块的性能更好，上述的废阴极内衬料的粒度＜2mm，上述的石墨粉粒度＜4mm，上述的煅后无烟煤的粒度＜12.5mm。

更进一步的，上述的煅后无烟煤中25～35％的粒度为12～4.5mm，40～50％的粒度为1～4.5mm，20～30％的粒度≤0.15mm。

本发明的第二个目的是提供一种上述的铝电解用半石墨质侧部炭块的制备方法，包括如下步骤：

a、备料，将沥青熔化，按重量配比将废阴极内衬料、煅后无烟煤(如果原料中有石墨粉，则还需加入石墨粉)加入到熔化的沥青中，混合并加热到140～160℃，搅拌均匀；

b、成型，将混匀后的原料加工成型；

c、焙烧，将成型后的原料焙烧，焙烧温度曲线如下：150-450℃，升温速度3℃/h；450-600，升温速度2℃/h；600-700℃，升温速度2.5℃/h；700-1000℃，升温速度5℃/h；1000-1250℃，升温速度6.25℃/h；1250℃，保温48-100h；1250-1000℃，降温速度2.5-3.125℃/h；空气冷却至常温，即得。

进一步的，上述铝电解用半石墨质侧部炭块的制备方法的步骤a中沥青的熔化温度为195～235℃。

进一步的，为了使生产的铝电解用半石墨质侧部炭块的质量更好，上述铝电解用半石墨质侧部炭块的制备方法的步骤b混匀后的原料加工成型的温度为110～130℃。

上述铝电解用半石墨质侧部炭块的制备方法的c步骤焙烧时，如果升温太快则可能会使挥发成份的挥发速度加快从而使半石墨质侧部炭块产生裂纹，因此需要控制升温速度。而降温太快也容易使炭块产生裂纹，会导致产品的废品率大幅上升，因此需要对降温速度进行控制。

本发明铝电解用半石墨质侧部炭块由于使用的废阴极内衬材料中的灰分较大(一般在30％左右)，所以其灰分含量也比现有半石墨质侧部炭块高。但是灰分的增加对炭块的性能影响不大，本发明铝电解用半石墨质侧部炭块的真密度、体积密度和抗压强度等都优于现有半石墨质侧部炭块，即本发明铝电解用半石墨质侧部炭块的机械性能、抗高温液体的冲刷性能都有提高。虽然本发明铝电解用半石墨质侧部炭块的灰分指标有所不足，但是它还具有现有半石墨质侧部炭块所无法达到的优点。第一：本发明铝电解用半石墨质侧部炭块的电阻率明显高于现有半石墨质侧部炭块，这有利于电解槽的正常生产，它可以减少电解槽的侧部电流从而提高铝电解槽的电流效率。第二：一般铝电解槽的碳素材料在整个电解槽的生产周期内都要不断的吸收电解质中的氟和钠，导致电解质不断的损失，而碳素材料对氟和钠的吸附能力随着碳素材料中氟和钠浓度的不断增大会逐渐下降，而废阴极内衬在电解槽中经过了45年的生产期，其本身氟和钠的浓度已经很高，即本发明铝电解用半石墨质侧部炭块对氟和钠的吸附能力低，在生产中就可以节约纯碱和氟化盐的添加量，从而进一步降低生产成本。

本发明铝电解用半石墨质侧部炭块的有益效果为：通过对废阴极内衬料的利用，避免了废阴极内衬料对环境的污染；本发明铝电解用半石墨质侧部炭块的真密度、体积密度、抗压强度、电阻率等都优于现有半石墨质侧部炭块；本发明铝电解用半石墨质侧部炭块可以大大节约企业的电解槽维修成本(300KA的大型预焙阳极电解槽每台大修筑炉可以节约14400元左右)，还能降低企业的生产成本(可以节约电解质的添加量等)。因此，本发明铝电解用半石墨质侧部炭块具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1本发明铝电解用半石墨质侧部炭块的制备

1、将电解槽大修产生的废阴极内衬进行人工筛选：将电解槽大修时产生的废阴极内衬材料分解成小块，清理掉表面的浮尘，去除表面颜色泛白和泛黄部分。

2、去除表面颜色泛白和泛黄部分的废阴极内衬人工破碎成尺寸在600mm以下的小块。

3、将人工破碎后的小块加入适量的水进行湿润，用破碎机进一步的进行破碎，粒度经筛分控制在0-2mm范围。

4、将破碎料进行烘干。

5、配料：将100kg沥青熔化，然后将废阴极内衬料175kg、煅后无烟煤200kg(约30％的粒度为12～4.5mm，50％的粒度为1～4.5mm，20％的粒度≤0.15mm)、石墨粉25kg(粒度0～4mm)加入到熔化后的沥青中，混合。

6、将配好的混合料加入到混捏锅中加热到140～160℃，并将混合料搅拌均匀。

7、将加热并混合均匀后的糊料于110～130℃下利用震动成型机进行成型加工。

8、将成型好的侧部炭块进行焙烧，焙烧期间升温速度要进行严格的控制，焙烧温度要求要达到1250℃并保持48-100小时，焙烧升温曲线按表1要求进行。

表1铝电解槽半石墨质侧部炭块焙烧曲线

升降温阶段	阶段温度(℃)	升降温时间(h)	升降温速度(℃/h)
升降温阶段	阶段温度(℃)	升降温时间(h)	升降温速度(℃/h)	1	150-450	100	3
2	450-600	75	2	1	150-450	100	3
2	450-600	75	2	3	600-700	40	2.5
4	700-1000	60	5	3	600-700	40	2.5
4	700-1000	60	5	5	1000-1250	40	6.25
6	1250	48-100	保温	5	1000-1250	40	6.25
6	1250	48-100	保温	7	1250-1000	80-100	2.5-3.125

9、将焙烧好的大块的侧部炭块按照一定的规格尺寸进行机加工后即得到半石墨质侧部炭块的成品。

实施例2本发明铝电解用半石墨质侧部炭块的制备

4、将破碎料进行烘干。

5、配料：将90kg沥青熔化，然后将废阴极内衬料225kg、煅后无烟煤185kg(约30％的粒度为12～4.5mm，50％的粒度为1～4.5mm，20％的粒度≤0.15mm)加入到熔化后的沥青中，混合。

试验例1本发明铝电解用半石墨质侧部炭块的性能测定

1、对实施例1、2制备的本发明铝电解用半石墨质侧部炭块进行性能测定，测定结果见表3、表4，铝电解槽用半石墨质侧部炭块理化性能的行业标准(YS/T287-2005)见表2。

表2YS/T287-2005标准

项目	指标
项目	指标	灰分(％)	≤8
真密度(g/cm³)	≥1.88	灰分(％)	≤8
真密度(g/cm³)	≥1.88	体积密度(g/cm³)	≥1.54
抗压强度Mpa	≥30	体积密度(g/cm³)	≥1.54

表3实施例1半石墨质侧部炭块的性能测定结果

项目	指标
项目	指标	灰分(％)	12
真密度(g/cm³)	1.90	灰分(％)	12
真密度(g/cm³)	1.90	体积密度(g/cm³)	1.56
抗压强度Mpa	34	体积密度(g/cm³)	1.56

表4实施例2半石墨质侧部炭块的性能测定结果

项目	指标
项目	指标	灰分(％)	14.5
真密度(g/cm³)	1.92	灰分(％)	14.5
真密度(g/cm³)	1.92	体积密度(g/cm³)	1.59
抗压强度Mpa	37	体积密度(g/cm³)	1.59

从表2、3、4可以看出，本发明铝电解用半石墨质侧部炭块的真密度、体积密度、抗压强度都达到了YS/T287-2005标准以上

2、对实施例1、2制备的铝电解用半石墨质侧部炭块的电阻率进行测定。

测定条件：使用DCY型电阻率测试仪；测定温度：15-30℃；湿度：50％以下。

经测定，实施例1、2制备的铝电解用半石墨质侧部炭块的电阻率都达到80μΩ.m以上。在相同条件下对市售的半石墨质侧部炭块的电阻率进行测定，经测定，市售的半石墨质侧部炭块的电阻率都在40μΩ.m左右。因此，本发明铝电解用半石墨质侧部炭块的电阻率远高于现有的半石墨质侧部炭块。

目前每吨半石墨质侧部炭块(石墨含量为35％)的市场价格已经超过6500元/吨，而本发明半石墨质侧部炭块的成本每吨只要2900余元(废阴极内衬添加量按照45％计算)，每吨可以节约生产成本3600元左右。300KA大型预焙阳极电解槽每台大修筑炉需要半石墨质侧部炭块约4.0吨，即使用该发明后每台电解槽的大修费用可以节约14400元左右。因此，本发明半石墨质侧部炭块具有广阔的应用前景。

Claims

1.铝电解用半石墨质侧部炭块，其特征在于：是由下述重量配比的原料制备而成：废阴极内衬料30～50份、煅后无烟煤20～40份、沥青15～22份；其中，所述的废阴极内衬料是电解槽大修时产生的阴极内衬材料去除泛黄和泛白部分后所得。

2.根据权利要求1所述的铝电解用半石墨质侧部炭块，其特征在于：是由下述重量配比的原料制备而成：废阴极内衬料35～45份、煅后无烟煤30～40份、沥青15～20份。

3.根据权利要求1或2所述的铝电解用半石墨质侧部炭块，其特征在于：原料中还含有按重量配比不超过5份的石墨粉。

4.根据权利要求3所述的铝电解用半石墨质侧部炭块，其特征在于：所述的废阴极内衬料的粒度＜2mm，所述的石墨粉粒度＜4mm，所述的煅后无烟煤的粒度＜12.5mm。

5.根据权利要求4所述的铝电解用半石墨质侧部炭块，其特征在于：所述的煅后无烟煤中25～35％的粒度为12～4.5mm，40～50％的粒度为1～4.5mm，20～30％的粒度≤0.15mm。

6.权利要求1所述的铝电解用半石墨质侧部炭块的制备方法，包括如下步骤：

a、备料，将沥青熔化，按重量配比将废阴极内衬料、煅后无烟煤加入到熔化的沥青中，混合并加热到140～160℃，搅拌均匀；

b、成型，将混匀后的原料加工成型；

7.根据权利要求6所述的铝电解用半石墨质侧部炭块的制备方法，其特征在于：步骤a中的沥青的熔化温度为195～235℃。

8.根据权利要求6所述的铝电解用半石墨质侧部炭块的制备方法，其特征在于：步骤b混匀后的原料加工成型的温度为110～130℃。