CN107502014A - 以铝灰为原料的阳极、钢爪保护涂层料及涂层制备方法 - Google Patents

以铝灰为原料的阳极、钢爪保护涂层料及涂层制备方法 Download PDF

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Abstract

以铝灰为原料的阳极、钢爪保护涂层料及涂层制备方法，所述保护涂层料包括铝灰洗涤渣40％～50％，氧化铝1％～3％，氧化钙2％～6.5％，硅藻土3％～8％，氮化硼3％～5％，分散剂2％～3％，余量为粘结剂。本发明的保护涂层料制作成本低、操作方便、抗腐蚀性能好。

Description

以铝灰为原料的阳极、钢爪保护涂层料及涂层制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝电解生产领域用阳极、钢爪保护涂层及其制备方法技术领域。
背景技术
在铝电解生产过程中，所用到的碳素阳极需要使用阳极钢爪将阳极碳块放入到电解槽中对氧化铝进行电解。使用过程中，阳极钢爪的爪腿插入并嵌入在碳素阳极的磷铁环中，在阳极钢爪与碳素阳极磷铁环结合部以上的爪腿部分是最容易被腐蚀、氧化的部位，随着铝电解生产过程的进行，阳极钢爪不断被消耗，而阳极钢爪的消耗又是铝电解生产的一项重要的经济技术指标。在铝电解生产过程中，为了防止阳极钢爪被电解质冲刷和腐蚀，需要对阳极钢爪采取保护措施，但阳极钢爪的防腐蚀、防氧化一直是铝电解行业面临的棘手问题。
目前国内外铝电解企业使用的阳极钢爪保护方法是采用阳极保护环作为阳极钢爪的保护装置。虽然此方法简单、实效，但却是以牺牲阳极保护环的方式来保护阳极钢爪的目的，且会生产大量的CO2温室气体。专利号为201010135595.3的中国专利公开了一种铝电解预焙阳极钢爪保护的方法，采用物理方法或化学方法使分子或离子聚集成胶体离子等手段，研究出一种粘结性强、耐高温、耐侵蚀性强的阳极钢爪陶瓷涂层材料。专利号为201410164712.7的中国专利公开了一种阳极钢爪用涂刷保护料，主要用铝矾土、石英砂、单质硅粉、高温粘结剂及纤维素等按不同比例制成，能够有效延缓电化学腐蚀的产生，延长阳极钢爪的使用寿命。专利号为201110254272.0的中国专利公开了一种制备阳极钢爪保护环的配方及制备方法，其配方主要原料为铝灰、粘结剂、烧结助剂等，通过制备成保护环达到阳极钢爪阳极钢爪的目的。上述技术中，虽然实现了保护阳极钢爪不被腐蚀，但存在工艺复杂、成本较高、操作不便等问题。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种制作成本低、操作方便、抗腐蚀性能好的阳极、钢爪保护涂层。本发明还提供这种保护涂层的制备方法。
本发明的技术方案如下：
以铝灰为原料的阳极、钢爪保护涂层料，其配方成分及所占质量百分比为：
铝灰洗涤渣：40％～50％；
氧化铝：1％～3％；
氧化钙：2％～6.5％；
硅藻土：3％～8％；
氮化硼：3％～5％；
分散剂：2％～3％；
余量为粘结剂；
所述铝灰洗涤渣是将铝熔铸产生的铝灰经无害化处理后的铝灰洗涤渣。
所述铝灰洗涤渣的粒度为≥100目。
所述氧化铝为工业级氧化铝，纯度大于90％。
所述氧化钙为工业级氧化钙。
所述硅藻土为工业级硅藻土，SiO2含量80％以上。
所述氮化硼为工业级氮化硼，纯度大于95％。
所述分散剂为聚乙烯醇、柠檬三酸铵中的一种或两种。
所述粘结剂为硅溶胶和水玻璃的混合物，其质量含量分别为硅溶胶70％～80％，水玻璃20％～30％。
本发明所述经无害化处理的铝灰洗涤渣，其无害化处理方法如下：将铝熔铸产生的铝灰与水按质量比1:1～1:10进行调浆得到矿浆，将矿浆置于加压反应釜中，于温度80～200℃、压力0～1.0MPa下加压水浸反应0.1～4h，经减压蒸发、液固分离后得到浸出渣，浸出渣经多段逆流洗涤、液固分离后得到洗涤渣。
本发明所述以铝灰为原料的阳极、钢爪保护涂层的制备方法如下：
(1)涂料制备：将经过无害化处理后的铝灰洗涤渣采用200目的筛子进行筛分干燥后与氧化铝、氧化钙、硅藻土、氮化硼按照所述比例混合均匀，加入所述粘结剂混合搅拌10～15min，制成得到涂料浆料；
(2)涂刷：将混涂料桨料转入高效砂浆喷涂机中，用砂浆喷涂机将涂料均匀的喷涂于铝电解阳极炭块除底部以外的四周及上部、钢爪各部位、阳极钢爪与磷铁环的结合部位；
(3)干燥：在温度为30℃～40℃的环境下自然干燥30～40h。
本发明提供的以铝灰为原料的阳极、钢爪保护涂层及其制备方法具有以下优点：
(1)本发明的保护铝电解阳极、钢爪的涂料具有抗氧化性好、高温强度高、配制方便、易操作等优点。
(2)铝灰为铝及铝合金产品生产过程中产生的一种浮渣，生产过程常将其作为废弃物处理。本发明中的保护涂料主要成分为铝灰，实现了铝灰资源化回收利用，保护了生态环境，降低了生产成本。
(3)本发明以硅溶胶和水玻璃混合物作为粘结剂，有效提高涂层的耐高温性、粘结性及成膜性，能增加涂层浆料的流动性及致密度。
(4)将制备完成的涂料直接涂覆于阳极、钢爪表面，省去了制备保护环的工序，操作方便，大幅降低了工人劳动强度，同时大幅度降低了阳极氧化，减少阳极掉渣对电解槽的干扰，提高电解槽电流效率。
具体实施方式
实施例1
一种以铝灰为原料的阳极钢爪保护涂层料配方，见下表：
组分 质量百分比(％)
经无害化处理的铝灰洗涤渣(≥100目) 40
工业级氧化铝(≥100目、纯度＞90％) 3
工业级氧化钙(≥100目) 4
工业级硅藻土(≥100目、SiO2≥80％) 8
工业级氮化硼(≥100目、纯度＞95％) 5
聚乙烯醇 2
粘结剂(质量占比硅溶胶70％+水玻璃30％) 38
以上所述经无害化处理的铝灰洗涤渣，其有害杂质AlN已处理完毕，使用过程不会产生NH3对环境及人员造成危害。
以铝灰为原料的阳极钢爪保护涂层的制备方法如下：
(1)涂料制备：将经过无害化处理后的铝灰采用200目的筛子进行筛分干燥后与氧化铝、氧化钙、硅藻土、氮化硼按照上表所列比例混合均匀，再加入聚乙烯醇、硅溶胶、水玻璃混合搅拌10～12min，制成涂料浆料；
(2)涂刷：将混合搅拌完成的涂料转入高效砂浆喷涂机中，然后操作喷涂机，将涂料均匀的喷晒于铝电解阳极炭块四周及上部(底部不涂)、钢爪各部位、阳极钢爪与磷铁环的结合部位，所述高效砂浆喷涂机为外购产品，其型号为：PJ60A；
(3)干燥：在温度为30℃的环境下自然干燥40h；
(4)安装：按铝电解车间岗位操作规程将涂刷完成的铝电解阳极更换于铝电解槽中进行生产，生产过程工艺不变。
实施例2
一种以铝灰为原料的阳极钢爪保护涂层配方，见下表：
组分 质量百分比(％)
经无害化处理的铝灰洗涤渣(≥100目) 44
工业级氧化铝(≥100目、纯度＞90％) 2
工业级氧化钙(≥100目) 5
工业级硅藻土(≥100目、SiO2≥80％) 4
工业级氮化硼(≥100目、纯度＞95％) 3
聚乙烯醇 2
柠檬三酸铵 1
粘结剂(质量占比硅溶胶80％+水玻璃20％) 39
以铝灰为原料的阳极钢爪保护涂层的制备方法如下：
(1)涂料制备：将经过无害化处理后的铝灰采用200目的筛子进行筛分干燥后与氧化铝、氧化钙、硅藻土、氮化硼按照上表所列比例混合均匀，再加入聚乙烯醇、柠檬三酸铵、硅溶胶、水玻璃混合搅拌12～15min，制成涂料浆料；
(2)涂刷：将混合搅拌完成的涂料转入高效砂浆喷涂机中，然后操作喷涂机将涂料均匀的喷晒于铝电解阳极炭块四周及上部(底部不涂)、钢爪各部位、阳极钢爪与磷铁环的结合部位；
(3)干燥：在温度为40℃的环境下自然干燥30h；
(4)安装：按铝电解车间岗位操作规程将涂刷完成的铝电解阳极更换于铝电解槽中进行生产，生产过程工艺不变。
实施例3
一种以铝灰为原料的阳极钢爪保护涂层配方，见下表：
组分 质量百分比(％)
经无害化处理的铝灰洗涤渣(≥100目) 50
工业级氧化铝(≥100目、纯度＞90％) 1
工业级氧化钙(≥100目) 6.5
工业级硅藻土(≥100目、SiO2≥80％) 3
工业级氮化硼(≥100目、纯度＞95％) 4
柠檬三酸铵 2.5
粘结剂(质量占比硅溶胶75％+水玻璃25％) 33
以铝灰为原料的阳极钢爪保护涂层的制备方法如下：
(1)涂料制备：将经过无害化处理后的铝灰采用200目的筛子进行筛分干燥后与氧化铝、氧化钙、硅藻土、氮化硼按照上表所示比例混合均匀，再加入聚乙烯醇、硅溶胶、水玻璃混合搅拌10～15min，制成涂料浆料；
(2)涂刷：将混合搅拌完成的涂料转入高效砂浆喷涂机中，然后操作喷涂机将涂料均匀的喷晒于铝电解阳极炭块四周及上部(底部不涂)、钢爪各部位、阳极钢爪与磷铁环的结合部位；
(3)干燥：在温度为35℃的环境下自然干燥38h；
(4)安装：按铝电解车间岗位操作规程将涂刷完成的铝电解阳极更换于铝电解槽中进行生产，生产过程工艺不变。
实施例4
一种以铝灰为原料的阳极钢爪保护涂层配方，见下表：
组分 质量百分比(％)
经无害化处理的铝灰洗涤渣(≥100目) 48
工业级氧化铝(≥100目、纯度＞90％) 2
工业级氧化钙(≥100目) 2
工业级硅藻土(≥100目、SiO2≥80％) 3
工业级氮化硼(≥100目、纯度＞95％) 4
柠檬三酸铵 2
粘结剂(质量占比硅溶胶75％+水玻璃25％) 39
以铝灰为原料的阳极钢爪保护涂层的制备方法如下：
(1)涂料制备：将经过无害化处理后的铝灰采用200目的筛子进行筛分干燥后与氧化铝、氧化钙、硅藻土、氮化硼按照上表所示比例混合均匀，再加入聚乙烯醇、硅溶胶、水玻璃混合搅拌10～15min，制成涂料浆料；
(2)涂刷：将混合搅拌完成的涂料转入高效砂浆喷涂机中，然后操作喷涂机将涂料均匀的喷晒于铝电解阳极炭块四周及上部(底部不涂)、钢爪各部位、阳极钢爪与磷铁环的结合部位；
(3)干燥：在温度为35℃的环境下自然干燥35h；
(4)安装：按铝电解车间岗位操作规程将涂刷完成的铝电解阳极更换于铝电解槽中进行生产，生产过程工艺不变。
本发明所述经无害化处理的铝灰洗涤渣，其无害化处理方法如下：将铝熔铸产生的铝灰与水按质量比1:1～1:10进行调浆得到矿浆，将矿浆置于加压反应釜中，于温度80～200℃、压力0～1.0MPa下加压水浸反应0.1～4h，经减压蒸发、液固分离后得到浸出渣，浸出渣经多段逆流洗涤、液固分离后得到洗涤渣。具体处理工艺采用专利号为201510625455.7的中国专利所述的工艺。

Claims (10)

1.以铝灰为原料的阳极、钢爪保护涂层料，其特征在于，配方成分及所占质量百分比为：
铝灰洗涤渣：40％～50％；
氧化铝：1％～3％；
氧化钙：2％～6.5％；
硅藻土：3％～8％；
氮化硼：3％～5％；
分散剂：2％～3％；
余量为粘结剂；
所述铝灰洗涤渣是将铝熔铸产生的铝灰经无害化处理后的铝灰洗涤渣。
2.根据权利要求1所述的以铝灰为原料的阳极、钢爪保护涂层料，其特征在于，铝灰洗涤渣的粒度为≥100目。
3.根据权利要求1所述的以铝灰为原料的阳极、钢爪保护涂层料，其特征在于，所述氧化铝为工业级氧化铝，纯度大于90％。
4.根据权利要求1所述的以铝灰为原料的阳极、钢爪保护涂层料，其特征在于，所述氧化钙为工业级氧化钙。
5.根据权利要求1所述的以铝灰为原料的阳极、钢爪保护涂层料，其特征在于，所述硅藻土为工业级硅藻土，SiO2含量80％以上。
6.根据权利要求1所述的以铝灰为原料的阳极、钢爪保护涂层料，其特征在于，所述氮化硼为工业级氮化硼，纯度大于95％。
7.根据权利要求1所述的以铝灰为原料的阳极、钢爪保护涂层料，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯醇、柠檬三酸铵中的一种或两种。
8.根据权利要求1所述的以铝灰为原料的阳极、钢爪保护涂层料，其特征在于，所述粘结剂为硅溶胶和水玻璃的混合物，其质量含量分别为硅溶胶70％～80％，水玻璃20％～30％。
9.根据权利要求1所述的以铝灰为原料的阳极、钢爪保护涂层料，其特征在于，所述经无害化处理的铝灰洗涤渣，其无害化处理方法如下：将铝熔铸产生的铝灰与水按质量比1:1～1:10进行调浆得到矿浆，将矿浆置于加压反应釜中，于温度80～200℃、压力0～1.0MPa下加压水浸反应0.1～4h，经减压蒸发、液固分离后得到浸出渣，浸出渣经多段逆流洗涤、液固分离后得到洗涤渣。
10.如权利要求1～9任一项所述以铝灰为原料的阳极、钢爪保护涂层料制备涂层的方法，其特征在于，方法如下：
(1)涂料制备：将经过无害化处理后的铝灰洗涤渣进行筛分干燥后与氧化铝、氧化钙、硅藻土、氮化硼按照所述比例混合均匀，加入所述粘结剂混合搅拌10～15min，制成得到涂料浆料；
(2)涂刷：将涂料桨料转入高效砂浆喷涂机中，用砂浆喷涂机将涂料均匀的喷涂于铝电解阳极炭块除底部以外的四周及上部、钢爪各部位、阳极钢爪与磷铁环的结合部位；
(3)干燥：在温度为30℃～40℃的环境下自然干燥30～40h。
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