CN106892642A - 一种阳极炭块抗氧化涂层 - Google Patents

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Abstract

本发明一种阳极炭块抗氧化涂层的特征是：采用无机磷酸二氢铝作为粘结剂材料，采用电解铝铝灰和阳极覆盖料粉灰作为基料，制备出水溶性阳极炭块表面抗氧化涂层浆料。可在常温状态下将抗氧化涂层浆料采用喷涂工艺，将氧化涂层喷涂在预焙阳极炭块表面。将带有抗氧化涂层浆的阳极炭块安置在铝电解槽中，在铝电解槽工况状态下，阳极炭块的温度会由常温向900℃逐步升高，在此期间内，用磷酸二氢铝作为粘结剂，含有三氧化二铝，二氧化硅、氟化盐等成分的抗氧化涂层浆料层，会在此工况状态下形成一种致密的结壳层。从而阻挡了CO、CO2对阳极碳块的氧化，导致电解铝生产阳极碳耗量的降低。

Description

一种阳极炭块抗氧化涂层
技术领域：本发明一种阳极炭块抗氧化涂层应用于铝电解槽预焙阳极炭块表面抗氧化涂层的制备以及涂刷施工。
背景技术；铝电解槽用阳极炭块既是铝电解生产过程中的热电化学反应的消耗材料，又是阳极导电部件。
在电解槽生产过程中，阳极炭块作为热电化学反应消耗材料，在高温工况状态环境下及电流的作用下，参与热电化学反应，与电解槽熔融冰晶石解质氧化铝中的氧原子发生反应，生成二氧化碳气体排出铝电解槽外。
依据推算，正常情况下，每吨电解铝的阳极炭块的净耗应在370kg左右，阳极炭块毛耗应在450kg左右。
但实际电解铝生产过程中阳极炭块的毛耗都大于450kg以上，造成这种阳极炭块毛耗增加现象的主要原因是阳极炭块非电解消耗氧化量的增加，即在铝电解过程中，因为电解质液层上部的阳极炭块依然处于高温区，阳极炭块的表面易和电解熔池内释放出来的氧原子以及空气中的氧原子发生化学反应，造成阳极炭块的氧化烧损。产生这样的结果，不仅造成阳极炭块毛耗增加，而且致使电解铝生产中的C2气体的排放增加，造成环境大气的污染。
为此，电解铝产业许多工程技术人员都在开展阳极炭块表面抗氧化涂层的研究，在保证涂料不污染电解质铝液的情况下，其目前能够进行产业化应用的技术基本上有两种。
一种是用高温铝液做涂层材料，采用专用机械装置，在阳极表面喷涂上一层铝液层，作为阳极炭块的抗氧化保护层。
该技术的主要缺陷是：涂料层为冷的铝液，材料成本高，喷涂机械装置复杂，喷涂工艺本高，再者喷涂在阳极炭块表面的铝液抗氧化层，在铝电解槽内电解质液的上方，当温度高于650℃时，其铝涂层就开始熔化，失去对阳极炭块表层的抗氧化保护功能，其效果欠佳。
另一种是用有机树脂或氢氟酸钠作为粘结剂材料，与氧化铝粉或冰晶石粉进行混合制备成浆状物料，涂刷在阳极炭块的表面，作为阳极炭块的抗氧化保护层。
该技术的主要缺陷是：用有机树脂或氢氟酸钠作为粘结剂材料，虽然可以将含有氧化铝冰晶石材料成分的抗氧化保护材料，在常温下粘附在阳极炭块的表面，但由于阳极炭块和有机树脂粘结剂以及氧化粉料三者的烧结温度不一样，在投入铝电解槽后的高温状态下，会产生剥落分离现象，很难在阳极炭块的外表面形成一个相互完整有效的保护层，致使其抗氧化功能难以实现。
发明内容：为了克服上述现有技术的缺陷，实现对阳极炭块表面进行抗氧化保温的设想，电解铝生产过程中的阳极炭块的消耗量，以及减少二氧化碳气体的排放量，实现电解铝的绿色生产，本发明提供了一套应用于铝电解槽预焙阳极炭块表面抗氧化涂层的制备以及涂刷施工技术方案
配方一：铝电解槽预焙阳极炭块表面抗氧化涂层浆料。
粘结剂：：磷酸二氢铝AlH6O12P3；
基料：电解铝铝灰，主要化学成分是三氧化二铝和二氧化硅
物理状态：水溶性浆料。
使用方法：喷涂或粉刷。
配方二：铝电解槽预焙阳极炭块表面抗氧化涂层浆料，
粘结剂：磷酸二氢铝AlH6O12P3；
基料：阳极覆盖料粉灰，主要化学成分是：三氧化二铝和氟化盐。
物理状态：水溶性浆料。
使用方法：喷涂或粉刷。
配方二：铝电解槽预焙阳极炭块表面抗氧化涂层浆料
粘结剂：：磷酸二氢铝AlH6O12P3；
基料：电解铝铝灰和阳极覆盖料。
主要化学成分是三氧化二铝和氟化盐等。
物理状态：水溶性浆料。
使用方法：喷涂或粉刷。
依据上述配方，铝电解槽预焙阳极炭块表面抗氧化涂层，采用磷酸二氢铝作为粘结剂，由于该物质为无机水溶性材料，易于和粉状基料混和搅拌成型浆状，特别适宜于现场施工，用磷酸二氢铝液体于粉状基料制备成的抗氧化涂层浆料，可在常温工况下固化，喷涂在阳极炭块的表面后，具有固化结合力强，耐高温、抗震动、抗剥落、耐高温气流冲刷等特点，并具有绝缘性。
磷酸二氢铝作为粘结剂材料原来主要用于耐火材料生产，现在将其移至过来用于阳极炭块表面抗氧化涂层。
依据上述配方一，铝电解槽预焙阳极炭块表面抗氧化涂层，采用电解铝生产工艺中产生金属铝提纯后的铝灰，主要成分是三氧化二铝、二氧化硅，是属于电解生产的难以处置的固废料。采用电解铝灰作为阳极炭块表面抗氧化涂层的基料，不仅可以减少电解铝厂的危固废废料的排放，有利于环境保护；而且电解铝灰在进行金属铝的火法提纯后，其物理形态为细颗粒粉灰，可直接加水与磷酸二氢铝进行混合制浆，成本低。
依据上述配方二：铝电解槽预焙阳极炭块表面抗氧化涂层，采用电解铝生产工艺中炭块阳极覆盖料在破碎工序除尘器中回收的粉尘物料，作为阳极炭块表面抗氧化涂层的基料，不仅可以减少抗氧化涂层的制备成本，而且由于该覆盖料粉灰的化学成分主要是粉状氧化铝和氟化盐粉灰，不会对电解物料体系产生任何污染。且就地取材，制备成本低。
依据上述技术方案：该两组配方的基料可以混合使用，与磷酸二氢铝混合，制备成水溶性预焙阳极炭块表面抗氧化涂层浆料。
依据上述技术方案：在用磷酸二氢铝作为粘结剂和铝灰或阳极覆盖料粉灰制备水溶性浆料时可适量的加入硬化剂进行调对。
依据上述技术方案：采用上述配方制成的预焙阳极炭块表面抗氧化涂层浆料，可以在常温工况状态下，采用喷涂或涂刷的方式将抗氧化涂层浆料涂刷在阳极炭块的的外表面，将阳极炭块经过4-24小时表面晾干后，可直接置放安装在铝电解槽中，进行电解生产，在电解槽内经过350-500℃烘干后，由于是无机粘结剂和氧化铝铝氧化硅等基料料组成，不合有机高分子材料，抗氧化涂层材料和阳极炭块表层之间在高温状态下会产生高粘接强度结合，在阳极炭块的表面形成高温结壳，阻挡了O2、CO2在高温状态下对阳极碳块的氧化，从而减少了电解阳极碳耗，降低原铝的生产成本
本发明有益效果在于：阳极炭块抗氧化涂层采用水溶性的磷酸二氢铝作为粘结剂，采用含有二氧化铝、二氧化硅、氟化盐等电解铝厂生产中的废弃物粉尘灰作为基料生产的阳极炭块抗氧化涂层浆料，不仅有变废为宝，材料综合循环利用，制备与施工成本低的优点，而且抗氧化涂层与阳极炭块体粘结性较强，不易产生脱落，抗氧化性能较高，配料不会污染电解质，并且可以减小了电解铝生产碳耗，降低CO2排放量，降低电解铝的生产成本。
具体实施方案
抗氧化涂层浆料制备方法(一)
粘结剂：磷酸二氢铝
混合基料：铝灰。
该铝灰是电解铝生产工艺中所产生的对环境造成直接或间接危害的工业废弃物，但同时又是一种可综合利用的再生资源，其熔渣经冷却加工后提取金属铝后的产物：其主要化学分为：w(Al203)40.73，w(SiO2)7.18，w(Na2O)2.5～4.5，w(MgO)2.5～4.5w(CaO)＜2.5.00，w(FeO)+w(MnO)＜1.3.0。
制备方法：在机械容器中，将磷酸二氢铝(胶液)和铝灰，加水，在85～120℃加热条件下进行搅拌混合。并保温1-3h左右，进行溶解反应制作成流态浆状料。
抗氧化涂层浆料制备方法(二)
粘结剂：磷酸二氢铝
混合基料：阳极覆盖料粉灰。
该粉灰是电解铝生产工艺中阳极炭块覆盖料在破碎过程中形成的灰粉，
其主要化学分为：冰晶石(Na3AlF6)、氧化铝(Al203)和其他盐类添加物(如AlF3、CaF2、MgF2、LiF)组成。
制备方法：在机械容器中，将阳极覆盖料粉灰，加水，在85～120℃加热条件下进行搅拌混合。并保温1-3h左右，进行溶解反应制作成流态浆状料
抗氧化涂层浆料制备方法(三)
粘结剂：磷酸二氢铝
混合基料：铝灰加电解质氧化铝覆盖料灰粉。
该种铝灰加电解质氧化铝覆盖料灰粉混合料里面：主要化学成分为，三氧化二铝，二氧化硅、及冰晶石(Na3AIF6)及其他盐类添加物(如AIF3、CaF2、MgF2、LiF)组成。
制备方法：在机械容器中，将磷酸二氢铝(胶液)和铝灰，加水，在85～120℃加热条件下进行搅拌混合。并保温1-3h左右，进行溶解反应制作成流态浆状料。
因各个铝厂的电解质体系不同，其铝灰和阳极覆盖料粉灰的化学成分的稳定性较差，会有所不同，在制备时，其配比可用磷酸、加水进行调整。
其阳极覆盖料粉灰中，由于含有大量的氟化盐类材料，可作为铝灰的改性硬化材料使用。
阳极炭块抗氧化涂层浆料使用方法：采用喷涂和涂刷的方法，将抗氧化涂层浆料，涂刷在阳极炭块的表面。
涂刷前，可在阳极炭块的表面，涂刷一层磷酸二氢铝水溶性稀料，作为粘结结合层，再在此层上面涂刷或喷涂上抗氧化涂层浆料。
待阳极炭块表面的抗氧化涂层浆料晾干后，将带有抗氧化涂层浆的，阳极炭块安置在铝电解槽中，在铝电解槽工况状态下，阳极炭块的温度会由常温向900℃以上逐步升高，在此期间内和工况状态下，用磷酸二氢铝作为粘结剂，含有三氧化二铝，二氧化硅、氟化盐等成分的抗氧化涂层浆料层，会形成一种致密的结壳层，从而阻挡了CO、CO2对阳极碳块的氧化，导致电解铝生产阳极碳耗量的降低。

Claims (3)

1.一种阳极炭块抗氧化涂层，其特征是：铝电解槽预焙阳极炭块表面抗氧化涂层浆料其粘结剂为磷酸二氢铝(AlH6O12P3)，其基料有三种，一种电解铝铝灰，一种铝电阳极覆盖料粉灰，也可以将电解铝铝灰和阳极覆盖料粉灰混合配置作为基料。
2.一种阳极炭块抗氧化涂层，其特征是：当采用磷酸二氢铝(AlH6O12P3)作为粘结剂材料，用电解铝铝灰或阳极覆盖料粉灰制备抗氧化涂层时，可形成以下三个配方：
配方一：铝电解槽预焙阳极炭块表面抗氧化涂层浆料
粘结剂：磷酸二氢铝AlH6O12P3；
主要化学成分是三氧化二铝和二氧化硅
物理状态：水溶性浆料。
使用方法：喷涂或粉刷。
配方二：铝电解槽预焙阳极炭块表面抗氧化涂层浆料，
粘结剂：磷酸二氢铝AlH6O12P3；
阳极覆盖料粉灰，主要化学成分是：三氧化二铝和氟化盐。
物理状态：水溶性浆料。
使用方法：喷涂或粉刷。
配方三：铝电解槽预焙阳极炭块表面抗氧化涂层浆料
粘结剂：：磷酸二氢铝AlH6O12P3；
基料：电解铝铝灰和阳极覆盖料粉灰混合料。
主要化学成分是三氧化二铝和氟化盐等。
物理状态：水溶性浆料。
使用方法：喷涂或粉刷。
3.一种阳极炭块抗氧化涂层，其特征是：其阳极覆盖料粉灰中，由于含有大量的氟化盐类材料，可作为电解铝铝灰的改性硬化材料使用。
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