CN102951898B - 一种阳极钢爪保护环及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阳极钢爪保护环及其制备方法，阳极钢爪保护环的成分及重量百分比为：铝灰：80-90％；粘结剂：1-10％；烧结助剂：1-10％；所述粘结剂是拟薄水铝石和有机粘结剂的组合物，所述烧结助剂为MgO、TiO、MnO2的混合物，该阳极钢爪保护环及制备方法能增大阳极钢爪保护环的体积密度，使制得的阳极钢爪保护环具有较好的抗氧化性和较高的耐压强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝电解用阳极生产工艺，特别涉及一种阳极钢爪保护环及其制备方法。
背景技术
在铝电解行业中，阳极是铝电解生产的主要原料之一，它作为导体将直流电导入电解槽，并作为电解槽阳极材料参与阳极反应。在运行过程中，碳阳极的电流是由阳极导杆通电后提供，阳极与阳极导杆通过阳极钢爪连接，为防止阳极钢爪被电解质冲刷腐蚀而影响阳极与阳极导杆之间的连接作用，在阳极与阳极导杆的连接部分，设置保护环。
目前，阳极钢爪保护环大多采用炭素材料作为原料，以沥青为粘结剂制成，经压力机械加压成型，抗氧化性能差，耐压强度低，且制造成本高，碳素保护环在电解槽高温环境下容易被氧化，碳素保护环氧化破损后一方面使得阳极钢爪失去保护，产生“化爪”现象；另一方面氧化后的碳渣掉入电解槽中，使得槽电阻增加，电解生产的能耗上升，严重者甚至影响电解槽寿命。
发明内容
本发明的目的是克服以上缺点，提供一种制备抗氧化性能好，耐压强度高的阳极钢爪保护环及其制备方法。
本发明的技术方案是：
一种阳极钢爪保护环，所述阳极钢爪保护环的成分及重量百分比如下：
铝灰：80-90％；
粘结剂：1-10％；
烧结助剂：1-10％；
其中，粘结剂是拟薄水铝石和有机粘结剂的组合物，所述烧结助剂为MgO、TiO2、MnO2的混合物。
进一步地，所述粘结剂的成分及重量百分比是：拟薄水铝石60-75％，有机粘结剂25-40％。
进一步地，所述有机粘结剂是硬脂酸、聚乙烯、聚丙烯、聚乙二醇、聚乙烯醇中的两种或两种以上物质。
进一步地，所述烧结助剂的成分及重量百分比是：MgO 20-35％，TiO230-40％，MnO230-40％。
优选地，所述铝灰的粒度为30-200目。
阳极钢爪保护环的制备方法，其制备步骤如下：
(1)球磨：在球磨机中将铝灰研磨1-2小时，将磨后铝灰筛分；
(2)混合：将筛分后的铝灰与权利要求1所述的粘结剂混合搅拌半小时，粘结剂以水溶形式加入；
(3)除气：静置浆料1-2小时，待无气泡排出，加入权利要求1所述的烧结助剂；
(4)成型：将浆料注入模具中，加压10-15MPa，保持10-30秒，制得阳极钢爪保护环生坯料；
(5)干燥：在85-105℃烘箱中将生坯干燥1-2小时；
(6)焙烧：控制升温速率为3-8℃/min，烧结温度为1000-1300℃，保温2-3小时，制得阳极钢爪保护环。
本发明提供的阳极钢爪保护环及其制备方法，具有如下优点：
1、制得的阳极钢爪保护环具有抗氧化性好、耐压强度高的优点：本发明提供的阳极钢爪保护环以铝灰为主要原料，铝灰中的主要成分是金属铝及铝的氧化物，阳极钢爪保护环中粘结剂为拟薄水铝石和有机粘结剂的组合物，其中，拟薄水铝石具有较好的耐火性，粘结性和成膜能力，能增加生坯强度，拟薄水铝石与有机粘结剂混合，能增加浆料的流变性，提高生坯的体积密度；阳极钢爪保护环在焙烧之前加入了烧结助剂，烧结助剂为MgO-TiO2-MnO2的组合物，能降低保护环的烧结温度，且更容易与氧化铝形成固溶体，提高成品的密度和强度，经焙烧后的阳极钢爪保护环的机械强度大于210MPa。
成型的阳极钢爪保护环，主要成分是Al2O3，其体积密度大，保护环中的气孔率小，抗氧化性能好；且Al2O3具有较高的抗热震性，在生产运行过程中，可有效地保护阳极钢爪不被电解质冲刷，延长钢爪的使用寿命。
2、降低生产成本：铝灰是原铝或再生铝生产过程中产生的一种浮渣，来源于熔炼过程中铝熔体的氧化物夹杂、熔剂以及与熔剂进行化学反应后产生的物质，生产中常将其作为废弃物处理，本发明提供的阳极钢爪保护环及其制备方法，将铝灰作为生产保护环的主要原料，使铝灰得到回收利用，降低了原料成本。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
阳极钢爪保护环：
制备方法如下：
(1)球磨：在球磨机中将铝灰研磨1-2小时，将磨后铝灰筛分，称取9kg30目以下的铝灰；
(2)混合：将实施例1中的粘结剂加适量的水、搅拌均匀，与筛分后的铝灰混合搅拌0.5小时，制成浆料；
(3)除气：静置浆料1-2小时，待无气泡排出，加入实施例1所述的烧结助剂，搅拌均匀，经检测，浆料的固含量为60％，粘度为960pa·s；
(4)成型：将浆料注入阳极保护环模具中，加压10-15MPa，保持10-30秒，制得阳极钢爪保护环生坯料；
(5)干燥：脱模后，在105℃烘箱中将生坯干燥2小时，经检测，阳极保护环生坯的抗弯强度为3.916MPa；
(6)焙烧：控制升温速率为5℃/min，烧结温度为1300℃，保温2小时，冷却后制得阳极钢爪保护环，经检测，阳极钢爪保护环中Al2O3含量为80％，机械强度达243MPa，耐腐蚀，硬度高，耐高温，化学性质很稳定。
实施例2
阳极钢爪保护环：
制备方法如下：
(1)球磨：在球磨机中将铝灰研磨1-2小时，将磨后铝灰筛分，称取8kg100目以下的铝灰；
(2)混合：将实施例2中的粘结剂加适量的水、搅拌均匀，与筛分后的铝灰混合搅拌0.5小时，制成浆料；
(3)除气：静置浆料1-2小时，待无气泡排出，加入实施例2所述的烧结助剂，搅拌均匀，经检测，浆料的固含量为61％，粘度为950pa·s；
(4)成型：将浆料注入阳极保护环模具中，加压12-15MPa，保持20-30秒，制得阳极钢爪保护环生坯料；
(5)干燥：脱模后，在100℃烘箱中将生坯干燥1.5小时，经检测，阳极保护环生坯的抗弯强度为3.925MPa；
(6)焙烧：控制升温速率为3℃/min，烧结温度为1200℃，保温3小时，冷却后制得阳极钢爪保护环，经检测，阳极钢爪保护环中Al2O3含量为78％，机械强度达230MPa，耐腐蚀，硬度高，耐高温，化学性质很稳定。
实施例3
阳极钢爪保护环：
制备方法如下：
(1)球磨：在球磨机中将铝灰研磨1-2小时，将磨后铝灰筛分，称取9.2kg120目以下的铝灰；
(2)混合：将实施例3中的粘结剂加适量的水、搅拌均匀，与筛分后的铝灰混合搅拌0.5小时，制成浆料；
(3)除气：静置浆料1-2小时，待无气泡排出，加入实施例3所述的烧结助剂，搅拌均匀，经检测，浆料的固含量为72％，粘度为940pa·s；
(4)成型：将浆料注入阳极保护环模具中，加压10-13MPa，保持20-30秒，制得阳极钢爪保护环生坯料；
(5)干燥：脱模后，在85℃烘箱中将生坯干燥2小时，经检测，阳极保护环生坯的抗弯强度为3.82MPa；
(6)焙烧：控制升温速率为6℃/min，烧结温度为1100℃，保温2.5小时，冷却后制得阳极钢爪保护环，经检测，阳极钢爪保护环中Al2O3含量为75％，机械强度达229MPa，耐腐蚀，硬度高，耐高温，化学性质很稳定。
实施例4
阳极钢爪保护环：
制备方法如下：
(1)球磨：在球磨机中将铝灰研磨1-2小时，将磨后铝灰筛分，称取8.8kg80目以下的铝灰；
(2)混合：将实施例4中的粘结剂加适量的水、搅拌均匀，与筛分后的铝灰混合搅拌0.5小时，制成浆料；
(3)除气：静置浆料1-2小时，待无气泡排出，加入实施例4所述的烧结助剂，搅拌均匀，经检测，浆料的固含量为70％，粘度为948pa·s；
(4)成型：将浆料注入阳极保护环模具中，加压13-15MPa，保持20-30秒，制得阳极钢爪保护环生坯料；
(5)干燥：脱模后，在95℃烘箱中将生坯干燥2小时，经检测，阳极保护环生坯的抗弯强度为3.745MPa；
(6)焙烧：控制升温速率为6℃/min，烧结温度为1150℃，保温2.5小时，冷却后制得阳极钢爪保护环，经检测，阳极钢爪保护环中Al2O3含量为81％，机械强度达235MPa，耐腐蚀，硬度高，耐高温，化学性质很稳定。
实施例5
阳极钢爪保护环：
制备方法如下：
(1)球磨：在球磨机中将铝灰研磨1-2小时，将磨后铝灰筛分，称取9kg200目以下的铝灰；
(2)混合：将实施例5中的粘结剂加适量的水、搅拌均匀，与筛分后的铝灰混合搅拌0.5小时，制成浆料；
(3)除气：静置浆料1-2小时，待无气泡排出，加入实施例5所述的烧结助剂，搅拌均匀，经检测，浆料的固含量为65％，粘度为936pa·s；
(4)成型：将浆料注入阳极保护环模具中，加压10-15MPa，保持20-30秒，制得阳极钢爪保护环生坯料；
(5)干燥：脱模后，在90℃烘箱中将生坯干燥3小时，经检测，阳极保护环生坯的抗弯强度为3.857MPa；
(6)焙烧：控制升温速率为8℃/min，烧结温度为1250℃，保温2小时，冷却后制得阳极钢爪保护环，经检测，阳极钢爪保护环中Al2O3含量为79％，机械强度达232MPa，耐腐蚀，硬度高，耐高温，化学性质很稳定。
实施例6
阳极钢爪保护环：
制备方法如下：
(1)球磨：在球磨机中将铝灰研磨1-2小时，将磨后铝灰筛分，称取9.99kg220目以下的铝灰；
(2)混合：将实施例1中的粘结剂加适量的水、搅拌均匀，与筛分后的铝灰混合搅拌0.5小时，制成浆料；
(3)除气：静置浆料1-2小时，待无气泡排出，加入实施例6所述的烧结助剂，搅拌均匀，经检测，浆料的固含量为68％，粘度为952pa·s；
(4)成型：将浆料注入阳极保护环模具中，加压12-14MPa，保持20-30秒，制得阳极钢爪保护环生坯料；
(5)干燥：脱模后，在102℃烘箱中将生坯干燥3小时，经检测，阳极保护环生坯的抗弯强度为3.674MPa；
(6)焙烧：控制升温速率为8℃/min，烧结温度为1180℃，保温3小时，冷却后制得阳极钢爪保护环，经检测，阳极钢爪保护环中Al2O3含量为82％，机械强度达215MPa，耐腐蚀，硬度高，耐高温，化学性质很稳定。
实施例7
阳极钢爪保护环：
制备方法如下：
(1)球磨：在球磨机中将铝灰研磨1-2小时，将磨后铝灰筛分，称取8.7kg60目以下的铝灰；
(2)混合：将实施例7中的粘结剂加适量的水、搅拌均匀，与筛分后的铝灰混合搅拌0.5小时，制成浆料；
(3)除气：静置浆料1-2小时，待无气泡排出，加入实施例7所述的烧结助剂，搅拌均匀，经检测，浆料的固含量为71％，粘度为920pa·s；
(4)成型：将浆料注入阳极保护环模具中，加压10-14MPa，保持20-30秒，制得阳极钢爪保护环生坯料；
(5)干燥：脱模后，在98℃烘箱中将生坯干燥1.5小时，经检测，阳极保护环生坯的抗弯强度为3.869MPa；
(6)焙烧：控制升温速率为7℃/min，烧结温度为1240℃，保温2小时，冷却后制得阳极钢爪保护环，经检测，阳极钢爪保护环中Al2O3含量为76％，机械强度达226MPa，耐腐蚀，硬度高，耐高温，化学性质很稳定。
实施例8
阳极钢爪保护环：
制备方法如下：
(1)球磨：在球磨机中将铝灰研磨1-2小时，将磨后铝灰筛分，称取8.9kg150目以下的铝灰；
(2)混合：将实施例8中的粘结剂加适量的水、搅拌均匀，与筛分后的铝灰混合搅拌0.5小时，制成浆料；
(3)除气：静置浆料1-2小时，待无气泡排出，加入实施例8所述的烧结助剂，搅拌均匀，经检测，浆料的固含量为67％，粘度为949pa·s；
(4)成型：将浆料注入阳极保护环模具中，加压10-15MPa，保持20-30秒，制得阳极钢爪保护环生坯料；
(5)干燥：脱模后，在104℃烘箱中将生坯干燥1小时，经检测，阳极保护环生坯的抗弯强度为3.764MPa；
(6)焙烧：控制升温速率为7℃/min，烧结温度为1000℃，保温3小时，冷却后制得阳极钢爪保护环，经检测，阳极钢爪保护环中Al2O3含量为77％，机械强度达223MPa，耐腐蚀，硬度高，耐高温，化学性质很稳定。
Claims (6)
1.一种阳极钢爪保护环，其特征在于，配方的成分及重量百分比如下：
铝灰：80-90％；
粘结剂：1-10％；
烧结助剂：1-10％；
所述粘结剂是拟薄水铝石和有机粘结剂的组合物，所述烧结助剂为MgO、TiO2、MnO2的混合物。
2.根据权利要求1所述的阳极钢爪保护环，其特征在于，所述粘结剂的成分及重量百分比是：拟薄水铝石60-75％，有机粘结剂25-40％。
3.根据权利要求1或2所述的阳极钢爪保护环，其特征在于，所述有机粘结剂是硬脂酸、聚乙烯、聚丙烯、聚乙二醇、聚乙烯醇中的两种或两种以上物质。
4.根据权利要求1所述的阳极钢爪保护环，其特征在于，所述烧结助剂的成分及重量百分比是：MgO 20-35％，TiO230-40％，MnO230-40％。
5.根据权利要求1所述的阳极钢爪保护环，其特征在于，所述铝灰的粒度为30-200目。
6.一种阳极钢爪保护环的制备方法，其制备步骤如下：
(1)球磨：在球磨机中将铝灰研磨1-2小时，将磨后铝灰筛分；
(2)混合：将筛分后的铝灰与权利要求1所述的粘结剂混合搅拌半小时，粘结剂以水溶液形式加入；
(3)除气：静置浆料1-2小时，待无气泡排出，加入权利要求1所述的烧结助剂；
(4)成型：将浆料注入模具中，加压10-15MPa，保持10-30秒，制得阳极钢爪保护环生坯料；
(5)干燥：在85-105℃烘箱中将生坯干燥1-2小时；
(6)焙烧：控制升温速率为3-8℃/min，烧结温度为1000-1300℃，保温2-3小时，制得阳极钢爪保护环。
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