CN103484896B - 一种电解铝用低成本碳素阳极及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种电解铝用低成本碳素阳极及其制备方法，其原料按重量百分数由80~85%的骨料和15~20%的粘结剂组成，所述骨料按重量百分数由50~60%的粒度为2~6mm的酸碱除灰后的炭化稻壳、15~20%的粒度为0~1mm的无烟煤、12~16%的粒度为2~6mm的石油焦和12~16%的粒度为0~1mm的人造石墨组成，所述粘结剂按重量百分数由60~70%的改性酚醛树脂和30~40%的改性沥青组成，所述骨料经预处理后与粘结剂一起进行混捏、模压成型、焙烧、冷却等工序即可成成品；本发明以碳化稻壳和无烟煤为主要骨料代替石油焦，可减轻我国石油进口压力，缓解工业快速发展带来的石油匮乏的危机，达到有效利用农产品的副产品，降低铝电解成本的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种电解铝用碳素阳极及其制备方法，特别是以炭化稻壳和无烟煤焦炭为原料生产的电解铝用碳素阳极及其制备方法。
背景技术
目前我国350~400KA电解槽已逐渐成为铝电解主流槽型，随着电解槽大型化，铝电解槽整体技术已接近国际水平，但目前国内碳素阳极消耗490kg/t铝左右，换极周期在30天上下。电解铝用预焙阳极在国内炭素制品中产量最大，而其使用寿命和导电性与国际水平相比，差距很大，造成我国铝电解工业每年巨大的材料和能源浪费，严重地污染空气。降低碳素阳极消耗，对于提高整个铝电解行业节能减排水平、建设可持续发展的资源节约铝工业具有十分重要的作用。
现代铝电解用碳素预焙阳极均以石油焦为骨料，煤沥青为粘结剂，经过筛分、配料、混捏、成型和焙烧等阶段制成。近几年，国民经济迅猛发展，碳素制品消费量连年攀升，以致于大大增加了以石油焦为原料的碳素预焙阳极成本，在碳素阳极生产过程中，煤沥青在高温下放出SO2、CO2等有害物质，对工作环境产生了不良影响，高温下排出的气体越多，产品的收得率较低，造成了很大的浪费；炭化排除的气体导致成品中形成了不少气孔，孔隙率较高。在正常铝电解生产中，随着电解进行，碳素阳极骨料氧化完，电解质很容易渗透到孔隙中，无疑，加快了阳极消耗。因此，寻找出其它原料代替石油焦和现用煤沥青粘结剂，制备寿命长和导电性优良的电解铝用碳素预焙阳极，成为广大铝冶金工作者的当务之急。
发明内容
本发明为了解决上述的技术问题，提供一种电解铝用低成本碳素阳极及其制备方法，其利用廉价的农产品废弃物代替传统的石油焦，既降低了石油焦的消耗又有效的降低了成本。
本发明所采用的技术方案是：一种电解铝用低成本碳素阳极，其原料由粘结剂和骨料组成，所述的粘结剂占碳素阳极原料总重的重量百分数为15~20%，所述的骨料占碳素阳极原料总重的重量百分数为80~85%；
所述的粘结剂由改性酚醛树脂和改性沥青组成，所述的改性酚醛树脂占粘结剂的重量百分数为60~70%，所述的改性沥青占粘结剂的重量百分数为30~40%；
所述的骨料由粒度为2~6mm的酸碱除灰后的炭化稻壳、粒度为0~1mm的无烟煤、粒度为2~6mm的石油焦和粒度为0~1mm的人造石墨组成，其中，酸碱除灰后的炭化稻壳的重量占骨料总重的50~60%，无烟煤的重量占骨料总重的15~20%，石油焦的重量占骨料总重的12~16%，人造石墨的重量占骨料总重的12~16%；所述的酸碱除灰后的炭化稻壳和无烟煤的灰分均低于1%；所述的人造石墨的灰分低于0.3%；所述的石油焦的灰分低于0.4%，挥发分低于10%。
所述的改性酚醛树脂是以酚醛树脂为基体，以B4C为填料混合制成。
所述的石油焦为生石油焦。
一种电解铝用低成本碳素阳极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、原料的制备
a、稻壳的炭化
将稻壳放入炭化炉中升温至700℃进行加热炭化，升温过程中： 25~80℃，升温速率为1.3℃/min； 80℃-200℃，升温速率为0.5℃/min； 200℃-700℃，升温速率为4.5℃/min；升温至700℃后保温1小时，然后自然冷却至室温，得到炭化稻壳，备用；
b、无烟煤煅烧
将无烟煤放入煅烧炉中，在1750~2000℃的条件下煅烧，使无烟煤中的灰分挥发，备用；
c、破碎和磨料
将步骤a制得的炭化稻壳依次在破碎机和磨料机上进行破碎和磨细，使磨细后的稻壳粒度达到2~6mm，备用；将步骤b中煅烧后的无烟煤依次在破碎机和磨料机上进行破碎和磨细，使磨细后的无烟煤粒度达到0~1mm，备用；
d、酸碱除灰
分别将步骤c中处理后的无烟煤和炭化稻壳依次放入NaOH溶液和HCl溶液中浸泡，每次浸泡后都进行过滤和洗涤，浸泡后使无烟煤和炭化稻壳的灰分均控制在1%之内，备用；
步骤二、称取原料
e、称取骨料
称取人造石墨、石油焦和步骤d中处理后的炭化稻壳和无烟煤的混合物作为骨料，其中，炭化稻壳占骨料总重量的50~60%，无烟煤占骨料总重量的15~20%，人造石墨占骨料总重量的12~16%，石油焦占骨料总重量的12~16%；
f、称取粘结剂
称取改性酚醛树脂和改性沥青的混合物作为粘结剂，其中改性酚醛树脂占粘结剂总重量的60~70%，改性沥青占粘结剂总重量的30~40%；
g、分别称取步骤e和步骤f中配制的骨料和粘结剂，其中骨料占骨料和粘结剂总重量的80~85%，粘结剂占骨料和粘结剂总重量的15~20%；
步骤三、混捏
h、将步骤g中称取的骨料放入三维立体混料机中混合1~3h，之后将混合好的骨料取出放入恒温烘箱中，在150℃的条件下预热10个小时，备用；
i、将步骤g中称取的粘结剂加热到180℃，备用；
j、将步骤h和步骤i中处理过的骨料和粘结剂加入到双搅刀混捏机中，在145~155℃的条件下混捏15~20min，然后取出混捏后的混合物备用；
步骤四、模压成型
将步骤j中取出的混合物冷却至40~50℃，之后用油压机在8~10MPa压力下压制成型，将成型的生坯试样烘干后埋入放有填充料的刚玉坩埚中，所述生坯试样的周围至少有10mm厚的填充料；
步骤五、焙烧和冷却
将步骤四中的刚玉坩埚放入马弗炉中经以下几个阶段进行焙烧和冷却，焙烧过程中： 25~110℃，升温速率为3.5℃/min； 110℃-160℃，升温速率为1.7℃/min； 160℃-200℃，升温速率为1.3℃/min； 200℃-550℃，升温速率为0.15℃/min； 550℃-620℃，升温速率为0.3℃/min；620℃-720℃，升温速率为0.8℃/min；720℃-1020℃，升温速率为1.25℃/min；升温至1020℃后保温1小时，然后进入冷却阶段，冷却过程中：1020℃-800℃，降温速率为0.8℃/min；冷却至800℃后自然降温至250-350℃时出炉，即可得到成品。
所述的步骤四中采用的填充料为冶金焦粉。
本发明的有益效果：
（1）本发明中以炭化后的稻壳和无烟煤为主要骨料代替传统的石油焦，既能有效的利用农产品的废弃物，降低电解铝的成本，又能够有效的减少石油焦的消耗以减轻我国石油进口的压力，缓解工业快速发展带来的石油匮乏的危及；
（2）本发明中的粘结剂使用改性酚醛树脂和改性沥青代替传统使用的煤沥青，使得成品碳素阳极抗压强度由原来的30Mpa提高到35Mpa左右；使得粘结剂焦炭强度大大提高，同时又有效的减轻了沥青烟对铝电解工作环境的污染；
（3）本发明中使用的改性酚醛树脂粘结剂采用以酚醛树脂为基体，B4C为填料混合制成，工作过程中，B4C与CO反应生成B2O3高温熔融，增加了高温下的结合强度和稳定性，提高粘结剂的焦化缩聚程度，有效提高了粘结剂的结焦值、提高碳素阳极密度和抗压强度；
（4）本发明在模压成型后将试样埋入装有填充料的刚玉坩埚内保存能够有效避免试样的早期氧化，以保证成品的最终质量；
（5）本发明在焙烧过程中采用分段焙烧，焙烧前期升温速度快能够快速排除试样中的多余水分，避免粘结剂熔融在重力作用下产生的剧烈迁移以致造成粘结剂在试样中的分布不均匀，焙烧后期升温速度缓慢能够有利于试样中挥发分的排出，本发明冷却过程中采用缓慢冷却能够有效避免试样产生裂纹，以提高产品的最终质量。
具体实施方式
以下结合实施例进行进一步说明。
一种电解铝用低成本碳素阳极，其原料由粘结剂和骨料组成，所述的粘结剂占碳素阳极原料总重的重量百分数为15~20%，所述的骨料占碳素阳极原料总重的重量百分数为80~85%；
所述的粘结剂由改性酚醛树脂和改性沥青组成，所述的改性酚醛树脂占粘结剂的重量百分数为60~70%，所述的改性沥青占粘结剂的重量百分数为30~40%；
所述的骨料由粒度为2~6mm的酸碱除灰后的炭化稻壳、粒度为0~1mm的无烟煤、粒度为2~6mm的石油焦和粒度为0~1mm的人造石墨组成，其中，酸碱除灰后的炭化稻壳的重量占骨料总重的50~60%，无烟煤的重量占骨料总重的15~20%，石油焦的重量占骨料总重的12~16%，人造石墨的重量占骨料总重的12~16%；所述的酸碱除灰后的炭化稻壳和无烟煤的灰分均低于1%；所述的人造石墨的灰分低于0.3%；所述的石油焦的灰分低于0.4%，挥发分低于10%。
所述的改性酚醛树脂是以酚醛树脂为基体，以B4C为填料混合制成。
所述的石油焦为生石油焦。
一种电解铝用低成本碳素阳极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、原料的制备
a、稻壳的炭化
将稻壳放入炭化炉中升温至700℃进行加热炭化，升温过程中： 25~80℃，升温速率为1.3℃/min； 80℃-200℃，升温速率为0.5℃/min； 200℃-700℃，升温速率为4.5℃/min；升温至700℃后保温1小时，然后自然冷却至室温，得到炭化稻壳，备用；
b、无烟煤煅烧
将无烟煤放入煅烧炉中，在1750~2000℃的条件下煅烧，使无烟煤中的灰分挥发，备用；
c、破碎和磨料
将步骤a制得的炭化稻壳依次在破碎机和磨料机上进行破碎和磨细，使磨细后的稻壳粒度达到2~6mm，备用；将步骤b中煅烧后的无烟煤依次在破碎机和磨料机上进行破碎和磨细，使磨细后的无烟煤粒度达到0~1mm，备用；
d、酸碱除灰
分别将步骤c中处理后的无烟煤和炭化稻壳依次放入NaOH溶液和HCl溶液中浸泡，每次浸泡后都进行过滤和洗涤，浸泡后使无烟煤和炭化稻壳的灰分均控制在1%之内，备用；
步骤二、称取原料
e、称取骨料
称取人造石墨、石油焦和步骤d中处理后的炭化稻壳和无烟煤的混合物作为骨料，其中，炭化稻壳占骨料总重量的50~60%，无烟煤占骨料总重量的15~20%，人造石墨占骨料总重量的12~16%，石油焦占骨料总重量的12~16%；
f、称取粘结剂
称取改性酚醛树脂和改性沥青的混合物作为粘结剂，其中改性酚醛树脂占粘结剂总重量的60~70%，改性沥青占粘结剂总重量的30~40%；
g、分别称取步骤e和步骤f中配制的骨料和粘结剂，其中骨料占骨料和粘结剂总重量的80~85%，粘结剂占骨料和粘结剂总重量的15~20%；
步骤三、混捏
h、将步骤g中称取的骨料放入三维立体混料机中混合1~3h，之后将混合好的骨料取出放入恒温烘箱中，在150℃的条件下预热10个小时，备用；
i、将步骤g中称取的粘结剂加热到180℃，备用；
j、将步骤h和步骤i中处理过的骨料和粘结剂加入到双搅刀混捏机中，在145~155℃的条件下混捏15~20min，然后取出混捏后的混合物备用；
步骤四、模压成型
将步骤j中取出的混合物冷却至40~50℃，之后用油压机在8~10MPa压力下压制成型，将成型的生坯试样烘干后埋入放有填充料的刚玉坩埚中，所述生坯试样的周围至少有10mm厚的填充料；
步骤五、焙烧和冷却
将步骤四中的刚玉坩埚放入马弗炉中经以下几个阶段进行焙烧和冷却，焙烧过程中： 25~110℃，升温速率为3.5℃/min； 110℃-160℃，升温速率为1.7℃/min； 160℃-200℃，升温速率为1.3℃/min； 200℃-550℃，升温速率为0.15℃/min； 550℃-620℃，升温速率为0.3℃/min；620℃-720℃，升温速率为0.8℃/min；720℃-1020℃，升温速率为1.25℃/min；升温至1020℃后保温1小时，然后进入冷却阶段，冷却过程中：1020℃-800℃，降温速率为0.8℃/min；冷却至800℃后自然降温至250-350℃时出炉，即可得到成品。
所述的步骤四中采用的填充料为冶金焦粉。
实施例一
一种电解铝用低成本碳素阳极，其原料由粘结剂和骨料组成，所述的粘结剂占碳素阳极原料总重的重量百分数为15%，所述的骨料占碳素阳极原料总重的重量百分数为85%；粘结剂由改性酚醛树脂和改性沥青组成，改性酚醛树脂占粘结剂的重量百分数为70%，改性沥青占粘结剂的重量百分数为30%；所述的骨料由以下重量百分比的组分组成：50%的粒度为2~6mm的酸碱除灰后的炭化稻壳、20%的粒度为0~1mm的无烟煤、16%的粒度为2~6mm的石油焦以及14%的粒度为0~1mm的人造石墨，其中，酸碱除灰后的炭化稻壳和无烟煤的灰分均低于1%；人造石墨的灰分低于0.3%；石油焦的灰分低于0.4%，挥发分低于10%。
改性酚醛树脂是以酚醛树脂为基体，以B4C为填料混合制成。
石油焦为生石油焦。
具体制备方法包括以下步骤：
步骤一、原料的制备
a、稻壳的炭化
将稻壳放入炭化炉中升温至700℃进行加热炭化，升温过程中： 25~80℃，升温速率为1.3℃/min；80℃-200℃，升温速率为0.5℃/min；200℃-700℃，升温速率为4.5℃/min；升温至700℃后保温1小时，然后自然冷却至室温，得到炭化稻壳，备用；
b、无烟煤煅烧
将无烟煤放入煅烧炉中，在1750℃的条件下煅烧，使无烟煤中的灰分挥发，备用；
c、破碎和磨料
将步骤a制得的炭化稻壳依次在破碎机和磨料机上进行破碎和磨细，使磨细后的稻壳粒度达到2~6mm，备用；将步骤b中煅烧后的无烟煤依次在破碎机和磨料机上进行破碎和磨细，使磨细后的无烟煤粒度达到0~1mm，备用；
d、酸碱除灰
分别将步骤c中处理后的无烟煤和炭化稻壳依次放入NaOH溶液和HCl溶液中浸泡，每次浸泡后都进行过滤和洗涤，浸泡后使无烟煤和炭化稻壳的灰分均控制在1%之内，备用；
步骤二、称取原料
e、称取骨料
称取人造石墨、石油焦和步骤d中处理后的炭化稻壳和无烟煤的混合物作为骨料，其中，炭化稻壳占骨料总重量的50%，无烟煤占骨料总重量的20%，人造石墨占骨料总重量的16%，石油焦占骨料总重量的14%；
f、称取粘结剂
称取改性酚醛树脂和改性沥青的混合物作为粘结剂，其中改性酚醛树脂占粘结剂总重量的70%，改性沥青占粘结剂总重量的30%；
g、分别称取步骤e和步骤f中配制的骨料和粘结剂，其中骨料占骨料和粘结剂总重量的85%，粘结剂占骨料和粘结剂总重量的15%；
步骤三、混捏
h、将步骤g中称取的骨料放入三维立体混料机中混合1h，之后将混合好的骨料取出放入恒温烘箱中，在150℃的条件下预热10个小时，备用；
i、将步骤g中称取的粘结剂加热到180℃，备用；
j、将步骤h和步骤i中处理过的骨料和粘结剂加入到Sigma形双搅刀混捏机中，在145℃的条件下混捏20min，然后取出混捏后的混合物备用；
步骤四、模压成型
将步骤j中取出的混合物冷却至40℃，之后用油压机在8MPa压力下压制成型，将成型的生坯试样烘干后埋入放有填充料的刚玉坩埚中，所述生坯试样的周围有10mm厚的填充料；
步骤五、焙烧和冷却
将步骤四中的刚玉坩埚放入马弗炉中经以下几个阶段进行焙烧和冷却，焙烧过程中： 25~110℃，升温速率为3.5℃/min； 110℃-160℃，升温速率为1.7℃/min； 160℃-200℃，升温速率为1.3℃/min； 200℃-550℃，升温速率为0.15℃/min； 550℃-620℃，升温速率为0.3℃/min；620℃-720℃，升温速率为0.8℃/min；720℃-1020℃，升温速率为1.25℃/min；升温至1020℃后保温1小时，然后进入冷却阶段，冷却过程中：1020℃-800℃，降温速率为0.8℃/min；冷却至800℃后自然降温至250-350℃时出炉，即可得到成品。
所述的步骤四中采用的填充料为冶金焦粉。
实施例二
一种电解铝用低成本碳素阳极，其原料由粘结剂和骨料组成，所述的粘结剂占碳素阳极原料总重的重量百分数为20%，所述的骨料占碳素阳极原料总重的重量百分数为80%；粘结剂由改性酚醛树脂和改性沥青组成，改性酚醛树脂占粘结剂的重量百分数为60%，改性沥青占粘结剂的重量百分数为40%；所述的骨料由以下重量百分比的组分组成：60%的粒度为2~6mm的酸碱除灰后的炭化稻壳、16%的粒度为0~1mm的无烟煤、12%的粒度为2~6mm的石油焦和12%的粒度为0~1mm的人造石墨，其中，酸碱除灰后的炭化稻壳和无烟煤的灰分均低于1%；人造石墨的灰分低于0.3%；石油焦的灰分低于0.4%，挥发分低于10%。
改性酚醛树脂是以酚醛树脂为基体，以B4C为填料混合制成。
石油焦为生石油焦。
具体制备方法包括以下步骤：
步骤一、原料的制备
a、稻壳的炭化
将稻壳放入炭化炉中升温至700℃进行加热炭化，升温过程中： 25~80℃，升温速率为1.3℃/min； 80℃-200℃，升温速率为0.5℃/min； 200℃-700℃，升温速率为4.5℃/min；升温至700℃后保温1小时，然后自然冷却至室温，得到炭化稻壳，备用；
b、无烟煤煅烧
将无烟煤放入煅烧炉中，在2000℃的条件下煅烧，使无烟煤中的灰分挥发，备用；
c、破碎和磨料
将步骤a制得的炭化稻壳依次在破碎机和磨料机上进行破碎和磨细，使磨细后的稻壳粒度达到2~6mm，备用；将步骤b中煅烧后的无烟煤依次在破碎机和磨料机上进行破碎和磨细，使磨细后的无烟煤粒度达到0~1mm，备用；
d、酸碱除灰
分别将步骤c中处理后的无烟煤和炭化稻壳依次放入NaOH溶液和HCl溶液中浸泡，每次浸泡后都进行过滤和洗涤，浸泡后使无烟煤和炭化稻壳的灰分均控制在1%之内，备用；
步骤二、称取原料
e、称取骨料
称取人造石墨、石油焦和步骤d中处理后的炭化稻壳和无烟煤的混合物作为骨料，其中，炭化稻壳占骨料总重量的60%，无烟煤占骨料总重量的16%，人造石墨占骨料总重量的12%，石油焦占骨料总重量的12%；
f、称取粘结剂
称取改性酚醛树脂和改性沥青的混合物作为粘结剂，其中改性酚醛树脂占粘结剂总重量的60%，改性沥青占粘结剂总重量的40%；
g、分别称取步骤e和步骤f中配制的骨料和粘结剂，其中骨料占骨料和粘结剂总重量的80%，粘结剂占骨料和粘结剂总重量的20%；
步骤三、混捏
h、将步骤g中称取的骨料放入三维立体混料机中混合3h，之后将混合好的骨料取出放入恒温烘箱中，在150℃的条件下预热10个小时，备用；
i、将步骤g中称取的粘结剂加热到180℃，备用；
j、将步骤h和步骤i中处理过的骨料和粘结剂加入到Sigma形双搅刀混捏机中，在155℃的条件下混捏15min，然后取出混捏后的混合物备用；
步骤四、模压成型
将步骤j中取出的混合物冷却至50℃，之后用油压机在10MPa压力下压制成型，将成型的生坯试样烘干后埋入放有填充料的刚玉坩埚中，所述生坯试样的周围有15mm厚的填充料；
步骤五、焙烧和冷却
将步骤四中的刚玉坩埚放入马弗炉中经以下几个阶段进行焙烧和冷却，焙烧过程中： 25~110℃，升温速率为3.5℃/min； 110℃-160℃，升温速率为1.7℃/min； 160℃-200℃，升温速率为1.3℃/min； 200℃-550℃，升温速率为0.15℃/min； 550℃-620℃，升温速率为0.3℃/min；620℃-720℃，升温速率为0.8℃/min；720℃-1020℃，升温速率为1.25℃/min；升温至1020℃后保温1小时，然后进入冷却阶段，冷却过程中：1020℃-800℃，降温速率为0.8℃/min；冷却至800℃后自然降温至250-350℃时出炉，即可得到成品。
所述的步骤四中采用的填充料为冶金焦粉。
实施例三
一种电解铝用低成本碳素阳极，其原料由粘结剂和骨料组成，所述的粘结剂占碳素阳极原料总重的重量百分数为17%，所述的骨料占碳素阳极原料总重的重量百分数为83%；粘结剂由改性酚醛树脂和改性沥青组成，改性酚醛树脂占粘结剂的重量百分数为65%，改性沥青占粘结剂的重量百分数为35%；所述的骨料由以下重量百分比的组分组成：55%的粒度为2~6mm的酸碱除灰后的炭化稻壳、15%的粒度为0~1mm的无烟煤、14%的粒度为2~6mm的石油焦以及16%的粒度为0~1mm的人造石墨，其中，酸碱除灰后的炭化稻壳和无烟煤的灰分均低于1%；人造石墨的灰分低于0.3%；石油焦的灰分低于0.4%，挥发分低于10%。
改性酚醛树脂是以酚醛树脂为基体，以B4C为填料混合制成。
石油焦为生石油焦。
具体制备方法包括以下步骤：
步骤一、原料的制备
a、稻壳的炭化
将稻壳放入炭化炉中升温至700℃进行加热炭化，升温过程中： 25~80℃，升温速率为1.3℃/min； 80℃-200℃，升温速率为0.5℃/min； 200℃-700℃，升温速率为4.5℃/min；升温至700℃后保温1小时，然后自然冷却至室温，得到炭化稻壳，备用；
b、无烟煤煅烧
将无烟煤放入煅烧炉中，在1900℃的条件下煅烧，使无烟煤中的灰分挥发，备用；
c、破碎和磨料
将步骤a制得的炭化稻壳依次在破碎机和磨料机上进行破碎和磨细，使磨细后的稻壳粒度达到2~6mm，备用；将步骤b中煅烧后的无烟煤依次在破碎机和磨料机上进行破碎和磨细，使磨细后的无烟煤粒度达到0~1mm，备用；
d、酸碱除灰
分别将步骤c中处理后的无烟煤和炭化稻壳依次放入NaOH溶液和HCl溶液中浸泡，每次浸泡后都进行过滤和洗涤，浸泡后使无烟煤和炭化稻壳的灰分均控制在1%之内，备用；
步骤二、称取原料
e、称取骨料
称取人造石墨、石油焦和步骤d中处理后的炭化稻壳和无烟煤的混合物作为骨料，其中，炭化稻壳占骨料总重量的55%，无烟煤占骨料总重量的15%，人造石墨占骨料总重量的14%，石油焦占骨料总重量的16%；
f、称取粘结剂
称取改性酚醛树脂和改性沥青的混合物作为粘结剂，其中改性酚醛树脂占粘结剂总重量的65%，改性沥青占粘结剂总重量的35%；
g、分别称取步骤e和步骤f中配制的骨料和粘结剂，其中骨料占骨料和粘结剂总重量的83%，粘结剂占骨料和粘结剂总重量的17%；
步骤三、混捏
h、将步骤g中称取的骨料放入三维立体混料机中混合2h，之后将混合好的骨料取出放入恒温烘箱中，在150℃的条件下预热10个小时，备用；
i、将步骤g中称取的粘结剂加热到180℃，备用；
j、将步骤h和步骤i中处理过的骨料和粘结剂加入到Sigma形双搅刀混捏机中，在150℃的条件下混捏18min，然后取出混捏后的混合物备用；
步骤四、模压成型
将步骤j中取出的混合物冷却至45℃，之后用油压机在9MPa压力下压制成型，将成型的生坯试样烘干后埋入放有填充料的刚玉坩埚中，所述生坯试样的周围有18mm厚的填充料；
步骤五、焙烧和冷却
将步骤四中的刚玉坩埚放入马弗炉中经以下几个阶段进行焙烧和冷却，焙烧过程中： 25~110℃，升温速率为3.5℃/min； 110℃-160℃，升温速率为1.7℃/min； 160℃-200℃，升温速率为1.3℃/min； 200℃-550℃，升温速率为0.15℃/min； 550℃-620℃，升温速率为0.3℃/min；620℃-720℃，升温速率为0.8℃/min；720℃-1020℃，升温速率为1.25℃/min；升温至1020℃后保温1小时，然后进入冷却阶段，冷却过程中：1020℃-800℃，降温速率为0.8℃/min；冷却至800℃后自然降温至250-350℃时出炉，即可得到成品。
所述的步骤四中采用的填充料为冶金焦粉。
实施例四
一种电解铝用低成本碳素阳极，其原料由粘结剂和骨料组成，所述的粘结剂占碳素阳极原料总重的重量百分数为18%，所述的骨料占碳素阳极原料总重的重量百分数为82%；粘结剂由改性酚醛树脂和改性沥青组成，改性酚醛树脂占粘结剂的重量百分数为70%，改性沥青占粘结剂的重量百分数为30%；所述的骨料由以下重量百分比的组分组成：55%的粒度为2~6mm的酸碱除灰后的炭化稻壳、20%的粒度为0~1mm的无烟煤、12%的粒度为2~6mm的石油焦以及13%的粒度为0~1mm的人造石墨，其中，酸碱除灰后的炭化稻壳和无烟煤的灰分均低于1%；人造石墨的灰分低于0.3%；石油焦的灰分低于0.4%，挥发分低于10%。
改性酚醛树脂是以酚醛树脂为基体，以B4C为填料混合制成。
石油焦为生石油焦。
具体制备方法包括以下步骤：
步骤一、原料的制备
a、稻壳的炭化
将稻壳放入炭化炉中升温至700℃进行加热炭化，升温过程中： 25~80℃，升温速率为1.3℃/min； 80℃-200℃，升温速率为0.5℃/min； 200℃-700℃，升温速率为4.5℃/min；升温至700℃后保温1小时，然后自然冷却至室温，得到炭化稻壳，备用；
b、无烟煤煅烧
将无烟煤放入煅烧炉中，在1800℃的条件下煅烧，使无烟煤中的灰分挥发，备用；
c、破碎和磨料
将步骤a制得的炭化稻壳依次在破碎机和磨料机上进行破碎和磨细，使磨细后的稻壳粒度达到2~6mm，备用；将步骤b中煅烧后的无烟煤依次在破碎机和磨料机上进行破碎和磨细，使磨细后的无烟煤粒度达到0~1mm，备用；
d、酸碱除灰
分别将步骤c中处理后的无烟煤和炭化稻壳依次放入NaOH溶液和HCl溶液中浸泡，每次浸泡后都进行过滤和洗涤，浸泡后使无烟煤和炭化稻壳的灰分均控制在1%之内，备用；
步骤二、称取原料
e、称取骨料
称取人造石墨、石油焦和步骤d中处理后的炭化稻壳和无烟煤的混合物作为骨料，其中，炭化稻壳占骨料总重量的55%，无烟煤占骨料总重量的20%，人造石墨占骨料总重量的12%，石油焦占骨料总重量的13%；
f、称取粘结剂
称取改性酚醛树脂和改性沥青的混合物作为粘结剂，其中改性酚醛树脂占粘结剂总重量的70%，改性沥青占粘结剂总重量的30%；
g、分别称取步骤e和步骤f中配制的骨料和粘结剂，其中骨料占骨料和粘结剂总重量的82%，粘结剂占骨料和粘结剂总重量的18%；
步骤三、混捏
h、将步骤g中称取的骨料放入三维立体混料机中混合3h，之后将混合好的骨料取出放入恒温烘箱中，在150℃的条件下预热10个小时，备用；
i、将步骤g中称取的粘结剂加热到180℃，备用；
j、将步骤h和步骤i中处理过的的骨料和粘结剂加入到Sigma形双搅刀混捏机中，在153℃的条件下混捏18min，然后取出混捏后的混合物备用；
步骤四、模压成型
将步骤j中取出的混合物冷却至45℃，之后用油压机在9MPa压力下压制成型，将成型的生坯试样烘干后埋入放有填充料的刚玉坩埚中，所述生坯试样的周围有12mm厚的填充料；
步骤五、焙烧和冷却
将步骤四中的刚玉坩埚放入马弗炉中经以下几个阶段进行焙烧和冷却，焙烧过程中： 25~110℃，升温速率为3.5℃/min； 110℃-160℃，升温速率为1.7℃/min； 160℃-200℃，升温速率为1.3℃/min； 200℃-550℃，升温速率为0.15℃/min； 550℃-620℃，升温速率为0.3℃/min；620℃-720℃，升温速率为0.8℃/min；720℃-1020℃，升温速率为1.25℃/min；升温至1020℃后保温1小时，然后进入冷却阶段，冷却过程中：1020℃-800℃，降温速率为0.8℃/min；冷却至800℃后自然降温至250-350℃时出炉，即可得到成品。
所述的步骤四中采用的填充料为冶金焦粉。
本实施例中制得的碳素阳极指标：电阻率52μΩ·m，真密度1.95×103kg/m3，体积密度1.56×103kg/m3，灰分0.98%，抗压强度38Mpa，与以前的碳素阳极指标相比均有所改善，且大大降低了成本。
Claims (5)
1.一种电解铝用低成本碳素阳极，其原料由粘结剂和骨料组成，其特征在于：所述的粘结剂占碳素阳极原料总重的重量百分数为15~20%，所述的骨料占碳素阳极原料总重的重量百分数为80~85%；
所述的粘结剂由改性酚醛树脂和改性沥青组成，所述的改性酚醛树脂占粘结剂的重量百分数为60~70%，所述的改性沥青占粘结剂的重量百分数为30~40%；
所述的骨料由粒度为2~6mm的酸碱除灰后的炭化稻壳、粒度为0~1mm的酸碱除灰后的无烟煤、粒度为2~6mm的石油焦和粒度为0~1mm的人造石墨组成，其中，酸碱除灰后的炭化稻壳的重量占骨料总重的50~60%，酸碱除灰后的无烟煤重量占骨料总重的15~20%，石油焦的重量占骨料总重的12~16%，人造石墨的重量占骨料总重的12~16%；所述的酸碱除灰后的炭化稻壳和无烟煤的灰分均低于1%；所述的人造石墨的灰分低于0.3%；所述的石油焦的灰分低于0.4%，挥发分低于10%。
2.如权利要求1所述的一种电解铝用低成本碳素阳极，其特征在于：所述的改性酚醛树脂是以酚醛树脂为基体，以B4C为填料混合制成。
3.如权利要求1所述的一种电解铝用低成本碳素阳极，其特征在于：所述的石油焦为生石油焦。
4.如权利要求1所述的一种电解铝用低成本碳素阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、原料的制备
a、稻壳的炭化
将稻壳放入炭化炉中升温至700℃进行加热炭化，升温过程中： 25~80℃，升温速率为1.3℃/min； 80℃-200℃，升温速率为0.5℃/min； 200℃-700℃，升温速率为4.5℃/min；升温至700℃后保温1小时，然后自然冷却至室温，得到炭化稻壳，备用；
b、无烟煤煅烧
将无烟煤放入煅烧炉中，在1750~2000℃的条件下煅烧，使无烟煤中的灰分挥发，备用；
c、破碎和磨料
将步骤a制得的炭化稻壳依次在破碎机和磨料机上进行破碎和磨细，使磨细后的稻壳粒度达到2~6mm，备用；将步骤b中煅烧后的无烟煤依次在破碎机和磨料机上进行破碎和磨细，使磨细后的无烟煤粒度达到0~1mm，备用；
d、酸碱除灰
分别将步骤c中处理后的无烟煤和炭化稻壳依次放入NaOH溶液和HCl溶液中浸泡，每次浸泡后都进行过滤和洗涤，浸泡后使无烟煤和炭化稻壳的灰分均控制在1%之内，备用；
步骤二、称取原料
e、称取骨料
称取人造石墨、石油焦和步骤d中处理后的炭化稻壳和无烟煤的混合物作为骨料，其中，炭化稻壳占骨料总重量的50~60%，无烟煤占骨料总重量的15~20%，人造石墨占骨料总重量的12~16%，石油焦占骨料总重量的12~16%；
f、称取粘结剂
称取改性酚醛树脂和改性沥青的混合物作为粘结剂，其中改性酚醛树脂占粘结剂总重量的60~70%，改性沥青占粘结剂总重量的30~40%；
g、分别称取步骤e和步骤f中配制的骨料和粘结剂，其中骨料占骨料和粘结剂总重量的80~85%，粘结剂占骨料和粘结剂总重量的15~20%；
步骤三、混捏
h、将步骤g中称取的骨料放入三维立体混料机中混合1~3h，之后将混合好的骨料取出放入恒温烘箱中，在150℃的条件下预热10个小时，备用；
i、将步骤g中称取的粘结剂加热到180℃，备用；
j、将步骤h和步骤i中处理过的骨料和粘结剂加入到双搅刀混捏机中，在145~155℃的条件下混捏15~20min，然后取出混捏后的混合物备用；
步骤四、模压成型
将步骤j中取出的混合物冷却至40~50℃，之后用油压机在8~10MPa压力下压制成型，将成型的生坯试样烘干后埋入放有填充料的刚玉坩埚中，所述生坯试样的周围至少有10mm厚的填充料；
步骤五、焙烧和冷却
将步骤四中的刚玉坩埚放入马弗炉中经以下几个阶段进行焙烧和冷却，焙烧过程中： 25~110℃，升温速率为3.5℃/min； 110℃-160℃，升温速率为1.7℃/min； 160℃-200℃，升温速率为1.3℃/min； 200℃-550℃，升温速率为0.15℃/min； 550℃-620℃，升温速率为0.3℃/min；620℃-720℃，升温速率为0.8℃/min；720℃-1020℃，升温速率为1.25℃/min；升温至1020℃后保温1小时，然后进入冷却阶段，冷却过程中：1020℃-800℃，降温速率为0.8℃/min；冷却至800℃后自然降温至250-350℃时出炉，即可得到成品。
5.如权利要求4所述的一种电解铝用低成本碳素阳极的制备方法，其特征在于：所述的步骤四中采用的填充料为冶金焦粉。
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JPS5898378A (ja) * | 1981-12-08 | 1983-06-11 | Nippon Light Metal Co Ltd | プリベ−ク炭素陽極用充填目地材 |
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Non-Patent Citations (3)
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| 无烟煤制作铝电解炭阳极的研究;任耀剑;《中国博士学位论文全文数据库-工程科技I集》;20100215;第19-107页 * |
| 铝用炭阳极制备关键技术研究及工程化应用;刘风琴;《中国博士学位论文全文数据库-工程科技I集》;20120115;第1-44页 * |
| 铝电解用炭阳极的综合性能;叶绍龙 等;《中国有色金属学报》;20030420;第13卷(第2期);第490-496页 * |
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