CN106083052A - 一种电解铝用阳极炭块的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电解铝用阳极炭块的制备方法,属于碳素生产领域。具体包括以下步骤:首先,选取无烟煤、半焦与炭黑为主要原料,煤沥青为粘结剂,再将经煅烧后无烟煤、半焦和炭黑粉碎后制成粉,然后将其放入氢氧化钠溶液中浸渍;利用振动成型机将煤沥青与浸渍后的煤粉压制成型,得到炭块;在将经过炭化后的炭块放入处理后煤沥青中浸渍;最后将炭块放入炭化炉中进一步固化,得到本发明阳极炭块。本发明提供了一种电解铝用阳极炭块的制备方法,这种阳极炭块以煤炭为主要原料,降低了生产成本,制作方法简单,所得阳极炭块性能优良,耐氧化性好,导电性好,延长了使用周期,适合广泛应用。
Description
【技术领域】
本发明涉及碳素生产技术领域,尤其是一种电解铝用阳极炭块的制备方法。
【技术背景】
铝是地壳中元素最多的元素,世界上所有的铝都是用电解法生产出来的,电解铝工业历经30多年发展,逐步成为中国重要的基础产业,但由于生产过程中耗电高,历来被称为“高耗能产业”,也是国家重点调控的产业之一。
目前,在节能减排降碳的整体形势下,各行各业都在采用措施节约能源,具体到电解铝行业,电解铝中Hall-Heroult熔盐电解法仍然是工业炼铝的唯一方法。该方法是将Al2O3熔解在高温熔融盐中,在直流电的作用下发生电化学反应,含氧络合离子在阳极放电并氧化炭阳极并释放CO2,含铝络合离子在阴极放电得到熔融金属铝。
现代电解铝行业所用阳极炭块均以石油焦为主料,以煤沥青为粘结剂,经过配料、混捏、成型和焙烧等阶段制成。近几年,国民经济迅猛发展,石油制品消费量连年攀升,石油焦的供应量趋于下降,以致于大大增加了制作阳极炭块的成本,并且炭块制作工艺存在参数控制不合理的情况,导致煤沥青不能充分发挥粘结作用,使成型的阳极炭块出现容易破碎和使用周期短的现象。
【发明内容】
鉴于以上提出的问题,本发明提供了一种电解铝用阳极炭块的制备方法,这种阳极炭块以煤炭为主要原料,降低了生产成本,制作方法简单,所得阳极炭块性能优良,耐氧化性好,导电性好,延长了使用周期,适合广泛应用。
本发明的技术方案如下:
一种电解铝用阳极炭块的制备方法,具体方法包括以下步骤:
(1)原料:选择无烟煤、半焦与炭黑为主要原料,煤沥青为粘结剂;
(2)煅烧:将无烟煤、半焦以及燃煤催化剂放入煅烧炉中,在1250-1300℃下煅烧8-10h后取出,将煅烧后的无烟煤、半焦和炭黑混合,将混合物放入粉碎机中粉碎至粒度小于1mm,得到混合物a;其中,所述燃煤催化剂为:1.0wt%的硝酸钠与1.0wt%碳酸钾,添加量为煤总质量的0.05-0.08%;
(3)浸渍:将步骤(2)所得混合物a放入浓度为0.5-1.0wt%的氢氧化钠溶液中浸渍0.5-1.0h,过滤后,用清水洗涤,晾干,得到混合物b;
(4)成型:将步骤(3)所得混合物b放入混料机中混合20min,再于105-110℃温度下与煤沥青混捏1.0-1.5h,得到混合糊料,将混合糊料放入振动成型机中,压制成型,得到炭块a;其中,所述混合物b与煤沥青的质量比为8:1-1.5;
(5)炭化:将步骤(4)成型的炭块a放入炭化炉中,以5-9℃/min的升温速率升温至450-550℃,并于温度为450-550℃炭化5-8h,冷却至常温得到炭块b;
(6)浸渍:将煤沥青破碎至粒度为1-2cm,再将破碎后的煤沥青放入浸渍剂糠醇树脂中,常温下浸渍4-6h,然后过滤,取出煤沥青,将取出的煤沥青加热至100-105℃,将步骤(5)所得炭块b放入加热熔融的煤沥青中,保持煤沥青恒温于100-105℃,浸渍6-8h,取出,得到炭块c;
(7)固化:将步骤(6)所得炭块c放入炭化炉中,通入氮气,并以3-5℃/min的升温速率加热至250-300℃,保持炭化温度为250-300℃,炭化3-5h,冷却后取出,即得到成品阳极炭块。
进一步地,在步骤(1)中,所述无烟煤、半焦与炭黑的质量比为10:2-2.5:1-1.2。
进一步地,在步骤(3)中,所述混合物a与所述浓度为0.5-1.0wt%的氢氧化钠溶液的质量比为1:4-4.5。
进一步地,在步骤(4)中,所述振动成型机在使用前预热,使振动成型机较所述煤粉高4-5℃。
进一步地,在步骤(6)中,所述煤沥青与所述糠醇树脂的质量比为1:3-4。
进一步地,在步骤(7)中,所述氮气的体积流量为350-450ml/min。
本发明与现有技术相比具有如下优点:
(1)本发明的阳极炭块所用主要原料为无烟煤、半焦和炭黑,替代石油焦。增加了我国煤炭的利用率,从而降低生产成本;本发明所用无烟煤的含碳量在90%以上,半焦中碳元素所占比例达95%,经过高温煅烧、磨碎后,加入一定比例的燃煤催化剂,以特定比例混合使用,可提高煤的燃烧效率,还能降低混合煤粉燃烧排放的废气量;本发明中还加入炭黑,炭黑原子之间可形成共价键,碳原子通过共价键在电势上产生通路,从而减小电阻,实现节能的目的。
(2)严格把控制作工艺,混合煤粉经过氢氧化钠浸渍、压制成型与炭化工艺,降低了原料灰分与杂质含量,使所得炭块在下一步浸渍过程能与浸渍剂较好融合,提高了阳极炭块的抗氧化性能,其中,成型所用振动成型机在使用前预热,温度较所述煤粉高4-5℃,可减少阳极炭块的裂纹与缝隙,提高其机械强度。
(3)本发明所用粘结剂为煤沥青,首先将煤沥青放入有机溶剂糠醇树脂中浸渍,可提高煤沥青的粘结性和耐腐蚀性;再将处理后的炭块放入加热熔融的煤沥青中浸渍特定时间,煤沥青内的多芳烃化合物经过一系列的热解和缩聚反应,最后形成粘结剂焦,将炭粉与焦粉粘结在一起,形成机械性能和抗氧化性能较好的阳极炭块。
总之,本发明提供了一种电解铝用阳极炭块的制备方法,这种阳极炭块以煤炭为主要原料,降低了生产成本,制作方法简单,所得阳极炭块性能优良,耐氧化性好,导电性好,延长了使用周期,适合广泛应用。
【具体实施方式】
下面的实施例可以帮助本领域的技术人员更全面的理解本发明,但不可以以任何方式限制本发明。
实施例1
一种电解铝用阳极炭块的制备方法,具体方法包括以下步骤:
(1)原料:选择无烟煤、半焦与炭黑为主要原料,煤沥青为粘结剂;其中,所述无烟煤、半焦与炭黑的质量比为10:2:1;
(2)煅烧:将无烟煤、半焦以及燃煤催化剂放入煅烧炉中,在1250℃下煅烧8h后取出,将煅烧后的无烟煤、半焦和炭黑混合,将混合物放入粉碎机中粉碎至粒度小于1mm,得到混合物a;其中,所述燃煤催化剂为:1.0wt%的硝酸钠与1.0wt%碳酸钾,添加量为煤总质量的0.05%;
(3)浸渍:将步骤(2)所得混合物a放入浓度为0.5wt%的氢氧化钠溶液中浸渍0.5h,过滤后,用清水洗涤,晾干,得到混合物b;其中,所述混合物a与所述浓度为0.5wt%的氢氧化钠溶液的质量比为1:4。
(4)成型:将步骤(3)所得混合物b放入混料机中混合20min,再于105℃温度下与煤沥青混捏1.0h,得到混合糊料,将混合糊料放入振动成型机中,压制成型,得到炭块a;其中,所述混合物b与煤沥青的质量比为8:1;所述振动成型机在使用前预热,使振动成型机较所述煤粉高4℃;
(5)炭化:将步骤(4)成型的炭块a放入炭化炉中,以5℃/min的升温速率升温至450℃,并于温度为450℃炭化5h,冷却至常温得到炭块b;
(6)浸渍:将煤沥青破碎至粒度为1-2cm,再将破碎后的煤沥青放入浸渍剂糠醇树脂中,常温下浸渍4h,然后过滤,取出煤沥青,将取出的煤沥青加热至100℃,将步骤(5)所得炭块b放入加热熔融的煤沥青中,保持煤沥青恒温于100℃,浸渍6h,取出,得到炭块c;其中,所述煤沥青与所述糠醇树脂的质量比为1:3;
(7)固化:将步骤(6)所得炭块c放入炭化炉中,通入氮气,并以3℃/min的升温速率加热至250℃,保持炭化温度为250℃,炭化3h,冷却后取出,即得到成品阳极炭块。其中,所述氮气的体积流量为350ml/min。
实施例2
一种电解铝用阳极炭块的制备方法,具体方法包括以下步骤:
(1)原料:选择无烟煤、半焦与炭黑为主要原料,煤沥青为粘结剂;其中,所述无烟煤、半焦与炭黑的质量比为10:2.5:1.2;
(2)煅烧:将无烟煤、半焦以及燃煤催化剂放入煅烧炉中,在1300℃下煅烧10h后取出,将煅烧后的无烟煤、半焦和炭黑混合,将混合物放入粉碎机中粉碎至粒度小于1mm,得到混合物a;其中,所述燃煤催化剂为:1.0wt%的硝酸钠与1.0wt%碳酸钾,添加量为煤总质量的0.08%;
(3)浸渍:将步骤(2)所得混合物a放入浓度为1.0wt%的氢氧化钠溶液中浸渍1.0h,过滤后,用清水洗涤,晾干,得到混合物b;其中,所述混合物a与所述浓度为1.0wt%的氢氧化钠溶液的质量比为1:4.5。
(4)成型:将步骤(3)所得混合物b放入混料机中混合20min,再于110℃温度下与煤沥青混捏1.5h,得到混合糊料,将混合糊料放入振动成型机中,压制成型,得到炭块a;其中,所述混合物b与煤沥青的质量比为8:1.5;所述振动成型机在使用前预热,使振动成型机较所述煤粉高5℃;
(5)炭化:将步骤(4)成型的炭块a放入炭化炉中,以9℃/min的升温速率升温至550℃,并于温度为550℃炭化8h,冷却至常温得到炭块b;
(6)浸渍:将煤沥青破碎至粒度为1-2cm,再将破碎后的煤沥青放入浸渍剂糠醇树脂中,常温下浸渍6h,然后过滤,取出煤沥青,将取出的煤沥青加热至105℃,将步骤(5)所得炭块b放入加热熔融的煤沥青中,保持煤沥青恒温于105℃,浸渍8h,取出,得到炭块c;其中,所述煤沥青与所述糠醇树脂的质量比为1:4;
(7)固化:将步骤(6)所得炭块c放入炭化炉中,通入氮气,并以5℃/min的升温速率加热至300℃,保持炭化温度为300℃,炭化5h,冷却后取出,即得到成品阳极炭块。其中,所述氮气的体积流量为450ml/min。
实施例3
一种电解铝用阳极炭块的制备方法,具体方法包括以下步骤:
(1)原料:选择无烟煤、半焦与炭黑为主要原料,煤沥青为粘结剂;其中,所述无烟煤、半焦与炭黑的质量比为10:2:1;
(2)煅烧:将无烟煤、半焦以及燃煤催化剂放入煅烧炉中,在1280℃下煅烧9h后取出,将煅烧后的无烟煤、半焦和炭黑混合,将混合物放入粉碎机中粉碎至粒度小于1mm,得到混合物a;其中,所述燃煤催化剂为:1.0wt%的硝酸钠与1.0wt%碳酸钾,添加量为煤总质量的0.06%;
(3)浸渍:将步骤(2)所得混合物a放入浓度为0.6wt%的氢氧化钠溶液中浸渍0.6h,过滤后,用清水洗涤,晾干,得到混合物b;其中,所述混合物a与所述浓度为0.6wt%的氢氧化钠溶液的质量比为1:4.2。
(4)成型:将步骤(3)所得混合物b放入混料机中混合20min,再于108℃温度下与煤沥青混捏1.2h,得到混合糊料,将混合糊料放入振动成型机中,压制成型,得到炭块a;其中,所述混合物b与煤沥青的质量比为8:1.2;所述振动成型机在使用前预热,使振动成型机较所述煤粉高4.5℃;
(5)炭化:将步骤(4)成型的炭块a放入炭化炉中,以7℃/min的升温速率升温至500℃,并于温度为500℃炭化6h,冷却至常温得到炭块b;
(6)浸渍:将煤沥青破碎至粒度为1-2cm,再将破碎后的煤沥青放入浸渍剂糠醇树脂中,常温下浸渍5h,然后过滤,取出煤沥青,将取出的煤沥青加热至102℃,将步骤(5)所得炭块b放入加热熔融的煤沥青中,保持煤沥青恒温于102℃,浸渍7h,取出,得到炭块c;其中,所述煤沥青与所述糠醇树脂的质量比为1:3.5;
(7)固化:将步骤(6)所得炭块c放入炭化炉中,通入氮气,并以4℃/min的升温速率加热至280℃,保持炭化温度为280℃,炭化4h,冷却后取出,即得到成品阳极炭块。其中,所述氮气的体积流量为400ml/min。
实施例4
一种电解铝用阳极炭块的制备方法,具体方法包括以下步骤:
(1)原料:选择无烟煤、半焦与炭黑为主要原料,煤沥青为粘结剂;其中,所述无烟煤、半焦与炭黑的质量比为10:2.5:1;
(2)煅烧:将无烟煤、半焦以及燃煤催化剂放入煅烧炉中,在1270℃下煅烧9h后取出,将煅烧后的无烟煤、半焦和炭黑混合,将混合物放入粉碎机中粉碎至粒度小于1mm,得到混合物a;其中,所述燃煤催化剂为:1.0wt%的硝酸钠与1.0wt%碳酸钾,添加量为煤总质量的0.07%;
(3)浸渍:将步骤(2)所得混合物a放入浓度为0.8wt%的氢氧化钠溶液中浸渍0.7h,过滤后,用清水洗涤,晾干,得到混合物b;其中,所述混合物a与所述浓度为0.8wt%的氢氧化钠溶液的质量比为1:4.3。
(4)成型:将步骤(3)所得混合物b放入混料机中混合20min,再于106℃温度下与煤沥青混捏1.3h,得到混合糊料,将混合糊料放入振动成型机中,压制成型,得到炭块a;其中,所述混合物b与煤沥青的质量比为8:1;所述振动成型机在使用前预热,使振动成型机较所述煤粉高4℃;
(5)炭化:将步骤(4)成型的炭块a放入炭化炉中,以6℃/min的升温速率升温至420℃,并于温度为420℃炭化7h,冷却至常温得到炭块b;
(6)浸渍:将煤沥青破碎至粒度为1-2cm,再将破碎后的煤沥青放入浸渍剂糠醇树脂中,常温下浸渍4h,然后过滤,取出煤沥青,将取出的煤沥青加热至100℃,将步骤(5)所得炭块b放入加热熔融的煤沥青中,保持煤沥青恒温于100℃,浸渍8h,取出,得到炭块c;其中,所述煤沥青与所述糠醇树脂的质量比为1:3;
(7)固化:将步骤(6)所得炭块c放入炭化炉中,通入氮气,并以3℃/min的升温速率加热至250℃,保持炭化温度为250℃,炭化4h,冷却后取出,即得到成品阳极炭块。其中,所述氮气的体积流量为400ml/min。
实验案例:
本发明经过大量的实验操作与检测,对本发明方法中所制得阳极炭块进行了一系列实验,测试其机械强度、耐氧化性及耐久性,记录实验数据,并与常规市售阳极炭块a进行对比,阳极炭块的参数见表1。
表1阳极炭块参数
从上述表1中可以看出,与市售阳极炭块相比,采用本发明制得的阳极炭块的比电阻较低,更为省电,并且本发明阳极炭块的机械强度与耐久性均较好。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
Claims (6)
1.一种电解铝用阳极炭块的制备方法,其特征在于,所述的具体方法包括以下步骤:
(1)原料:选择无烟煤、半焦与炭黑为主要原料,煤沥青为粘结剂;
(2)煅烧:将无烟煤、半焦以及燃煤催化剂放入煅烧炉中,在1250-1300℃下煅烧8-10h后取出,将煅烧后的无烟煤、半焦和炭黑混合,将混合物放入粉碎机中粉碎至粒度小于1mm,得到混合物a;其中,所述燃煤催化剂为:1.0wt%的硝酸钠与1.0wt%碳酸钾,添加量为煤总质量的0.05-0.08%;
(3)浸渍:将步骤(2)所得混合物a放入浓度为0.5-1.0wt%的氢氧化钠溶液中浸渍0.5-1.0h,过滤后,用清水洗涤,晾干,得到混合物b;
(4)成型:将步骤(3)所得混合物b放入混料机中混合20min,再于105-110℃温度下与煤沥青混捏1.0-1.5h,得到混合糊料,将混合糊料放入振动成型机中,压制成型,得到炭块a;其中,所述混合物b与煤沥青的质量比为8:1-1.5;
(5)炭化:将步骤(4)成型的炭块a放入炭化炉中,以5-9℃/min的升温速率升温至450-550℃,并于温度为450-550℃炭化5-8h,冷却至常温得到炭块b;
(6)浸渍:将煤沥青破碎至粒度为1-2cm,再将破碎后的煤沥青放入浸渍剂糠醇树脂中,常温下浸渍4-6h,然后过滤,取出煤沥青,将取出的煤沥青加热至100-105℃,将步骤(5)所得炭块b放入加热熔融的煤沥青中,保持煤沥青恒温于100-105℃,浸渍6-8h,取出,得到炭块c;
(7)固化:将步骤(6)所得炭块c放入炭化炉中,通入氮气,并以3-5℃/min的升温速率加热至250-300℃,保持炭化温度为250-300℃,炭化3-5h,冷却后取出,即得到成品阳极炭块。
2.根据权利要求1所述一种电解铝用阳极炭块的制备方法,其特征在于,在步骤(1)中,所述无烟煤、半焦与炭黑的质量比为10:2-2.5:1-1.2。
3.根据权利要求1所述一种电解铝用阳极炭块的制备方法,其特征在于,在步骤(3)中,所述混合物a与所述浓度为0.5-1.0wt%的氢氧化钠溶液的质量比为1:4-4.5。
4.根据权利要求1所述一种电解铝用阳极炭块的制备方法,其特征在于,在步骤(4)中,所述振动成型机在使用前预热,使振动成型机较所述煤粉高4-5℃。
5.根据权利要求1所述一种电解铝用阳极炭块的制备方法,其特征在于,在步骤(6)中,所述煤沥青与所述糠醇树脂的质量比为1:3-4。
6.根据权利要求1所述一种电解铝用阳极炭块的制备方法,其特征在于,在步骤(7)中,所述氮气的体积流量为350-450ml/min。
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