CN104120454A - 预焙阳极抗氧化性陶瓷基涂层及其涂覆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种预焙阳极抗氧化性陶瓷基涂层，按重量百分比计，由以下组分构成：Al2O3粉10～70％；SiC粉5～20％；ZrO2粉1～10％；Al2O3晶型转变催化剂1～10％；石墨粉1～5％；高含氢硅油胶黏剂22～60％，其中，所述Al2O3粉、SiC粉、ZrO2粉、Al2O3晶型转变催化剂、石墨粉的粒度均小于25μm，所述Al2O3晶型转变催化剂为BaF2、CaF2、NaCl、KCl、AlF3、NaF、MgCl2、Na2CO3、CaCO3中的至少一种。与相关技术相比，本发明有益效果在于，涂层与碳基体粘结性较强，抗氧化性能较高，原铝质量较好，进而减小了碳消耗，降低了CO2排放量。
Description
【技术领域】
本发明涉及铝电解技术领域，尤其涉及一种用于提高预焙阳极抗氧化性能的预焙阳极抗氧化性陶瓷基涂层及其涂覆方法。
【背景技术】
目前主要应用Hall-Heroult熔盐电解法来生产原铝。在生产过程中，预焙阳极参与电化学反应并不断被消耗，且根据反应式2AL2O3+3C＝4AL+3CO2可以计算出理论上生产1t金属铝的碳消耗量为334kg。但实际上，生产1t金属铝的碳消耗量高达430kg。造成这种现象的主要原因在于，预焙阳极的工作环境为高温铝电解槽，预焙阳极在电解槽中的温度高达450℃～900℃，在此高温环境下，预焙阳极与空气接触的部分会发生氧化反应并生成CO2，氧化反应造成大量的阳极并未参与电化学反应就被额外消耗掉，也就导致了预焙阳极的实际消耗量远远大于理论消耗量，与此同时，CO2的排放量也随之增加。为了减小碳消耗，降低CO2排放量，节约原铝生产成本，保护环境，比较经济有效的方式是在预焙阳极表面涂覆抗氧化性的涂层。
相关技术的预焙阳极抗氧化性涂层的主要成分为5～60份以固含量计的氧化铝溶胶，粒径小于165μm的AL2O3粉末16～35份，粒径小于165μm的氧化硼粉末1～3份。该抗氧化性涂层由于涂层与预焙阳极的碳基体的热膨胀系数不匹配，高温下涂层易开裂脱落，导致涂层失去对预焙阳极的保护作用。
相关技术的预焙阳极抗氧化性涂层的主要成分为硼砂或硼酸35～40％，高岭土10～15％，工业磷酸30～35％，工业硫酸铝0～5％，水10～15％。该抗氧化性涂层由于将大量变价的磷元素和硅元素引入了电解质，污染了铝液，导致铝液中杂质增多，降低了原铝的质量。
相关技术的预焙阳极抗氧化性涂层的的主要成分引入了如氧化硅一类能与HF反应的物质，在电解槽的高温环境下，该类物质与电解烟气中的HF强烈反应，降低了该涂层的稳定性，削弱了该抗氧化性涂层的抗氧化性能。
从而，相关技术的预焙阳极抗氧化性涂层存在涂层与碳基体粘结性较弱，原铝质量较差，抗氧化性能较低的不足。
因此，实有必要提供一种新的预焙阳极抗氧化性陶瓷基涂层及其涂覆方法来克服上述技术问题。
【发明内容】
本发明需要解决的技术问题是提供一种涂层与碳基体粘结性较强，抗氧化性能较高，原铝质量较好的预焙阳极抗氧化性陶瓷基涂层。
本发明一种预焙阳极抗氧化性陶瓷基涂层，按重量百分比计，由以下组分构成：AL2O3粉10～70％；SiC粉5～20％；ZrO2粉1～10％；AL2O3晶型转变催化剂1～10％；石墨粉1～5％；高含氢硅油胶黏剂22～60％，其中，所述AL2O3粉、SiC粉、ZrO2粉、AL2O3晶型转变催化剂、石墨粉的粒度均小于25μm，所述AL2O3晶型转变催化剂为BaF2、CaF2、NaCl、KCl、AlF3、NaF、MgCl2、Na2CO3、CaCO3中的至少一种。
本发明还提供一种预焙阳极抗氧化性陶瓷基涂层的涂覆方法，该方法包括如下步骤：步骤一，将所述AL2O3粉、SiC粉、ZrO2粉、AL2O3晶型转变催化剂、石墨粉、高含氢硅油胶黏剂分别按所述比例调配，混合并搅拌均匀后形成浆料；步骤二，将所述浆料均匀涂覆于所述预焙阳极的表面，涂覆的厚度为0.3～0.5mm；步骤三，常温下干燥12小时后，制得所述预焙阳极抗氧化性陶瓷基涂层。
优选的，所述步骤二中的所述浆料通过毛刷涂覆于所述预焙阳极的表面。
优选的，所述步骤二中的所述浆料通过喷涂涂覆于所述预焙阳极的表面。
与相关技术相比，本发明的有益效果在于，涂层与碳基体粘结性较强，抗氧化性能较高，原铝质量较好，进而减小了碳消耗，降低了CO2排放量。
【具体实施方式】
下面结合实施方式对本发明作进一步说明。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种预焙阳极抗氧化性陶瓷基涂层，按重量百分比计，由以下组分构成：AL2O3粉10～70％；SiC粉5～20％；ZrO2粉1～10％；AL2O3晶型转变催化剂1～10％；石墨粉1～5％；高含氢硅油胶黏剂22～60％，其中，所述AL2O3粉、SiC粉、ZrO2粉、AL2O3晶型转变催化剂、石墨粉的粒度均小于25μm，所述AL2O3晶型转变催化剂为BaF2、CaF2、NaCl、KCl、AlF3、NaF、MgCl2、Na2CO3、CaCO3中的至少一种。
本发明该预焙阳极抗氧化性陶瓷基涂层在电解槽内的高温环境下，涂层中的AL2O3在AL2O3晶型转变催化剂的作用下迅速硬化，并与SiC、ZrO2烧结陶瓷化，高含氢硅油胶黏剂与石墨粉及预焙阳极的碳素反应生成SiC晶须，SiC晶须能填充涂层中残留的少量微孔，提高涂层的致密性，有效隔绝预焙阳极与空气的接触，且该涂层在使用过程中与预焙阳极的炭基体紧密结合，不易开裂脱落，与预焙阳极的炭基体粘结性较强，有效保护了预焙阳极；该涂层未引入变价的磷元素及硅元素，对铝液的污染少，铝液中杂质含量较低，原铝质量较好；该涂层未引入如氧化硅一类能与电解烟气中的HF在高温环境中产生强烈反应的物质，抗氧化性能较强。
该预焙阳极抗氧化性陶瓷基涂层的性能指标如下表所示：
| 重量损失率 | 与预焙阳极的结合 | 煅烧后碳块表面状况 |
| 1.5％ | 结合牢固 | 表面完整 |
相关技术的两种预焙阳极抗氧化性涂层的性能指标如下表所示：
| 序号 | 重量损失率 | 与预焙阳极的结合 | 煅烧后碳块表面状况 |
| 1 | 8.1％ | 局部易于脱落 | 局部氧化明显 |
| 2 | 15％ | 极易脱落 | 表面氧化严重 |
下面以具体实施例进行进一步说明。
实施例一：
粒度小于25μm的AL2O3粉10g；粒度小于25μm的SiC粉5g；粒度小于25μm的ZrO2粉10g；粒度小于25μm的BaF210g；粒度小于25μm的石墨粉5g；高含氢硅油胶黏剂60g。
实施例二：
粒度小于22μm的AL2O3粉20g；粒度小于22μm的SiC粉7g；粒度小于22μm的ZrO2粉8g；粒度小于22μm的CaF23g、粒度小于22μm的NaCl4g；粒度小于22μm的石墨粉3g；高含氢硅油胶黏剂55g。
实施例三：
粒度小于20μm的AL2O3粉30g；粒度小于20μm的SiC粉10g；粒度小于20μm的ZrO2粉4g；粒度小于20μm的KCl2g、粒度小于20μm的AlF32g；粒度小于20μm的石墨粉2g；高含氢硅油胶黏剂50g。
实施例四：
粒度小于18μm的AL2O3粉40g；粒度小于18μm的SiC粉12g；粒度小于18μm的ZrO2粉1g；粒度小于18μm的NaF1g；粒度小于18μm的石墨粉1g；高含氢硅油胶黏剂45g。
实施例五：
粒度小于16μm的AL2O3粉50g；粒度小于16μm的SiC粉11g；粒度小于16μm的ZrO2粉1.2g；粒度小于16μm的MgCl20.7g、粒度小于16μm的Na2CO30.7g；粒度小于16μm的石墨粉1.4g；高含氢硅油胶黏剂35g。
实施例六：
粒度小于14μm的AL2O3粉60g；粒度小于14μm的SiC粉6g；粒度小于14μm的ZrO2粉1.1g；粒度小于14μm的CaCO31.6g；粒度小于14μm的石墨粉1.3g；高含氢硅油胶黏剂30g。
实施例七：
粒度小于10μm的AL2O3粉67g；粒度小于10μm的SiC粉5.5g；粒度小于10μm的ZrO2粉2g；粒度小于10μm的BaF20.4g、粒度小于10μm的CaF20.6g、粒度小于10μm的NaCl0.7g；粒度小于10μm的石墨粉1.8g；高含氢硅油胶黏剂22g。
与相关技术相比，本发明预焙阳极抗氧化性陶瓷基涂层的有益效果在于，涂层与碳基体粘结性较强，抗氧化性能较高，原铝质量较好，进而减小了碳消耗，降低了CO2排放量。
本发明还提出了一种预焙阳极抗氧化性陶瓷基涂层的涂覆方法，该方法包括如下步骤：步骤一，将所述AL2O3粉、SiC粉、ZrO2粉、AL2O3晶型转变催化剂、石墨粉、高含氢硅油胶黏剂分别按所述比例调配，混合并搅拌均匀后形成浆料；步骤二，将所述浆料均匀涂覆于所述预焙阳极的表面，涂覆的厚度为0.3～0.5mm；步骤三，常温下干燥12小时，制得所述预焙阳极抗氧化性陶瓷基涂层。
本实施方式中，所述浆料通过毛刷涂覆或喷涂涂覆的方式涂覆于所述预焙阳极的表面。
与相关技术相比，本发明预焙阳极抗氧化性陶瓷基涂层的涂覆方法的有益效果在于，通过该方法涂覆形成的涂层与碳基体粘结性较强，抗氧化性能较高，原铝质量较好，且涂覆厚度较薄，用材较少，成本较低，该方法工序简单、操作方便、易于实现。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种预焙阳极抗氧化性陶瓷基涂层，其特征在于，按重量百分比计，由以下组分构成：
其中，所述AL2O3粉、SiC粉、ZrO2粉、AL2O3晶型转变催化剂、石墨粉的粒度均小于25μm，所述AL2O3晶型转变催化剂为BaF2、CaF2、NaCl、KCl、AlF3、NaF、MgCl2、Na2CO3、CaCO3中的至少一种。
2.一种如权利要求1所述的预焙阳极抗氧化性陶瓷基涂层的涂覆方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一，将所述AL2O3粉、SiC粉、ZrO2粉、AL2O3晶型转变催化剂、石墨粉、高含氢硅油胶黏剂分别按所述比例调配，混合并搅拌均匀后形成浆料；
步骤二，将所述浆料均匀涂覆于所述预焙阳极的表面，涂覆的厚度为0.3～0.5mm；
步骤三，常温下干燥12小时后，制得所述预焙阳极抗氧化性陶瓷基涂层。
3.根据权利要求2所述的预焙阳极抗氧化性陶瓷基涂层的涂覆方法，其特征在于：所述步骤二中的所述浆料通过毛刷涂覆于所述预焙阳极的表面。
4.根据权利要求2所述的预焙阳极抗氧化性陶瓷基涂层的涂覆方法，其特征在于：所述步骤二中的所述浆料通过喷涂涂覆于所述预焙阳极的表面。
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