CN103194771A - 一种提高铝用炭阳极抗氧化性的方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高铝用炭阳极抗氧化性的方法，属于制造铝用炭阳极的方法。该抗氧化的方法：在真空条件下将铝用炭阳极微孔中的空气排出，然后在压力作用下将氧化铝溶胶浸渍到电解铝用炭阳极表面的开孔中；炭阳极抗氧化浸渍涂层实施方式包括阳极表面清理、制备氧化铝溶胶、真空排气、压力浸渍和干燥。优点：使用氧化铝溶胶作为浸渍原料，其是电解铝的原材料，在电解过程中不会影响电解反应。通过真空排气和压力浸渍，使氧化铝溶胶进入炭阳极表层一定的深度微孔中，起到覆盖和填充的作用，阻止空气和CO2的高温扩散反应，减少炭阳极的在高温下与CO2和O2发生的氧化反应，减少优质碳素资源消耗和降低碳排放，减轻电解槽操作工的劳动强度，降低原铝的生产成本。

Description

一种提高铝用炭阳极抗氧化性的方法
技术领域
本发明涉及一种制造铝用炭阳极的方法，特别涉及一种提高铝用炭阳极抗氧化性的方法。
技术背景
目前原铝生产主要采用Hall-Heroult的冰晶石－氧化铝熔盐电解法，其阳极材料是一种消耗性的碳素制品，是电解铝的“心脏”。炭素阳极消耗是电解铝生产的主要成本之一，约占总成本的15%左右。在电解铝生产过程中，炭素阳极消耗包括电化学消耗、化学消耗和机械消耗等。其中炭素阳极与CO2和O2发生的氧化反应引起的化学消耗是阳极过量消耗的最主要原因，约占整个炭耗的7%～20%。而且阳极的过快消耗，会导致阳极的更换频率增加，这不仅会增加工人的劳动强度，而且会导致电解槽的效率降低。
从目前的研究结果来看，国内外提高炭阳极抗氧化性的方法有以下几类：（1）通过控制石油焦质量的方法提高炭阳极的抗氧化性，主要控制石油焦中对氧化反应具有催化作用的杂质元素的含量。（2）对煤沥青进行改性研究，通过调整煤沥青的软化点、甲苯不溶物含量及β树脂含量三项来改善煤沥青的结焦性质，提高煤沥青焦的抗氧化性。（3）对炭阳极进行改性，采用添加剂降低炭阳极的氧化活性。（4）表面涂层的方法，包括采用熔融或喷涂铝薄膜作为保护膜、采用在炭阳极表面涂覆一层复合抗氧化薄膜等方法阻止空气与炭阳极接触。（5）目前工业生产中通常采用在阳极顶部覆盖氧化铝原料保护层的工艺以减少阳极的氧化。但是，氧化铝原料保护层疏松、孔隙大、不均匀，再加上阳极侧部仍然暴露在电解反应所产生的CO2中，减少因阳极氧化而引起的阳极过量消耗的作用有限。而涂层的方法也很难在工业上得到成功应用，这主要是因为涂层在冰晶石熔盐中会发生溶解，并析出会污染铝业的杂质。其次，涂层与炭材料之间的粘结性较差。最重要的是，空气和CO2通常会扩散至炭阳极表层5cm～10cm的深度进行氧化反应，石油焦骨料自身具有一种多孔隙的结构，薄涂层仅能封闭表面的孔隙，而对此扩散反应的阻止作用甚微。
发明内容
本发明的目的是要提供一种具有一定深度，能够覆盖炭阳极表面并封闭一定深度开孔孔隙的氧化铝溶胶涂层，使炭阳极在高温下具有抵抗空气和CO2扩散及反应的能力，降低炭阳极的消耗，节省生产成本的提高铝用炭阳极抗氧化性的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，该抗氧化的方法：在真空条件下将铝用炭阳极微孔中的空气排出，然后在压力作用下将氧化铝溶胶浸渍到电解铝用炭阳极表面的开孔中；炭阳极抗氧化浸渍涂层实施方式包括清理阳极表面，制备氧化铝溶胶，真空排气，压力浸渍，干燥；
    （1）阳极表面清理：采用高压空气吹扫炭阳极表面，使灰尘和附着的碳粒脱落；
（2）制备氧化铝溶胶：可采用无水AlCl3和氨水反应制得氧化铝溶胶，将氨水逐渐加入氯化铝溶液中使其沉淀，将沉淀分离并加热搅拌；氧化铝溶胶浓度在0.2 mol/L～0.7 mol/L之间；
（3）真空排气：将炭阳极在密闭容器中抽真空至10KPa以下，时间30分钟以上，以排出炭阳极表层一定深度开口孔隙中的气体；
（4）压力浸渍溶胶：抽真空结束后往密闭容器中注入氧化铝溶胶并没过炭阳极，采用气体加压的方式保持压力在0.4MPa～1.5MPa，时间30分钟以上；让氧化铝溶胶填充到表层5cm～10cm深度的开孔中；
（5）干燥：采用自然风干或加热干燥。
有益效果，由于采用了上述方案，在炭阳极表层一定深度浸渍溶胶，这种溶胶将覆盖在炭阳极表面和炭阳极一定深度的开口孔隙中，这就阻隔了空气和CO2的接触反应以及由它们的扩散带来的氧化反应，起到降低炭阳极化学反应消耗，降低CO2排放，降低电解铝生产成本的目的。该抗氧化层还可在一定程度上减薄现在电解铝槽炭阳极上氧化铝覆盖层，满足电解槽顶部散热要求，优化电解槽热平衡，增加槽寿命。
优点：使用氧化铝溶胶作为浸渍原料，其是电解铝的原材料，在电解过程中不会影响电解反应。通过真空排气和压力浸渍，使氧化铝溶胶进入炭阳极表层一定的深度微孔中，起到覆盖和填充的作用，阻止空气和CO2的高温扩散反应，减少炭阳极的在高温下与CO2和O2发生的氧化反应，减少优质碳素资源消耗和降低碳排放，减轻电解槽操作工的劳动强度，降低原铝的生产成本。
具体实施方式：
    本发明浸渍涂层的研制通过以下步骤和途径实现。
该抗氧化的方法：在真空条件下将铝用炭阳极微孔中的空气排出，然后在压力作用下将氧化铝溶胶浸渍到电解铝用炭阳极表面的开孔中；炭阳极抗氧化浸渍涂层实施方式包括阳极表面清理、制备氧化铝溶胶、真空排气、压力浸渍和干燥；
    （1）阳极表面清理：采用高压空气吹扫炭阳极表面，使灰尘和附着的碳粒脱落；
（2）制备氧化铝溶胶：可采用无水AlCl3和氨水反应制得氧化铝溶胶，将氨水逐渐加入氯化铝溶液中使其沉淀，将沉淀分离并加热搅拌；氧化铝溶胶浓度在0.2 mol/L～0.7 mol/L之间；
（3）真空排气：将炭阳极在密闭容器中抽真空至10KPa以下，时间30分钟以上，以排出炭阳极表层一定深度开口孔隙中的气体；
（4）压力浸渍溶胶：抽真空结束后往密闭容器中注入氧化铝溶胶并没过炭阳极，采用气体加压的方式保持压力在0.4MPa～1.5MPa，时间30分钟以上；让氧化铝溶胶填充到表层5cm～10cm深度的开孔中；
（5）干燥：采用在空气中长时间放置或者加热干燥的方法干燥。
    实施例1：先将炭阳极表面采用压缩空气吹扫干净。将炭阳极置入压力容器中抽真空至5KPa，时间30分钟。然后向压力容器注入浓度为0.3mol/L的氧化铝溶胶，采用空气加压的方式将压力升高至1.0MPa，保持30分钟。干燥后使用。与未浸渍炭阳极的对比试验表明，可减少炭阳极失重15%。
    实施例2：先将炭阳极表面采用压缩空气吹扫干净。将炭阳极置入压力容器中抽真空至5KPa，时间30分钟。然后向压力容器注入浓度为0.5mol/L的氧化铝溶胶，采用空气加压的方式将压力升高至1.0MPa，保持30分钟。干燥后使用。与未浸渍炭阳极的对比试验表明，可减少炭阳极失重19%。
    实施例3：先将炭阳极表面采用压缩空气吹扫干净。将炭阳极置入压力容器中抽真空至5KPa，时间30分钟。然后向压力容器注入浓度为0.7mol/L的氧化铝溶胶，采用空气加压的方式将压力升高至1.0MPa，保持30分钟。干燥后使用。与未浸渍炭阳极的对比试验表明，可减少炭阳极失重23%。
    实施例4：先将炭阳极表面采用压缩空气吹扫干净。将炭阳极置入压力容器中抽真空至5KPa，时间30分钟。然后向压力容器注入浓度为0.4mol/L的氧化铝溶胶，采用空气加压的方式将压力升高至0.7MPa，保持30分钟。干燥后使用。与未浸渍炭阳极的对比试验表明，可减少炭阳极失重21%。
 实施例5：先将炭阳极表面采用压缩空气吹扫干净。将炭阳极置入压力容器中抽真空至5KPa，时间30分钟。然后向压力容器注入浓度为0.5mol/L的氧化铝溶胶，采用空气加压的方式将压力升高至1.5M Pa，保持30分钟。干燥后使用。与未浸渍炭阳极的对比试验表明，可减少炭阳极失重26%。  

Claims (1)

1.一种提高铝用炭阳极抗氧化性的方法，其特征是：该抗氧化的方法：在真空条件下将铝用炭阳极微孔中的空气排出，然后在压力作用下将氧化铝溶胶浸渍到电解铝用炭阳极表面的开孔中；炭阳极抗氧化浸渍涂层实施方式包括阳极表面清理、制备氧化铝溶胶、真空排气、压力浸渍和干燥；
    （1）阳极表面清理：采用高压空气吹扫炭阳极表面，使灰尘和附着的碳粒脱落；
（2）制备氧化铝溶胶：可采用无水AlCl3和氨水反应制得氧化铝溶胶，将氨水逐渐加入氯化铝溶液中使其沉淀，将沉淀分离并加热搅拌；氧化铝溶胶浓度在0.2 mol/L～0.7 mol/L之间；
（3）真空排气：将炭阳极在密闭容器中抽真空至10KPa以下，时间30分钟以上，以排出炭阳极表层一定深度开口孔隙中的气体；
（4）压力浸渍溶胶：抽真空结束后往密闭容器中注入氧化铝溶胶并没过炭阳极，采用气体加压的方式保持压力在0.4MPa～1.5MPa，时间30分钟以上；让氧化铝溶胶填充到表层5cm～10cm深度的开孔中；
（5）干燥：采用自然风干或加热干燥。
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