CN102775114A

CN102775114A - 一种铝电解槽用阻流块

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Publication number: CN102775114A
Application number: CN201210265749XA
Authority: CN
Inventors: 朱国平; 常正钦; 山国强; 朱其良; 彭晶晶
Original assignee: ZHEJIANG JINCHENG REFRACTORIES CO Ltd
Current assignee: Zhejiang Jincheng new material Limited by Share Ltd
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2032-07-30
Also published as: CN102775114B

Abstract

本发明涉及一种铝电解槽用阻流块，属于电解槽技术领域。一种铝电解槽用阻流块，其制备原料包括板状刚玉、尖晶石细粉、镁砂细粉、氧化铝微粉和纯铝酸钙水泥，所述原料及按重量百分比的组成比例为：板状刚玉70-85%、镁砂细粉8-15%、氧化铝微粉4-13%、铝酸钙水泥1.5-6%、尖晶石细粉0.5-3%、电熔氧化锆0.5-1%，上述原料总量为100%，外加防爆纤维0.02-0.2%、缓凝剂0.1-0.3%。本发明铝电解槽用阻流块的阻流效果好、抗侵蚀性能好和热稳定性能高。

Description

一种铝电解槽用阻流块

技术领域

本发明涉及一种铝电解槽用阻流块，属于电解槽技术领域。

背景技术

随着铝电解槽设计和操作技术水平的提高，国际国内新设计和建设的铝电解槽向大型化的方向发展。使用的电流增加到500KA-700KA甚至以上。我国的铝电解技术在电解槽的能耗方面还需要很大的改进。目前国内铝厂的直流电消耗一吨铝需要13200-13500度电，甚至有的接近14000度电。

铝电解过程中，槽电压是影响能耗的重要指标，在不改动槽结构的情况下，极距电压可降幅度占电解铝总体可降电压的70%左右，极距电压降低的主要措施就是降低电解槽极距，极距每降低1cm，槽电压将降低300mv，可节电1000KWh。由此可以看出，降低极距是铝电解节能的重要发展方向。

而现有的电解槽结构，由于磁场和电流共同作用形成电磁力，驱使铝液和电解质快速流动，界面及内部波动剧烈。为了保持电解槽的稳定生产，电解槽不得不保持4.5-5.5cm的高极距操作，以避免过多的金属铝被推向或扩散至阳极区，造成无效的二次反应和电流效率损失，制约了极距和槽电压的降低。要实现低极距而不损失电流效率，就要解决电解槽在低极距下降低铝液流速和界面的波动幅度。

抑制铝液的波动，提高电解槽的稳定性一般有两种方法。一方面从源头消除或减少铝液波动的因素，如磁场的分布，电流的分布，从而可以抑制铝液波动，提高电解槽稳定性，从而可以实现降低极距，同时电流效率也不损失。另一方面就是通过直接抑制铝液波动的方法，达到降低铝液流速，减小铝液界面波动的目的，同样实现了电解槽的稳定，从而也可以降低极距，达到节能降耗的目的。

现有采用阻流装置放置在铝电解槽中，如CN102121116(2011-7-13)公开了一种可更换的铝电解槽阴极阻流装置，阴极阻流装置放置在阴极碳块的表面，阴极阻流装置采用耐高温、耐腐蚀、比重大的莫来石、尖晶石或者锆英石材料制作。然而该专利只涉及阴极阻流装置的主要原材料而未公开阴极阻流装置的具体材料及制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种阻流效果好、抗侵蚀性能好和热稳定性能高的铝电解槽用阻流块。

本发明的技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种铝电解槽用阻流块，其制备原料包括板状刚玉、尖晶石细粉、镁砂细粉、氧化铝微粉和纯铝酸钙水泥，所述原料及按重量百分比的组成比例为：板状刚玉70-85%、镁砂细粉8-15%、氧化铝微粉4-13%、铝酸钙水泥1.5-6%、尖晶石细粉0.5-3%、电熔氧化锆0.5-1%，上述原料总量为100%，外加防爆纤维0.02-0.2%、缓凝剂0.1-0.3%。

本发明的优点为：

① 利用板状刚玉为骨料，以尖晶石细粉、镁砂细粉、氧化铝微粉为基质，使其在高温下形成了尖晶石晶相，而电熔氧化锆中的二氧化锆又促进了尖晶石晶相的生成，该种晶相产生协同增效作用，热膨胀系数小，热应力小，抗热震性好，抗侵蚀能力强，进而提高了阻流块的综合性能；

② 利用板状刚玉为骨料，以原位合成的方式复合引入尖晶石（MgAl₂O₄），尖晶石的在铝液中热稳定性能要高于α-Al₂O₃，尖晶石的引入对提高传统刚玉质耐火材料抗侵蚀性能差和热稳定性弱的缺点有较好的效果；采用纯铝酸钙作为阻流块材料体系的结合剂，结合剂本身就具有较好的耐高温的特点，不会带来各种低熔点气化物，提高了使用性能，且在刚玉质耐火材料中由于水泥带入的CaO最终会反应生成六铝酸钙，六铝酸钙或者CaO的在铝液中热稳定性能要高于α-Al₂O₃，同时结合剂产生的无数网络结构既提高了强度，又增加了产品热震稳定性；

③ 无游离二氧化硅存在，少量原料带入的二氧化硅杂质与氧化铝微粉生成了性能优良的莫来石。改变了传统的炭质阻流块增加碳排放、污染大气的缺点及纯镁铝尖晶石块的污染铝液的缺点、减少了后续工序的工作量，杜绝了金属铝液对阻流块的严重侵蚀，减少了阻流块的检修次数和维修时间；

④ 不污染滤液，阻流块密度在2.8g/cm³以上，沉在铝液里，对铝液形成阻流作用，达到降低铝液流速，减小铝液界面波动的目的，同样实现了电解槽的稳定，从而也可以降低极距，达到节能降耗的目的。

作为优选，所述缓凝剂为三聚磷酸钠或六偏磷酸钠中的一种或两种。

作为优选，所述板状刚玉的质量指标为：Al₂O₃≥99%。

作为优选，所述氧化铝微粉的质量指标为：Al₂O₃≥99%。

作为优选，尖晶石细粉的质量指标为：Al₂O₃72-75%,MgO 25-28%。

作为优选，镁砂细粉的质量指标为：MgO≥97%，Al₂O₃ 0.05-0.15%。

作为优选，纯铝酸钙水泥的质量指标为：Al₂O₃ 72-78%,CaO 11-17%。

更优选地，所述纯铝酸钙水泥是凯斯诺（中国）铝酸盐水泥有限公司的Secar71纯铝酸钙水泥。

作为优选，所述铝电解槽用阻流块的优选配比为：板状刚玉72-75%、镁砂细粉10-12%、氧化铝微粉8-10%、铝酸钙水泥3-4%、尖晶石细粉1-2%、电熔氧化锆0.5-1%混合，上述原料总量为100%，外加防爆纤维0.08-0.15%、缓凝剂0.1-0.3%。

作为优选，防爆纤维为聚氨酯类纤维。

一种铝电解槽用阻流块的制备方法，包括步骤：

A. 配料混合：按重量百分比称量板状刚玉70-85%、镁砂细粉8-15%、氧化铝微粉4-13%、铝酸钙水泥1.5-6%、尖晶石细粉0.5-3%、电熔氧化锆0.5-1%混合，上述原料总量为100%，外加防爆纤维0.02-0.2%、缓凝剂0.1-0.3%，在不同组分中加水，送入强制式搅拌机中均匀搅拌8-12min；

B. 浇注：将模具安置于振动台上，向模具中加入搅拌后的配料，启动振动台振动3-5min；自然养护35-40h后脱模，脱模后再自然养护40-50h得浇注制品；

C. 烘烤：将所述浇注制品送入1600-1650℃的高温窑烧制熔融后重结晶，得到铝电解槽用阻流块。

本发明制备方法的优点为：

① 传统的阻流块为多块组合，本发明的铝电解槽用阻流块整体浇注成一体，可以减少阻流块的整体使用量，减少阻流块体积占用的电解槽的体积，增大电解槽的使用空间；

② 无游离二氧化硅存在，少量原料带入的二氧化硅杂质与氧化铝微粉生成了性能优良的莫来石。改变了传统的炭质阻流块增加碳排放、污染大气的缺点及纯镁铝尖晶石块的污染铝液的缺点、减少了后续工序的工作量，杜绝了金属铝液对阻流块的严重侵蚀，减少了阻流块的检修次数和维修时间、延长使用寿命的、提高了系统运转率，节省了生产成本。

具体实施方式

铝电解槽用阻流块制备原料配方1（简称配方1）：按重量百分比，板状刚玉85%、镁砂细粉8%、氧化铝微粉4%、铝酸钙水泥1.5%、尖晶石细粉0.5%、电熔氧化锆0.5%混合，上述原料总量为100%，外加防爆纤维0.02%、氯化锌0.1%。

铝电解槽用阻流块制备原料配方2（简称配方2）：按重量百分比，板状刚玉70%、镁砂细粉15%、氧化铝微粉12%、铝酸钙水泥1.6%、尖晶石细粉0.8%、电熔氧化锆0.6%混合，上述原料总量为100%，外加防爆纤维0.2%、高糖木质素磺酸盐0.3%。

铝电解槽用阻流块制备原料配方3（简称配方3）：按重量百分比，板状刚玉74%、镁砂细粉11.2%、氧化铝微粉9%、铝酸钙水泥3.5%、尖晶石细粉1.5%、电熔氧化锆0.8%混合，上述原料总量为100%，外加防爆纤维0.1%、六偏磷酸钠0.2%。

铝电解槽用阻流块制备原料配方4（简称配方4）：板状刚玉72%、镁砂细粉12%、氧化铝微粉10%、铝酸钙水泥4%、尖晶石细粉1%、电熔氧化锆1%混合，上述原料总量为100%，外加聚氨酯类防爆纤维0.08%、三聚磷酸钠0.1%；

其中板状刚玉的质量指标为：Al₂O₃≥99%；

氧化铝微粉的质量指标为：Al₂O₃≥99%；

尖晶石细粉的质量指标为：Al₂O₃72-75%,MgO 25-28%；

镁砂细粉的质量指标为：MgO≥97%，Al₂O₃ 0.05-0.15%；

纯铝酸钙水泥的质量指标为：Al₂O₃ 72-78%,CaO 11-17%。

铝电解槽用阻流块制备原料配方5（简称配方5）：板状刚玉75%、镁砂细粉10%、氧化铝微粉8%、铝酸钙水泥4%、尖晶石细粉2%、电熔氧化锆1%混合，上述原料总量为100%，外加聚氨酯类防爆纤维0.15%、三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的混合物0.3%，其中三聚磷酸钠和六偏磷酸钠按质量比3:7混合；

其中板状刚玉的质量指标为：Al₂O₃≥99%；

氧化铝微粉的质量指标为：Al₂O₃≥99%；

尖晶石细粉的质量指标为：Al₂O₃72-75%,MgO 25-28%；

镁砂细粉的质量指标为：MgO≥97%，Al₂O₃ 0.05-0.15%；

纯铝酸钙水泥是凯斯诺（中国）铝酸盐水泥有限公司的Secar71纯铝酸钙水泥。

实施例一

使用配方1制备铝电解槽用阻流块：按配方1配料，在不同组分中加水，送入强制式搅拌机中均匀搅拌8min；将模具安置于振动台上，向模具中加入搅拌后的配料，启动振动台振动3min；自然养护35h后脱模，脱模后再自然养护40h得浇注制品；将浇注制品送入1600℃的高温窑烧制熔融后重结晶，得到铝电解槽用阻流块。经测试，产品性能指标见表1。

本发明阻流块整体浇注成一体后，依靠自身重量阻挡铝液流动，相比于传统的多块组合，可以减少阻流块的整体使用量，减少阻流块体积占用的电解槽的体积，增大电解槽的使用空间，并在电解槽中做到无缝阻流，阻流块的阻流效果提高。

实施例二

使用配方2制备铝电解槽用阻流块：按配方2配料，在不同组分中加水，送入强制式搅拌机中均匀搅拌12min；将模具安置于振动台上，向模具中加入搅拌后的配料，启动振动台振动5min；自然养护40h后脱模，脱模后再自然养护50h得浇注制品；将浇注制品送入1650℃的高温窑烧制熔融后重结晶，得到铝电解槽用阻流块。

实施例三

使用配方3制备铝电解槽用阻流块：按配方3配料，在不同组分中加水，送入强制式搅拌机中均匀搅拌10min；将模具安置于振动台上，向模具中加入搅拌后的配料，启动振动台振动3-5min；自然养护38h后脱模，脱模后再自然养护45h得浇注制品；将浇注制品送入1600-1650℃的高温窑烧制熔融后重结晶，得到铝电解槽用阻流块。

实施例四

使用配方4制备铝电解槽用阻流块：按配方4配料，在不同组分中加水，送入强制式搅拌机中均匀搅拌8-12min；将模具安置于振动台上，向模具中加入搅拌后的配料，启动振动台振动3-5min；自然养护38h后脱模，脱模后再自然养护48h得浇注制品；将浇注制品送入1600-1650℃的高温窑烧制熔融后重结晶，得到铝电解槽用阻流块。

实施例五

使用配方5制备铝电解槽用阻流块：按配方5配料，在不同组分中加水，送入强制式搅拌机中均匀搅拌8-12min；将模具安置于振动台上，向模具中加入搅拌后的配料，启动振动台振动3-5min；自然养护38h后脱模，脱模后再自然养护48h得浇注制品；将浇注制品送入1600-1650℃的高温窑烧制熔融后重结晶，得到铝电解槽用阻流块。

对比实施例一

传统的阻流块制品为压制成型产品，一般规格尺寸为650×150×130mm，在使用过程中需要两块连接使用（一般传统铝电解槽的宽度要13000mm）。

表1实施例和对比实施例的产品性能比较

Figure 201210265749X100002DEST_PATH_IMAGE001

从表1可以看出，

（1）本发明的体积密度较大，有了良好的体积稳定性，与传统压制成型的刚玉制品相比，体积密度更高，耐铝液的冲刷性能更好；

（2）本发明的常温常压强度和常温抗折强度高，加热永久线变化率小，因此产品的抗侵蚀、热震稳定性能和耐铝水冲刷性能，产品在铝液和电解质中使用寿命得以提高。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims

1. 一种铝电解槽用阻流块，其特征在于：制备原料包括板状刚玉、尖晶石细粉、镁砂细粉、氧化铝微粉和纯铝酸钙水泥，所述原料及按重量百分比的组成比例为：板状刚玉70-85%、镁砂细粉8-15%、氧化铝微粉4-13%、铝酸钙水泥1.5-6%、尖晶石细粉0.5-3%、电熔氧化锆0.5-1%，上述原料总量为100%，外加防爆纤维0.02-0.2%、缓凝剂0.1-0.3%。

2. 根据权利要求1所述的一种铝电解槽用阻流块，其特征在于：所述缓凝剂为三聚磷酸钠或六偏磷酸钠中的一种或两种。

3. 根据权利要求1所述的一种铝电解槽用阻流块，其特征在于：所述板状刚玉的质量指标为：Al₂O₃≥99%。

4. 根据权利要求1所述的一种铝电解槽用阻流块，其特征在于：所述氧化铝微粉的质量指标为：Al₂O₃≥99%。

5. 根据权利要求1所述的一种铝电解槽用阻流块，其特征在于：所述尖晶石细粉的质量指标为：Al₂O₃72-75%,MgO 25-28%。

6. 根据权利要求1所述的一种铝电解槽用阻流块，其特征在于：所述镁砂细粉的质量指标为：MgO≥97%，Al₂O₃ 0.05-0.15%。

7. 根据权利要求1所述的一种铝电解槽用阻流块，其特征在于：所述纯铝酸钙水泥的质量指标为：Al₂O₃ 72-78%,CaO 11-17%。

8. 根据权利要求7所述的一种铝电解槽用阻流块，其特征在于：所述纯铝酸钙水泥是凯斯诺（中国）铝酸盐水泥有限公司的Secar71纯铝酸钙水泥。

9. 根据权利要求1-8所述的一种铝电解槽用阻流块，其特征在于：所述铝电解槽用阻流块的优选配比为：板状刚玉72-75%、镁砂细粉10-12%、氧化铝微粉8-10%、铝酸钙水泥3-4%、尖晶石细粉1-2%、电熔氧化锆0.5-1%混合，上述原料总量为100%，外加防爆纤维0.08-0.15%、缓凝剂0.1-0.3%。

10. 根据权利要求9所述的一种铝电解槽用阻流块，其特征在于：所述防爆纤维为聚氨酯类纤维。