CN106283117B - 一种电解铝用阳极炭块的制备方法 - Google Patents

一种电解铝用阳极炭块的制备方法 Download PDF

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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,选取无烟煤与贫煤为主要原料,煤沥青为粘结剂,再将无烟煤与贫煤经煅烧、粉碎后的煤粉放入盐酸溶液中浸渍;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,延长了使用周期,适合广泛应用。

Description

一种电解铝用阳极炭块的制备方法
【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炭阳极均以石油焦为主料,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炭阳极的成本,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,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:选择无烟煤与贫煤为主要原料,煤沥青为粘结剂;
(2)煅烧:将无烟煤与贫煤以及燃煤催化剂放入煅烧炉中,在1050-1200℃下煅烧6-8h后取出,放入粉碎机中粉碎至粒度小于1mm,得到煤粉;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)所得煤粉放入浓度为0.5-1.0wt%的盐酸溶液中浸渍1-2h,过滤后,用清水洗涤,晾干,得到煤粉a;
(4)成型:将步骤(3)浸渍后的煤粉a放入混料机中混合20min,再于105-110℃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;其中,所述煤粉a与煤沥青的质量比为9:1-2;
(5)炭化:将步骤(4)成型的炭块放入炭化炉中,以3-7℃/min的升温速率升温至350-650℃,并于温度为350-650℃炭化4-7h,冷却至常温得到炭块a;
(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3-6h,然后过滤,取出煤沥青,将取出的煤沥青加热至95-105℃,将步骤(5)所得炭块a放入加热熔融的煤沥青中,保持煤沥青恒温于95-105℃,浸渍6-8h,取出,得到炭块b;
(7)固化:将步骤(6)所得炭块b放入炭化炉中,通入氮气,并以3-5℃/min的升温速率加热至200-250℃,保持炭化温度为200-250℃,炭化4-6h,冷却后取出炭块,即得到成品阳极炭块。
进一步地,在步骤(1)中,所述无烟煤与贫煤的质量比为10:1-1.2。
进一步地,在步骤(3)中,所述煤粉与所述浓度为0.5-1.0wt%的盐酸溶液的质量比为1:4-5。
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300-350ml/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贫煤和无烟煤,替代石油焦,增大了我国煤炭的使用量,从而降低生产成本;本发明所用贫煤和无烟煤的含碳量均在90%以上,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。
(2)严格把控制作工艺,混合煤粉经过盐酸浸渍、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,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:选择无烟煤与贫煤为主要原料,煤沥青为粘结剂;其中,所述无烟煤与贫煤的质量比为10:1;
(2)煅烧:将无烟煤与贫煤以及燃煤催化剂放入煅烧炉中,在1050℃下煅烧6h后取出,放入粉碎机中粉碎至粒度小于1mm,得到煤粉;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)所得煤粉放入浓度为0.5wt%的盐酸溶液中浸渍1h,过滤后,用清水洗涤,晾干,得到煤粉a;其中,所述煤粉与所述浓度为0.5wt%的盐酸溶液的质量比为1:4。
(4)成型:将步骤(3)浸渍后的煤粉a放入混料机中混合20min,再于105℃温度下与煤沥青混捏1h,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;其中,所述煤粉a与煤沥青的质量比为9:1;所述振动成型机在使用前预热,使振动成型机温度较所述煤粉高4℃。
(5)炭化:将步骤(4)成型的炭块放入炭化炉中,以3℃/min的升温速率升温至350℃,并于温度为350℃炭化4h,冷却至常温得到炭块a;
(6)浸渍:将煤沥青破碎至粒度为1cm,再将破碎后的煤沥青放入浸渍剂糠醇树脂中,常温下浸渍3h,然后过滤,取出煤沥青,将取出的煤沥青加热至95℃,将步骤(5)所得炭块a放入加热熔融的煤沥青中,保持煤沥青恒温于95℃,浸渍6h,取出,得到炭块b;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b放入炭化炉中,通入氮气,并以3℃/min的升温速率加热至200℃,保持炭化温度为200℃,炭化4h,冷却后取出炭块,即得到成品阳极炭块,其中所述氮气的体积流量为300ml/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:选择无烟煤与贫煤为主要原料,煤沥青为粘结剂,其中,所述无烟煤与贫煤的质量比为10:1.2;
(2)煅烧:将无烟煤与贫煤以及燃煤催化剂放入煅烧炉中,在1200℃下煅烧8h后取出,放入粉碎机中粉碎至粒度小于1mm,得到煤粉;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)所得煤粉放入浓度为1.0wt%的盐酸溶液中浸渍2h,过滤后,用清水洗涤,晾干,得到煤粉a;其中,所述煤粉与所述浓度为1.0wt%的盐酸溶液的质量比为1:5。
(4)成型:将步骤(3)浸渍后的煤粉a放入混料机中混合20min,再于110℃温度下与煤沥青混捏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;其中,所述煤粉a与煤沥青的质量比为9:2;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5℃。
(5)炭化:将步骤(4)成型的炭块放入炭化炉中,以7℃/min的升温速率升温至650℃,并于温度为650℃炭化7h,冷却至常温得到炭块a;
(6)浸渍:将煤沥青破碎至粒度为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a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b;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b放入炭化炉中,通入氮气,并以5℃/min的升温速率加热至250℃,保持炭化温度为250℃,炭化6h,冷却后取出炭块,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:选择无烟煤与贫煤为主要原料,煤沥青为粘结剂,其中,所述无烟煤与贫煤的质量比为10:1.1;
(2)煅烧:将无烟煤与贫煤以及燃煤催化剂放入煅烧炉中,在1100℃下煅烧7h后取出,放入粉碎机中粉碎至粒度小于1mm,得到煤粉;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)所得煤粉放入浓度为0.6wt%的盐酸溶液中浸渍1.2h,过滤后,用清水洗涤,晾干,得到煤粉a;其中,所述煤粉与所述浓度为0.6wt%的盐酸溶液的质量比为1:4.5。
(4)成型:将步骤(3)浸渍后的煤粉a放入混料机中混合20min,再于106℃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;其中,所述煤粉a与煤沥青的质量比为9:1.2;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)炭化:将步骤(4)成型的炭块放入炭化炉中,以4℃/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a;
(6)浸渍:将煤沥青破碎至粒度为1cm,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a放入加热熔融的煤沥青中,保持煤沥青恒温于100℃,浸渍7h,取出,得到炭块b;其中,所述煤沥青与所述糠醇树脂的质量比为1:3.2;
(7)固化:将步骤(6)所得炭块b放入炭化炉中,通入氮气,并以4℃/min的升温速率加热至220℃,保持炭化温度为220℃,炭化5h,冷却后取出炭块,即得到成品阳极炭块,其中所述氮气的体积流量为320ml/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:选择无烟煤与贫煤为主要原料,煤沥青为粘结剂,其中,所述无烟煤与贫煤的质量比为10:1.2;
(2)煅烧:将无烟煤与贫煤以及燃煤催化剂放入煅烧炉中,在1150℃下煅烧7.5h后取出,放入粉碎机中粉碎至粒度小于1mm,得到煤粉;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)所得煤粉放入浓度为0.8wt%的盐酸溶液中浸渍1.5h,过滤后,用清水洗涤,晾干,得到煤粉a;其中,所述煤粉与所述浓度为0.8wt%的盐酸溶液的质量比为1:4.2。
(4)成型:将步骤(3)浸渍后的煤粉a放入混料机中混合20min,再于106℃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;其中,所述煤粉a与煤沥青的质量比为9:1.5;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)成型的炭块放入炭化炉中,以6℃/min的升温速率升温至550℃,并于温度为550℃炭化6h,冷却至常温得到炭块a;
(6)浸渍:将煤沥青破碎至粒度为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98℃,将步骤(5)所得炭块a放入加热熔融的煤沥青中,保持煤沥青恒温于98℃,浸渍7h,取出,得到炭块b;其中,所述煤沥青与所述糠醇树脂的质量比为1:3.6;
(7)固化:将步骤(6)所得炭块b放入炭化炉中,通入氮气,并以4℃/min的升温速率加热至230℃,保持炭化温度为230℃,炭化4h,冷却后取出炭块,即得到成品阳极炭块,其中所述氮气的体积流量为330ml/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,所述方法具体包括以下步骤:
(1)原料:选择无烟煤与贫煤为主要原料,煤沥青为粘结剂;
(2)煅烧:将无烟煤与贫煤以及燃煤催化剂放入煅烧炉中,在1050-1200℃下煅烧6-8h后取出,放入粉碎机中粉碎至粒度小于1mm,得到煤粉;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)所得煤粉放入浓度为0.5-1.0wt%的盐酸溶液中浸渍1-2h,过滤后,用清水洗涤,晾干,得到煤粉a;
(4)成型:将步骤(3)浸渍后的煤粉a放入混料机中混合20min,再于105-110℃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;其中,所述煤粉a与煤沥青的质量比为9:1-2;
(5)炭化:将步骤(4)成型的炭块放入炭化炉中,以3-7℃/min的升温速率升温至350-650℃,并于温度为350-650℃炭化4-7h,冷却至常温得到炭块a;
(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3-6h,然后过滤,取出煤沥青,将取出的煤沥青加热至95-105℃,将步骤(5)所得炭块a放入加热熔融的煤沥青中,保持煤沥青恒温于95-105℃,浸渍6-8h,取出,得到炭块b;
(7)固化:将步骤(6)所得炭块b放入炭化炉中,通入氮气,并以3-5℃/min的升温速率加热至200-250℃,保持炭化温度为200-250℃,炭化4-6h,冷却后取出炭块,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,所述无烟煤与贫煤的质量比为10:1-1.2。
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,所述煤粉与所述浓度为0.5-1.0wt%的盐酸溶液的质量比为1:4-5。
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a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300-350mL/min。
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