CN106634231B - 一种电解铝预焙阳极防氧化涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电解铝预焙阳极防氧化涂料及其制备方法，属于阳极抗氧化涂料领域。所制备防氧化涂料由陶瓷基连续相、陶瓷基连续催化相、碱及碱土金属辅助催化相、陶瓷基补强相、稳定相、成膜相、水相合成，是一种水性黏稠状流体与水互溶，性质稳定，对人体不产生任何危害，而且在阳极表面具有极强的附着力，可在500℃烧结致密，在碳素阳极表面形成一层致密的陶瓷基密封层，隔绝二氧化碳、氧气、空气，防止碳素阳极外表面氧化剥落，进而降低碳素阳极毛耗及净耗，从而延长1‑2天的阳极换极周期。

Description

一种电解铝预焙阳极防氧化涂料及其制备方法
技术领域
本发明公开了一种电解铝预焙阳极防氧化涂料及其制备方法，属于阳极抗氧化涂料领域。
背景技术
碳素阳极的主要原料是石油焦、沥青及残极破碎料。在当前的铝电解工艺中，难以完全隔绝阳极与空气的接触，更无法隔绝碳素阳极侧面与CO2的接触，阳极侧部裸露在CO2之中。阳极与氧化性气体发生的氧化还原反应和与CO2接触发生的布多尔反应，造成了碳素阳极的过量消耗，生产一吨铝的理论碳耗为333.3kg，世界先进水平的阳极净耗达400kg/t-Al。特别是在沥青与石油焦、残极破碎料之间的选择性氧化，沥青的快速氧化导致残极破碎骨料与石油焦形成突起剥落，掉落的碳渣恶化电解质的性能和铝液质量，研究表明，电解质中碳渣含量为可达到0.01%-0.05%，使电流效率出现不同程度的下降。阳极的质量和工作状况对电解正常生产及电流效率、电能消耗、原铝品位等经济技术指标影响十分巨大，因此提高阳极的抗氧化性具有重要意义。
电解铝产量逐年增加，优质石油焦减少，碳素阳极生产企业不得不使用微量元素含量较高的石油焦，而金属微量元素对阳极的氧化有催化作用，无法脱除，因此提高阳极本身的抗氧化性较为困难。目前，为提高阳极抗氧化性，一般在阳极表面涂覆耐高温的致密涂层，阻止氧化性气体的渗透氧化，这种做法可有效降低阳极无谓消耗，减少温室气体排放。
阳极防氧化涂料是一种涂覆在阳极表面的防腐涂料，具有可常温固化、干燥迅速、施工方便、无毒、耐高温、防腐性能优异，硬度高、附着力好、不粘等优点，随着温度的逐渐升高，晶粒收缩晶缝降低，最终形成致密的网状结构，在阳极周围形成一个完整的高强度的烧结体，450℃~500℃完成预烧结，长期耐受800℃以上高温，抵御空气、氟化氢气体及高浓度CO2的侵蚀，最终达到防止腐蚀的目的。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种电解铝预焙阳极防氧化涂料及其制备方法。该涂料是一种低温浆料，可解决铝电解生产过程中使用周期短及铝液中铁含量偏高的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案之一为：一种电解铝预焙阳极防氧化涂料，其特征在于，所述涂料的组分及质量百分比为：
陶瓷基连续相：由α－Al2O3及γ－Al2O3组成，占涂料总质量的25%~40%；
陶瓷基连续催化相：由云母粉、钾长石粉、稀土精矿褐钇铌矿组成，占涂料总质量的20%~40%，褐钇铌矿为独居石类河流冲击砂型矿；
碱及碱土金属辅助催化相：由氢氧化钾、氢氧化钠、氟化镁、水组成，占涂料总质量的5%~10%；
陶瓷基补强相：由煅烧硅藻土粉、蒙脱土粉组成，占涂料总质量的2%~5%；
稳定相：由硅烷偶联剂、铝酸脂偶联剂组成，分别用于陶瓷基补强相、陶瓷基连续相的表面改性，占涂料总质量的0.1%~0.4%；
成膜相：由甲基纤维素组成，占涂料总质量的0.5%~2%；
水相：占涂料总质量的24-25%。
优选地，上述陶瓷基连续相中各用料的质量百分比分别为85%-100%的α－Al2O3、0-15%的γ－Al2O3。
优选地，上述陶瓷基连续相为改性的陶瓷基连续相，具体是通过将1000目α－Al2O3、325目γ－Al2O3在常温下投入运转中的包覆式粉体改性机中，并添加占涂料总质量0.05%~0.2%的稳定相组分铝酸脂偶联剂，改性机连续运行0.5~2h后完成改性，从而制得。
优选地，上述陶瓷基连续催化相中各用料的质量百分比分别为：40%~55%的云母粉、45%~60%的钾长石粉、＜0.5%的稀土精矿褐钇铌矿。
优选地，上述碱及碱土金属辅助催化相中各用料的质量百分比分别为：20%~35%的氢氧化钾、10%~25%的氢氧化钠、＜1%的氟化镁、50%-70%的水。
优选地，上述陶瓷基补强相中各用料的质量百分比分别为：50%~70%的6000目煅烧硅藻土粉、30%~50%的3000目蒙脱土粉。
优选地，上述陶瓷基补强相为改性的陶瓷基补强相，具体是将煅烧硅藻土粉、蒙脱土粉在常温下投入包覆式粉体改性机中，并加入占涂料总质量0.05%-0.2%的稳定相组分硅烷偶联剂，改性剂连续运行0.5-2h后完成改性，从而制得。
本发明采用的技术方案之二是：上述电解铝预焙阳极防氧化涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按质量比，准备各原料，分别完成改性陶瓷基连续相的制备，陶瓷基连续催化相与碱及碱土金属辅助催化相构成的催化相的制备，改性陶瓷基补强相的制备，成膜相与水相的混合制备；其中，陶瓷基连续催化相与碱及碱土金属辅助催化相构成的催化相的制备是通过先将陶瓷基连续催化相的用料按质量百分比配合后在常温下置于雷蒙磨机中粉碎至粒度小于1250目，备用，然后将碱及碱土金属辅助催化相用料中氢氧化钾、氢氧化钠、氟化镁按质量百分比添加于水中进行搅拌溶解，备用，接着将粉碎的陶瓷基连续催化相和溶解的碱及碱土金属辅助催化相先后投入压热反应釜中，开启搅拌并通入蒸汽加热，待压热反应釜中压力上升至0.90~1.1Mpa、温度升高至175~185℃后，停止通入直接蒸汽，保温并维持压力不变，连续搅拌2~4小时后完成；而成膜相与水相的混合制备是将甲基纤维素溶解于水相中，使用密闭式混合器进行充分的搅拌，直至甲基纤维素分散均一溶液透明为止，不得混入空气，不能有可见颗粒存在；
（2）将成膜相与水相的混合物在常温下置于搅拌釜中，在搅拌中依次加入催化相、改性陶瓷基补强相、改性陶瓷基连续相，均匀搅拌1-2h，制得成品涂料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明制备的电解铝预焙阳极防氧化涂料是一种水性黏稠状流体，与水互溶，性质稳定，对人体不产生任何危害，而且在阳极表面具有极强的附着力，可在500℃烧结致密，在碳素阳极表面形成一层致密的陶瓷基密封层，隔绝二氧化碳、氧气、空气，防止碳素阳极外表面氧化剥落，进而降低碳素阳极毛耗及净耗，从而延长1-2天的阳极换极周期。
附图说明
图1为本发明的制备方法流程图。
具体实施方式
现结合附图1及具体实施例，来对本发明作进一步的阐述。以下所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做其他形式的限制，任何本技术领域的技术人员可能利用本发明公开的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。故凡是未脱离本发明方案的内容，依据本发明的技术实质对以下实施例做简单修改或等同变化，均应落在本发明的保护范围内。
实施例一
1000kg的电解铝预焙阳极防氧化涂料，其组分分别为：
陶瓷基连续相：由α－Al2O3及γ－Al2O3组成，占涂料总质量的35%，共350kg，其中α－Al2O3占陶瓷基连续相的90%，即为315kg；、γ－Al2O3占陶瓷基连续相的10%，即35kg；
陶瓷基连续催化相：由云母粉、钾长石粉、稀土精矿褐钇铌矿组成，占涂料总质量的30%，即300kg，其中云母粉用量为陶瓷基连续催化相的40%，即120kg，钾长石粉用量为陶瓷基连续催化相的59.67%，约179kg，稀土精矿褐钇铌矿用量为陶瓷基连续催化相的0.33%，约为1kg；
碱及碱土金属辅助催化相：由氢氧化钾、氢氧化钠、氟化镁、水组成，占涂料总质量的7%，即70kg，其中氢氧化钾的用量为碱及碱土金属辅助催化相的35%，即24.5kg；氢氧化钠的用量为碱及碱土金属辅助催化相的10%，即7kg；氟化镁的用量为碱及碱土金属辅助催化相的0.2%，即0.14Kg；水的用量为碱及碱土金属辅助催化相的54.8%，即38.36Kg；
陶瓷基补强相：由煅烧硅藻土粉、蒙脱土粉组成，占涂料总质量的2%,共20kg，其中6000目煅烧硅藻土粉的用量为陶瓷基补强相的70%，即14kg；3000目蒙脱土粉的用量为陶瓷基补强相的30%，即6kg；
稳定相：由硅烷偶联剂、铝酸脂偶联剂组成，占涂料总质量的0.2%，共2kg，其中硅烷偶联剂的用量为1kg, 用于陶瓷基补强相的表面改性；而铝酸脂偶联剂的用量为1Kg，用于陶瓷基连续相的表面改性；
成膜相：由甲基纤维素组成，占涂料总质量的1%，共10kg；
水相：占涂料总质量的24.8%，共248kg。
本实施例中电解铝预焙阳极防氧化涂料制备方法，包括如下步骤：
第一，改性陶瓷基连续相的制备：本发明中的陶瓷基连续相为改性的陶瓷基连续相，具体是将1000目α－Al2O3与325目γ－Al2O3在常温下投入运转中的包覆式粉体改性机中，并添加铝酸脂偶联剂1kg，改性机连续运行0.5~2h后完成改性，从而制得；
第二，陶瓷基连续催化相与碱及碱土金属辅助催化相混合的催化相的制备：首先，将陶瓷基连续催化相的用料按质量百分比配合后在常温下置于雷蒙磨机中粉碎至粒度小于1250目，备用，然后将碱及碱土金属辅助催化相的用料按质量百分比添加于水中进行搅拌溶解，备用，接着将粉碎的陶瓷基连续催化相和溶解的碱及碱土金属辅助催化相先后投入压热反应釜中，开启搅拌并通入蒸汽加热，待压热反应釜中压力上升至0.90~1.1Mpa、温度升高至175~185℃后，停止通入直接蒸汽，保温并维持压力不变，连续搅拌2h后完成制备；
第三，改性陶瓷基补强相的制备：本发明的陶瓷基补强相为改性的陶瓷基补强相，具体是将煅烧硅藻土粉、蒙脱土粉在常温下投入包覆式粉体改性机中，并加入硅烷偶联剂1kg，改性剂连续运行1h后完成改性，从而制得。
第四，成膜相与水相的混合制备：将甲基纤维素溶解于水相中，使用密闭式混合器进行充分的搅拌，直至甲基纤维素分散均一溶液透明为止，不得混入空气，不能有可见颗粒存在；
第五，充分混合：将成膜相与水相的混合物在常温下置于搅拌釜中，在搅拌中依次加入催化相、改性陶瓷基补强相、改性陶瓷基连续相，均匀搅拌1-2h，制得成品涂料1000kg。
实施例二
1000kg的电解铝预焙阳极防氧化涂料，其组分分别为：
陶瓷基连续相：由α－Al2O3及γ－Al2O3组成，占涂料总质量的40%，共400kg，其中1000目的α－Al2O3占陶瓷基连续相的85%，即为340kg；325目γ－Al2O3占陶瓷基连续相的15%，即60kg；
陶瓷基连续催化相：由云母粉、钾长石粉、稀土精矿褐钇铌矿组成，占涂料总质量的20%，即200kg，其中云母粉用量为陶瓷基连续催化相的55%，即110kg，钾长石粉用量为陶瓷基连续催化相的44.67%，约89.34kg，稀土精矿褐钇铌矿用量为陶瓷基连续催化相的0.33%，约为0.66kg；
碱及碱土金属辅助催化相：由氢氧化钾、氢氧化钠、氟化镁、水组成，占涂料总质量的10%，即100kg，其中氢氧化钾的用量为碱及碱土金属辅助催化相的20%，即20kg；氢氧化钠的用量为碱及碱土金属辅助催化相的25%，即25kg；氟化镁的用量为碱及碱土金属辅助催化相的0.5%，即0.5Kg；水的用量为碱及碱土金属辅助催化相的54.5%，即54.5Kg；
陶瓷基补强相：由煅烧硅藻土粉、蒙脱土粉组成，占涂料总质量的5%,共50kg，其中6000目煅烧硅藻土粉的用量为陶瓷基补强相的50%，即25kg；3000目蒙脱土粉的用量为陶瓷基补强相的50%，即25kg；
稳定相：由硅烷偶联剂、铝酸脂偶联剂组成，占涂料总质量的0.1%，共1kg，其中硅烷偶联剂的用量为0.5kg, 用于陶瓷基补强相的表面改性；而铝酸脂偶联剂的用量为0.5Kg，用于陶瓷基连续相的表面改性；
成膜相：由甲基纤维素组成，占涂料总质量的0.5%，共5kg；
水相：占涂料总质量的24.4%，共244kg。
本实施例中电解铝预焙阳极防氧化涂料制备方法，包括如下步骤：
第一，改性陶瓷基连续相的制备：本发明中的陶瓷基连续相为改性的陶瓷基连续相，具体是将1000目α－Al2O3与325目γ－Al2O3在常温下投入运转中的包覆式粉体改性机中，并添加铝酸脂偶联剂0.5kg，改性机连续运行0.5~2h后完成改性，从而制得；
第二，陶瓷基连续催化相与碱及碱土金属辅助催化相混合的催化相的制备：首先，将陶瓷基连续催化相的用料按质量百分比配合后在常温下置于雷蒙磨机中粉碎至粒度小于1250目，雷蒙磨机连续运行1h后完成，备用；然后将碱及碱土金属辅助催化相除水外的用料按质量百分比添加于水中进行搅拌溶解，搅拌混合0.5h，备用，接着将粉碎的陶瓷基连续催化相和溶解的碱及碱土金属辅助催化相先后投入压热反应釜中，开启搅拌并通入蒸汽加热，待压热反应釜中压力上升至0.90~1.1Mpa、温度升高至175~185℃后，停止通入直接蒸汽，保温并维持压力不变，连续搅拌2h后完成制备；
第三，改性陶瓷基补强相的制备：本发明的陶瓷基补强相为改性的陶瓷基补强相，具体是将6000目煅烧硅藻土粉、3000目蒙脱土粉在常温下投入包覆式粉体改性机中，并加入硅烷偶联剂0.5kg，改性剂连续运行1h后完成改性，从而制得。
第四，成膜相与水相的混合制备：将甲基纤维素溶解于水相中，并使用密闭式混合器进行充分的搅拌，直至甲基纤维素完成溶解、溶液透明为止，搅拌过程中不得混入空气，不能有可见颗粒存在；
第五，充分混合：将成膜相与水相的混合物在常温下置于搅拌釜中，开启搅拌，在搅拌中依次加入催化相、改性陶瓷基补强相、改性陶瓷基连续相，均匀搅拌2h，制得成品涂料1000kg。
实施例三
1000kg的电解铝预焙阳极防氧化涂料，其组分分别为：
陶瓷基连续相：由α－Al2O3及γ－Al2O3组成，占涂料总质量的25%，共250kg，其中1000目的α－Al2O3占陶瓷基连续相的100%，即为250kg；325目γ－Al2O3占陶瓷基连续相的0%，即0kg；
陶瓷基连续催化相：由云母粉、钾长石粉、稀土精矿褐钇铌矿组成，占涂料总质量的40%，即400kg，其中云母粉用量为陶瓷基连续催化相的50%，即200kg，钾长石粉用量为陶瓷基连续催化相的49.67%，约198.68kg，稀土精矿褐钇铌矿用量为陶瓷基连续催化相的0.33%，约为1.32kg；
碱及碱土金属辅助催化相：由氢氧化钾、氢氧化钠、氟化镁、水组成，占涂料总质量的5%，即50kg，其中氢氧化钾的用量为碱及碱土金属辅助催化相的30%，即15kg；氢氧化钠的用量为碱及碱土金属辅助催化相的20%，即10kg；氟化镁的用量为碱及碱土金属辅助催化相的0.2%，即0.1Kg；水的用量为碱及碱土金属辅助催化相的49.8%，即24.9Kg；
陶瓷基补强相：由煅烧硅藻土粉、蒙脱土粉组成，占涂料总质量的3%,共30kg，其中6000目煅烧硅藻土粉的用量为陶瓷基补强相的60%，即18kg；3000目蒙脱土粉的用量为陶瓷基补强相的40%，即12kg；
稳定相：由硅烷偶联剂、铝酸脂偶联剂组成，占涂料总质量的0.4%，共4kg，其中硅烷偶联剂的用量为2kg, 用于陶瓷基补强相的表面改性；而铝酸脂偶联剂的用量为2Kg，用于陶瓷基连续相的表面改性；
成膜相：由甲基纤维素组成，占涂料总质量的2%，共20kg；
水相：占涂料总质量的24.6%，共246kg。
本实施例中电解铝预焙阳极防氧化涂料制备方法，包括如下步骤：
第一，改性陶瓷基连续相的制备：本发明中的陶瓷基连续相为改性的陶瓷基连续相，具体是将1000目α－Al2O3在常温下投入运转中的包覆式粉体改性机中，并添加铝酸脂偶联剂2kg，改性机连续运行0.5~2h后完成改性，从而制得；
第二，陶瓷基连续催化相与碱及碱土金属辅助催化相混合的催化相的制备：首先，将陶瓷基连续催化相的用料按质量百分比配合后在常温下置于雷蒙磨机中粉碎至粒度小于1250目，雷蒙磨机连续运行1h后完成，备用；然后将碱及碱土金属辅助催化相除水外的用料按质量百分比添加于水中进行搅拌溶解，搅拌混合0.5h，备用，接着将粉碎的陶瓷基连续催化相和溶解的碱及碱土金属辅助催化相先后投入压热反应釜中，开启搅拌并通入蒸汽加热，待压热反应釜中压力上升至0.90~1.1Mpa、温度升高至175~185℃后，停止通入直接蒸汽，保温并维持压力不变，连续搅拌2h后完成制备；
第三，改性陶瓷基补强相的制备：本发明的陶瓷基补强相为改性的陶瓷基补强相，具体是将6000目煅烧硅藻土粉、3000目蒙脱土粉在常温下投入包覆式粉体改性机中，并加入硅烷偶联剂2kg，改性剂连续运行1h后完成改性，从而制得。
第四，成膜相与水相的混合制备：将甲基纤维素溶解于水相中，并使用密闭式混合器进行充分的搅拌，直至甲基纤维素完成溶解、溶液透明为止，搅拌过程中不得混入空气，不能有可见颗粒存在；
第五，充分混合：将成膜相与水相的混合物在常温下置于搅拌釜中，开启搅拌，在搅拌中依次加入催化相、改性陶瓷基补强相、改性陶瓷基连续相，均匀搅拌2h，制得成品涂料1000kg。

Claims (9)

1.一种电解铝预焙阳极防氧化涂料，其特征在于，所述涂料的组分及质量百分比为：
陶瓷基连续相：由α－Al2O3及γ－Al2O3组成，占涂料总质量的25%~40%；
陶瓷基连续催化相：由云母粉、钾长石粉、稀土精矿褐钇铌矿组成，占涂料总质量的20%~40%；
碱及碱土金属辅助催化相：由氢氧化钾、氢氧化钠、氟化镁、水组成，占涂料总质量的5%~10%；
陶瓷基补强相：由煅烧硅藻土、蒙脱土组成，占涂料总质量的2%~5%；
稳定相：由硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂组成，分别用于陶瓷基补强相、陶瓷基连续相的表面改性，占涂料总质量的0.1%~0.4%；
成膜相：由甲基纤维素组成，占涂料总质量的0.5%~2%；
水相：占涂料总质量的24-25%。
2.根据权利要求1所述的电解铝预焙阳极防氧化涂料，其特征在于，上述陶瓷基连续相中各用料的质量百分比分别为85%-100%的α－Al2O3、0-15%的γ－Al2O3。
3.根据权利要求2所述的电解铝预焙阳极防氧化涂料，其特征在于，上述陶瓷基连续相为改性的陶瓷基连续相，具体是通过将1000目α－Al2O3、325目γ－Al2O3在常温下投入运转中的包覆式粉体改性机中，并添加占涂料总质量0.05%~0.2%的稳定相组分铝酸酯偶联剂，改性机连续运行0.5~2h后完成改性，从而制得。
4.根据权利要求1所述的电解铝预焙阳极防氧化涂料，其特征在于，上述陶瓷基连续催化相中各用料的质量百分比分别为：40%~55%的云母粉、45%~60%的钾长石粉、＜0.5%的稀土精矿褐钇铌矿。
5.根据权利要求1所述的电解铝预焙阳极防氧化涂料，其特征在于，上述碱及碱土金属辅助催化相中各用料的质量百分比分别为：20%~35%的氢氧化钾、10%~25%的氢氧化钠、＜1%的氟化镁、50%-70%的水。
6.根据权利要求1所述的电解铝预焙阳极防氧化涂料，其特征在于，上述陶瓷基补强相中各用料的质量百分比分别为：50%~70%的6000目煅烧硅藻土粉、30%~50%的3000目蒙脱土粉。
7.根据权利要求6所述的电解铝预焙阳极防氧化涂料，其特征在于，上述陶瓷基补强相为改性的陶瓷基补强相，具体是将煅烧硅藻土粉、蒙脱土粉在常温下投入包覆式粉体改性机中，并加入占涂料总质量0.05%-0.2%的稳定相组分硅烷偶联剂，改性机连续运行0.5-2h后完成改性，从而制得。
8.根据权利要求1所述的电解铝预焙阳极防氧化涂料，其特征在于，上述稀土精矿褐钇铌矿为独居石类河流冲击砂型矿。
9.根据上述任意一条权利要求所述的电解铝预焙阳极防氧化涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按质量比，准备各原料，分别完成陶瓷基连续相的制备，陶瓷基连续催化相与碱及碱土金属辅助催化相构成的催化相的制备，陶瓷基补强相的制备，成膜相与水相的混合制备；其中，陶瓷基连续催化相与碱及碱土金属辅助催化相构成的催化相的制备是通过先将陶瓷基连续催化相的用料按质量百分比配合后在常温下置于雷蒙磨机中粉碎至粒度小于1250目，备用，然后将碱及碱土金属辅助催化相用料中氢氧化钾、氢氧化钠、氟化镁按质量百分比添加于水中进行搅拌溶解，备用，接着将粉碎的陶瓷基连续催化相和溶解的碱及碱土金属辅助催化相先后投入压热反应釜中，开启搅拌并通入蒸汽加热，待压热反应釜中压力上升至0.90~1.1Mpa、温度升高至175~185℃后，停止通入蒸汽，保温并维持压力不变，连续搅拌2~4小时后完成；而成膜相与水相的混合制备是将甲基纤维素溶解于水相中，使用密闭式混合器进行充分的搅拌，直至甲基纤维素分散均一溶液透明为止，不得混入空气，不能有可见颗粒存在；
（2）将成膜相与水相的混合物在常温下置于搅拌釜中，在搅拌中依次加入催化相、陶瓷基补强相、陶瓷基连续相，均匀搅拌1-2h，制得成品涂料。
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