CN101974766B

CN101974766B - 一种炭素预焙阳极

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Publication number: CN101974766B
Application number: CN2010105067052A
Authority: CN
Inventors: 高小明; 夏春福; 彭财义; 刘诚学; 刘六中
Original assignee: Hunan Shengtong Technology Group Co Ltd
Current assignee: Suntown Technology Group Co Ltd
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: CN101974766A

Abstract

本发明公开了一种铝电解行业的炭素预焙阳极，其骨料包括煅后焦、残极和生碎，其中，煅后焦占骨料总重量的百分比为：粒径为6-3mm的煅后焦占10-20％，3-0mm的煅后焦占30-55％，煅后焦200目粉料占20-35％。该阳极配方除去炭素预焙阳极配方中的粗颗粒煅后焦，并增加炭素预焙阳极配方中细颗粒煅后焦和煅后焦200目粉料的比重，从而提高阳极体积密度、抗压强度，并降低电阻率。

Description

一种炭素预焙阳极

技术领域

本发明涉及铝电解技术领域，尤其涉及一种炭素预焙阳极。

背景技术

炭素预焙阳极于铝电解槽的上部，是铝电解槽的心脏；它不仅承担着向电解槽导入直流电和参与电化学反应的任务，不断消耗；炭素预焙阳极质量和工作状况的好坏，还直接影响着铝电解生产的主要工艺技术、生产成本和生产稳定性。

炭素预焙阳极的制备流程主要包括原料预处理、石油焦煅烧、破碎、筛分、配料、粘结剂预处理、混捏、糊料成型、焙烧、组装等工序，其中，配料是指根据预定配方，将处理过的骨料(如各种粒度的煅后石油焦、残极等)混合在一起。

目前，炭素预焙阳极的典型配方为粒度为12-6mm的粗煅后焦颗粒占14-20％，粒度为6-3mm的中煅后焦颗粒占8-10％，3-0mm的细煅后焦颗粒占45-54％，其余为煅后焦200目粉料、残极、生碎和粘结剂沥青。

研究发现，在骨料中＞6mm颗粒较多时，细料、粉料不足以填满粗颗粒间隙，则导致阳极体积密度偏低，从而影响到阳极的电阻率、强度等技术指标。

发明内容

本发明实施例提供了一种无粗颗粒、增加中细颗粒煅后焦的炭素预焙阳极，使得阳极的体积密度稳定在较高水平。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种炭素预焙阳极，其骨料包括煅后焦、残极和生碎，煅后焦占骨料总重量的百分比为：

粒径为6-3mm的煅后焦 8-20％

3-0mm的煅后焦 30-55％

煅后焦200目粉料 20-35％

优化地，残极占骨料总重量的百分比为18-24％。

优化地，残极中粒径为12-3mm的残极与3-0mm的残极重量比为(3～2)∶1。

优化地，3-0mm的残极占残极总重量的100％。

优化地，生碎占骨料总重量的百分比为：

粒径小于12mm的生碎 6-3％

优化地，煅后焦占骨料总重量的百分比为：

3-0mm的煅后焦 35-42％

优化地，煅后焦200目粉料占骨料总重量的百分比为：

煅后焦200目粉料 23-28％

优化地，粉料的纯度不小于55％。

优化地，预焙阳极还包括重量百分比为13-16％的沥青；该沥青为中温沥青和/或改质沥青。

与现有的技术相比，本发明配方具有以下有益效果：

1、提高阳极体积密度：本发明配方使用具有合理级配的细颗粒和粉料，让各级颗粒的空隙都被逐级充填；

2、增强阳极抗压强度：细颗粒和粉料与粘结剂沥青形成“胶料”，将炭素颗粒紧密粘合在一起；

3、降低电阻率：经测定，粉料的比表面积为颗粒料的数十倍，在干料组成中，粉料部分的表面积约为体系总表面积的90％以上，而颗粒料的表面积不足10％；本发明配方增大阳极骨料体系的总表面积，增大颗粒间接触点或接触面积，则降低阳极电阻率。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例通过除去炭素预焙阳极配方中的粗颗粒煅后焦，并增加炭素预焙阳极配方中细颗粒煅后焦和煅后焦200目粉料的比重，从而提高阳极体积密度。

体积密度(又称显密度)，是阳极原料的质量与其总体体积之比值，即体积密度＝质量/(物质体积+开口+闭口气孔体积)；体积密度越大，则阳极的强度随之增强，并且气孔率降低，电阻率降低。

特别是，本发明增加炭素预焙阳极配方中3-0mm的细颗粒煅后焦和煅后焦200目粉料的比重，是因为这些细颗粒和粉料不仅是充填颗粒孔隙的主要成分，而且可与粘结剂沥青形成“胶料”，将阳极炭素大颗粒紧密粘合在一起的强胶合剂，大大提高阳极的体积密度，减小其气孔率，对于提高制品的机械强度、导电性及导热性等都极为有利。

以下为具体实施例。本发明使用的沥青粉为中温沥青和/或改质沥青，不影响本发明实施例的实现。

实施例一、

称取粒径为6-3mm的煅后焦0.3kg、3-0mm的煅后焦1.5kg、煅后焦200目粉料0.9kg，即总重为3Kg骨料的10％粒径为6-3mm的煅后焦、50％3-0mm的煅后焦、30％煅后焦200目粉料及10％的残极、生碎，其中，粉料的纯度不小于55％，即粉料中粒径小于200目(-0.075mm)料占粉料质量的百分比值不小于55％。

将上述原料倒入混捏机中混捏均匀，10分钟后加入改质沥青粉0.53kg，即占骨料和沥青总重15％的沥青，再混捏10分钟，然后加热至150-200℃，40分钟后取出。

糊料静置1小时后，烘烤至200℃，同时将压样模具升温烘模，50分钟后取出糊料及压样模具。1分钟之内将糊料倒入压样模具的凹模腔内捣实并平整表面，置于液压机下，按0.5N/mm²·s的速度压样，达到体积密度1.65g/cm³的刻度线后关闭液压机油门，保压至40KN时进行脱模。

将本实施例制得的阳极生块样品进行焙烧，采用19.5h焙烧曲线，终温1000℃：

温度区间	升温速率	升温时间
			室温-270℃	71℃/h	3.5h
270-670℃	50℃/h	8h
			670-1000℃	66℃/h	5h

[0038]

1000℃保温	0℃/h	3h
			1000℃-室温	自由降温	48h以上

上述焙烧曲线设置遵循“两头快，中间慢”原则，在保证样品不开裂的前提下，尽量提高升温速率，这样有利于提高炭块产量，降低炭块生产能耗。

检测本实施例制得的阳极样品的体积密度为1.57g/cm³，电阻率为51.02μΩ·m。

以下实施例中对使用粉料的纯度要求同实施例一，不再赘述。

实施例二、

称取粒径为6-3mm的煅后焦0.3kg、3-0mm的煅后焦1.14kg、煅后焦200目粉料1.05kg，即总重为3Kg骨料的10％粒径为6-3mm的煅后焦、38％3-0mm的煅后焦、35％煅后焦200目粉料及7％的残极、生碎，倒入混捏机中混捏均匀，10分钟后加入改质沥青粉0.49kg，即占骨料和沥青总重14％的沥青，再混捏10分钟，然后加热至150℃，40分钟后取出。

焙烧步骤如实施例一所述，检测本实施例制得的阳极样品的体积密度为1.59g/cm³，电阻率为49.27μΩ·m。

实施例三、

称取粒径为6-3mm的煅后焦0.45kg、3-0mm的煅后焦1.65kg、煅后焦200目粉料0.6kg，即总重为3Kg骨料的15％粒径为6-3mm的煅后焦、55％3-0mm的煅后焦、20％煅后焦200目粉料及10％的残极、生碎，倒入混捏机中混捏均匀，10分钟后加入改质沥青粉0.51kg，即占总重14.5％的沥青，再混捏10分钟，然后加热至165℃，40分钟后取出。

焙烧步骤如实施例一所述，检测本实施例制得的阳极样品的体积密度为1.58g/cm³，电阻率为49.82μΩ·m。

实施例四、

称取粒径为6-3mm的煅后焦0.6kg、3-0mm的煅后焦0.96kg、煅后焦200目粉料0.84kg，即总重为3Kg骨料的20％粒径为6-3mm的煅后焦、32％3-0mm 的煅后焦、28％煅后焦200目粉料及20％的残极、生碎，倒入混捏机中混捏均匀，10分钟后加入改质沥青粉0.55kg，即占总重15.5％的沥青，再混捏10分钟，然后加热至200℃，40分钟后取出。

焙烧步骤如实施例一所述，检测本实施例制得的阳极样品的体积密度为1.58g/cm³，电阻率为48.98μΩ·m。

实施例五、

称取粒径为6-3mm的煅后焦0.36kg、3-0mm的煅后焦1.26kg、煅后焦200目粉料0.75kg，即总重为3Kg骨料的12％粒径为6-3mm的煅后焦、42％3-0mm的煅后焦、25％煅后焦200目粉料及21％的残极、生碎，倒入混捏机中混捏均匀，10分钟后加入改质沥青粉0.57kg，即占总重16％的沥青，再混捏10分钟，然后加热至190℃，40分钟后取出。

焙烧步骤如实施例一所述，检测本实施例制得的阳极样品的体积密度为1.58g/cm³，电阻率为48.72μΩ·m。

实施例一至五如下表所示：

以上实施例一至五为不限定残极、生碎粒径的阳极骨料配方；以下实施例六至九为添加不同粒径的残极、生碎的阳极骨料配方。

残极是电解铝厂电解车间炭素预焙阳极经28-32天电解高温焙烧后的残留部分，残极量一般是阳极炭块量的15％～25％。残极长期与电解质接触，含有较高的电解质成分，如铝、钠、钾、钙、镁、锂、氟等成分，外表往往附有电解质所形成的硬壳。从电解槽上更换下的残极组，应先清除残极表面的电解质硬壳(电解质会影响炭素制品的导电性能和氧化活性)，然后用残极压脱机或人工使残极与导杆分离。残极经过破碎、筛分，可分成不同的粒度。

生碎为阳极成型过程中的废料、废生块破碎料，成分与生块基本一致。

残极和生碎的合理使用弥补了煅后焦焦孔气孔率较高的缺陷，有助于提高生阳极体积密度、耐压强度，残极和生碎的精确计量则使得阳极指标可控，利于稳定阳极质量。并且，残极和生碎是阳极生产中不可避免的衍生品，及时回收利用可降低阳极生产成本。

本发明实施例中添加的残极和生碎粒度均小于12mm，增大阳极骨料体系的总表面积，增大颗粒间接触点或接触面积。

并且，夹杂在残极和生碎中的灰分和少量电解质在电解阳极使用过程中又进入到电解槽中，成为电解质的一部分，不会影响电解铝工艺参数和产品质量。

实施例六、

称取粒径为6-3mm的煅后焦0.48kg、3-0mm的煅后焦1.05kg、煅后焦200目粉料0.84kg、粒径为12-3mm的残极0.36kg、3-0mm的残极0.18kg、粒径小于12mm的生碎0.09kg，即总重为3Kg骨料的16％粒径为6-3mm的煅后焦、35％3-0mm的煅后焦、28％煅后焦200目粉料及12％的粒径为12-3mm的残极、6％3-0mm的残极、3％粒径小于12mm的生碎；即粒径为12-3mm的残极与3-0mm的残极重量比为2∶1。

将上述原料倒入混捏机中混捏均匀，10分钟后加入改质沥青粉0.45kg，即占总重13％的沥青，再混捏10分钟，然后加热至178℃，40分钟后取出。

焙烧步骤如实施例一所述，检测本实施例制得的阳极样品的体积密度为1.57g/cm³，电阻率为48.48μΩ·m。

实施例七、

称取粒径为6-3mm的煅后焦0.3kg、3-0mm的煅后焦1.4kg、煅后焦200目粉料0.69kg、粒径为12-3mm的残极0.51kg、3-0mm的残极0.21kg、粒径小于12mm的生碎0.09kg，即总重为3Kg骨料的10％粒径为6-3mm的煅后焦、40％3-0mm的煅后焦、23％煅后焦200目粉料及17％的粒径为12-3mm的残极、7％3-0mm的残极、3％粒径小于12mm的生碎，即粒径为12-3mm的残极与3-0mm的残极重量比为17：7，约为2.42∶1。

将上述原料倒入混捏机中混捏均匀，10分钟后加入改质沥青粉0.53kg，即占总重15％的沥青，再混捏10分钟，然后加热至185℃，40分钟后取出。焙烧步骤如实施例一所述，检测本实施例制得的阳极样品的体积密度为1.58g/cm³，电阻率为48.69μΩ·m。

实施例八、

称取粒径为6-3mm的煅后焦0.42kg、3-0mm的煅后焦0.9kg、煅后焦200目粉料0.78kg、粒径为12-3mm的残极0.54kg、3-0mm的残极0.18kg、粒径小于12mm的生碎0.18kg，即总重为3Kg骨料的14％粒径为6-3mm的煅后焦、30％3-0mm的煅后焦、26％煅后焦200目粉料及18％的粒径为12-3mm的残极、6％3-0mm的残极、6％粒径小于12mm的生碎，即粒径为12-3mm的残极与3-0mm的残极重量比为3∶1。

将上述原料倒入混捏机中混捏均匀，10分钟后加入改质沥青粉0.49kg，即占总重14％的沥青，再混捏10分钟，然后加热至195℃，40分钟后取出。焙烧步骤如实施例一所述，检测本实施例制得的阳极样品的体积密度为1.57g/cm³，电阻率为49.07μΩ·m。

实施例九

称取粒径为6-3mm的煅后焦0.24kg、3-0mm的煅后焦1.35kg、煅后焦200目粉料0.72kg、3-0mm的残极0.54kg、粒径小于12mm的生碎0.15kg，即总重为3Kg骨料的8％粒径为6-3mm的煅后焦、45％3-0mm的煅后焦、26％煅后焦200目粉料及0％的粒径为12-3mm的残极、18％3-0mm的残极、5％粒径小于12mm的生碎，即残极全部为3-0mm的细颗粒。

将上述原料倒入混捏机中混捏均匀，10分钟后加入改质沥青粉0.61kg，即占总重17％的沥青，再混捏10分钟，然后加热至160℃，40分钟后取出。

焙烧步骤如实施例一所述，检测本实施例制得的阳极样品的体积密度为1.59g/cm³，电阻率为48.22μΩ·m。

实施例六至九如下表所示：

以上对本发明实施例提供的一种炭素预焙阳极进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上可知，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种炭素预焙阳极，其骨料包括煅后焦、残极和生碎，其特征在于，煅后焦占骨料总重量的百分比为：

粒径为6-3mm的煅后焦 8-20%

3-0mm的煅后焦 30-55%

煅后焦200目粉料 20-35%。

2.根据权利要求1所述的炭素预焙阳极，其特征在于，残极和生碎占骨料总重量的百分比为10-21%。

3.根据权利要求1所述的炭素预焙阳极，其特征在于，残极中粒径为12-3mm的残极与3-0mm的残极重量比为（3~2）：1。

4.根据权利要求1所述的炭素预焙阳极，其特征在于，3-0mm的残极占残极总重量的100%。

5.根据权利要求1所述的炭素预焙阳极，其特征在于，生碎占骨料总重量的百分比为：

粒径小于12mm的生碎 6-3%。

6.根据权利要求1所述的炭素预焙阳极，其特征在于，3-0mm的煅后焦占骨料总重量的百分比为：

3-0mm的煅后焦 35-42%。

7.根据权利要求1所述的炭素预焙阳极，其特征在于，煅后焦200目粉料占骨料总重量的百分比为：

煅后焦200目粉料 23-28%。

8.根据权利要求1所述的炭素预焙阳极，其特征在于，粉料的纯度不小于55%。

9.根据权利要求1至8任一项所述的炭素预焙阳极，其特征在于，还包括重量百分比为13-16%的沥青。

10.根据权利要求9所述的炭素预焙阳极，其特征在于，所述沥青为中温沥青和/或改质沥青。