CN107841767A - 一种铝电解槽的阳极 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种铝电解槽的阳极，由于每个爪柱的侧面、磷铁环的外表面以及磷铁环外围的环形安全区均设有厚度为0.5mm‑4mm的纳米陶瓷基材料涂层，可有效隔绝空气、二氧化碳、氟化氢、冰晶石蒸汽与阳极钢爪爪柱直接接触，使阳极钢爪具有优良的抗腐蚀性能，显著降低阳极钢爪的腐蚀速度，有效延长阳极钢爪以及铝电解槽的阳极使用寿命，进而延长铝电解槽的使用寿命，降低铝电解生产成本。

Description

一种铝电解槽的阳极
技术领域
本申请涉及冶金技术领域，尤其涉及一种铝电解槽的阳极。
背景技术
阳极是铝电解槽的“心脏”，它由阳极铝导杆、铝铁爆炸焊块、阳极钢爪和阳极炭块四个部分组成。阳极钢爪连接着阳极铝导杆和阳极炭块，不但要承担阳极重量还要输送大功率电流，因此阳极钢爪在铝电解过程中十分重要。
阳极钢爪处于300℃-900℃的高温下，以及空气、氟化氢气体及高浓度CO2气氛中，不断受到氧化性腐蚀，同时还要承受电磁力、振动力、热应力以及碰撞力等因素对于钢爪都的破坏，而这种破坏直接影响钢爪的使用寿命、污染铝液以及对电解槽运行工况的正确判断。
在实际生产中，阳极钢爪在使用过程中被氧化腐蚀会带来很大地危害。首先，会影响原铝质量；申请人经大量实验测试得出，每棵阳极钢爪在使用周期内将减少25㎏-35㎏，大量Fe氧化物进入电解极上料和残极，导致阳极炭块、电解极上料Fe含量偏高，二者对电解原铝液铁含量影响约占电解生产物料的50％。面壳块中的铁主要以Fe2O3和Fe3O4存在，由于Fe2O3没有磁性，除铁器对其基本无作用，现有的除铁工艺的除铁率低于50％，最终进入铝液导致原铝中铁含量升高；其次，缩短钢爪使用周期；申请人经大量实验发现，阳极钢爪在循环使用30个电解周期后，最小直径处的周长将降低50％以上，阳极钢爪的氧化剥落不但会增加原铝中的Fe含量，更会缩短其使用寿命，带来额外的生产成本；再次，影响电流均衡分布；安装于铝电解槽内的阳极钢爪爪头直径差异越大，对电流均衡分布越不利，导致阳极之间消耗速度的差异，增加露底化爪的几率。有时出现部分爪头发红，钢爪电阻增加，极端情况将出现阳极脱落现象；最后，还会影响阳极浇铸质量；阳极钢爪氧化形成的“细腰”钢爪容易产生向内弯曲现象，钢爪轴向中心线与碳碗中心不重合，钢爪浇铸均分效果差，并且钢爪上形成的氧化物也会阻碍铁水在钢爪与碳碗内壁之间顺畅的流动，制作的磷铁环质量较差，铁碳压降升高，情况严重时将出现钢爪发红甚至脱极。
因此，如何延长阳极钢爪使用寿命、降低铝电解生产成本，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请提供一种铝电解槽的阳极，以解决现有技术中阳极易被腐蚀，使用寿命短，铝电解的生产成本高的问题。
本申请实施例提供一种铝电解槽的阳极，包括：阳极炭块、阳极钢爪和铝导杆；
所述阳极钢爪包括钢爪横梁和多个爪柱；所述钢爪横梁横置在所述铝导杆与所述爪柱之间；
所述钢爪横梁的上端表面设有爆炸焊块，所述铝导杆通过所述爆炸焊块与所述钢爪横梁固定连接；
多个所述爪柱等距竖向设置在所述钢爪横梁与所述阳极炭块之间，每个所述爪柱的上端与所述钢爪横梁的下端表面固定连接，每个所述爪柱的下端与所述阳极炭块连接；每个所述爪柱的侧面设有厚度为0.5mm-4mm的纳米陶瓷基材料涂层；
所述爪柱上与所述阳极炭块的连接处套设有磷铁环；所述磷铁环的外表面设有厚度为0.5mm-4mm的纳米陶瓷基材料涂层；
所述阳极炭块的上表面设有环形安全区，所述环形安全区包围在所述磷铁环与所述阳极炭块的连接处的外侧，所述环形安全区的内侧界限与所述磷铁环的外侧界限重合；所述环形安全区设有厚度为0.5mm-4mm的纳米陶瓷基材料涂层。
进一步地，所述阳极炭块的侧面包括倾斜区域、上部区域和下部区域；所述上部区域的竖向长度与所述下部区域的竖向长度的比值为(2-3)：1；所述倾斜区域设有厚度为0.5mm-4mm的纳米陶瓷基材料涂层。
进一步地，所述上部区域设有厚度为0.5mm-4mm的纳米陶瓷基材料涂层。
进一步地，所述阳极炭块的侧面设有厚度为0.5mm-4mm的纳米陶瓷基材料涂层。
进一步地，所述环形安全区的面积占所述阳极炭块上表面面积的0.5-0.8。
进一步地，每个所述爪柱的侧面上设置的纳米陶瓷基材料涂层的厚度为2mm-3mm。
进一步地，所述磷铁环的外表面设置的纳米陶瓷基材料涂层的厚度为2mm-3mm。
进一步地，所述环形安全区上设置的纳米陶瓷基材料涂层的厚度为2mm-3mm。
进一步地，所述阳极炭块的侧面设置的纳米陶瓷基材料涂层的厚度为2mm-3mm。
进一步地，所述倾斜区域和上部区域设置的纳米陶瓷基材料涂层的厚度均为2mm-3mm。
由以上技术方案可知，本申请提供的铝电解槽的阳极，由于每个爪柱的侧面、磷铁环的外表面以及磷铁环外围的环形安全区均设有厚度为0.5mm-4mm的纳米陶瓷基材料涂层，可有效隔绝空气、二氧化碳、氟化氢、冰晶石蒸汽与阳极钢爪爪柱直接接触，使阳极钢爪具有优良的抗腐蚀性能，显著降低阳极钢爪的腐蚀速度，有效延长阳极钢爪以及铝电解槽的阳极使用寿命，进而延长铝电解槽的使用寿命，降低铝电解生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请根据一示例性实施例示出的一种铝电解槽的阳极的结构示意图；
图2为本申请根据一示例性实施例示出的另一种铝电解槽的阳极的结构示意图；
图3为本申请根据一示例性实施例示出的又一种铝电解槽的阳极的结构示意图；
图示说明：1-阳极炭块；2-阳极钢爪；3-铝导杆；21-钢爪横梁；22-爪柱；23-爆炸焊块；221-爪柱的上端；211-钢爪横梁的下端表面；222-爪柱的下端；11-磷铁环；12-环形安全区；13-爪柱的侧面；131-倾斜区域；132-上部区域；133-下部区域。
具体实施方式
阳极是铝电解槽的“心脏”，阳极钢爪在铝电解过程中十分重要，不但要承担阳极重量还要输送大功率电流，在实际生产中，阳极钢爪在使用过程中被氧化腐蚀会带来很大地危害。首先，会影响原铝质量；其次，缩短钢爪使用周期；再次，影响电流均衡分布；最后，还会影响阳极浇铸质量。因此，延长阳极钢爪使用寿命、降低铝电解生产成本，对电解铝行业具有重要的意义。
图1至图3分别为本申请根据示例性实施例示出的三种铝电解槽的阳极的结构示意图。由图1至图3可知，一种铝电解槽的阳极，包括阳极炭块1、阳极钢爪2和铝导杆3；
所述阳极钢爪2包括钢爪横梁21和多个爪柱22；所述钢爪横梁21横置在所述铝导杆3与所述爪柱22之间；
所述钢爪横梁21的上端表面设有爆炸焊块23，所述铝导杆3通过所述爆炸焊块23与所述钢爪横梁21固定连接；
多个所述爪柱22等距竖向设置在所述钢爪横梁21与所述阳极炭块1之间，每个所述爪柱22的上端221与所述钢爪横梁21的下端表面211固定连接，每个所述爪柱22的下端222与所述阳极炭块1连接；每个所述爪柱22的侧面设有厚度为0.5mm-4mm的纳米陶瓷基材料涂层；
所述爪柱22上与所述阳极炭块1的连接处套设有磷铁环11；所述磷铁环11的外表面设有厚度为0.5mm-4mm的纳米陶瓷基材料涂层；
所述阳极炭块1的上表面设有环形安全区12，所述环形安全区12包围在所述磷铁环11与所述阳极炭块1的连接处的外侧，所述环形安全区12的内侧界限与所述磷铁环11的外侧界限重合；所述环形安全区12设有厚度为0.5mm-4mm的纳米陶瓷基材料涂层。
需要说明的是，本申请实施例提到的纳米陶瓷基材料涂层是将一种纳米陶瓷基高温防腐蚀材料喷涂在阳极上形成的，这种材料的组分及百分比为：
占材料总质量25％-40％的陶瓷基连续相，由α-氧化铝及γ-氧化铝组成，其中，α-氧化铝的质量百分比为85％-100％；
占材料总质量20％-40％的陶瓷基连续催化相，由40％-55％的云母粉、45％-60％的钾长石粉、小于0.5％的稀土精矿褐钇铌矿组成；
占材料总质量5％-10％的碱及碱土金属辅助催化相，由20％-35％的强氧化钾、10％-25％的氢氧化钠、小于1％的氟化镁及50％-70％水组成；
占材料总质量2％-5％的陶瓷基补强相，由50％-70％的6000目煅烧硅藻土及30％-50％3000目的蒙脱土组成，
占材料总质量0.1％-0.4％的稳定相，由0.05％-0.2％的硅烷偶联剂、0.05％-0.2％的铝酸酯偶联剂组成，分别用于太刺激补强相和陶瓷基连续相的表面改性；
占材料总质量0.5％-0.2％的成膜相，由甲基纤维素组成；
占材料总质量24％-25％水相；
另外，这种材料可以通过以下方法制备而成：
步骤1，按质量比准备各原料；
步骤2，将陶瓷基连续催化相的用料按照质量百分比配合后，在常温下置于雷蒙磨机中粉碎至粒度小于1250目，备用；
步骤3，将碱土金属辅助催化相用料中强氧化钾、强氧化钠以及氟化镁按照质量百分比添加于水中进行搅拌溶解，备用；
步骤4，将粒度小于1250目的陶瓷基连续催化相用料和上述步骤3得到的溶液先后投入热压反应釜中，开启搅拌，通入蒸汽加热，待反应釜中压力上升至0.9MPa至1MPa、温度升高至175℃至180℃后，停止通入蒸汽，保温并保持压力不变，继续搅拌2-4小时，完成陶瓷基连续催化相与碱土金属辅助催化相的混合制备；
步骤5，将甲基纤维素溶解于水相中，使用密闭式混合器进行充分搅拌，直至甲基纤维素分散为均一透明的溶液，不得混入空气，不能有可见颗粒物存在，完成成膜相与水相的混合制备；
步骤6，将陶瓷基补强相用料在常温下投入包覆式粉体改性机中，并添加稳定相用料，使改性机运行0.5至2小时后，得到改性后的陶瓷基补强相；
步骤7，将陶瓷基连续相用料在常温下投入包覆式粉体改性机中，并添加稳定相用料，使改性机运行0.5至2小时后，得到改性后的陶瓷基连续相；
步骤8，将成膜相与水相的混合物在常温下置于搅拌釜中，边搅拌边依次加入陶瓷基连续催化相与碱土金属辅助催化相的混合物、改性的陶瓷基补强相、改性的陶瓷基连续相，均匀搅拌1至2小时，得到成品材料。
采用上述方法制备得到的纳米陶瓷基高温防腐材料，是一种水性粘稠状流体，与水互相溶解，性质稳定，在阳极表面具有较强的附着力，可在500℃下烧结致密，在碳素阳极表面形成一层致密的陶瓷基密封层，隔绝空气、二氧化碳、氟化氢、冰晶石蒸汽与爪柱22直接接触。
本申请实施例提供的铝电解槽的阳极，由于每个爪柱22的侧面设有厚度为0.5mm-4mm的纳米陶瓷基材料涂层，可有效隔绝空气、二氧化碳、氟化氢、冰晶石蒸汽与爪柱22直接接触，使阳极钢爪2具有优良的抗腐蚀性能，显著降低阳极钢爪2的腐蚀速度，有效延长阳极钢爪2以及铝电解槽的阳极使用寿命，进而延长铝电解槽的使用寿命，降低铝电解生产成本。
另外，本申请技术方案还在磷铁环11的外表面以及磷铁环11外围的环形安全区12设置纳米陶瓷基材料涂层，这是因为，大量实践研究表明，阳极钢爪2与磷铁环11结合部位及结合部位以上的爪柱表面是最容易被腐蚀、氧化的部位，腐蚀生成黑色结块，脱落并混合于极上料中，最终进入铝液，使铝液中铁含量升高，降低了阳极钢爪2的利用率，给生产造成不利影响。因此，本申请技术方案还在磷铁环11的外表面以及磷铁环11外围的环形安全区12设置纳米陶瓷基材料涂层，可以有效针对阳极钢爪2最容易被腐蚀的部位进行有效防护，能够进一步降低阳极钢爪2的腐蚀速度，延长阳极钢爪2以及铝电解槽的阳极使用寿命。
在上述实施例基础上，本申请的另一些实施例中，所述阳极炭块1的侧面包括倾斜区域131、上部区域132和下部区域133；所述上部区域131的竖向长度H1与所述下部区域133的竖向长度H2的比值为(2-3)：1；所述倾斜区域131设有厚度为0.5mm-4mm的纳米陶瓷基材料涂层。
另外在一些类似的实施例中，在距离阳极炭块1的下底面18-20cm以上的区域具有纳米陶瓷基涂层。发明人发现，在距离阳极炭块的下底面18-20cm以上的区域是最容易被腐蚀的部分，由此，本申请通过采用在距离阳极炭块1的下底面18-20cm以上的区域设置纳米陶瓷基涂层，来降低阳极炭块1的腐蚀速度，延长铝电解槽的阳极以及铝电解槽的使用寿命，且在距离阳极炭块1的下底面18-20cm部分的区域不使用纳米陶瓷基涂层还可以进一步降低铝电解生产成本。
根据该实施例，阳极炭块1的侧面13的倾斜区域131设有厚度为0.5mm-4mm的纳米陶瓷基材料涂层，可以有效隔绝空气、二氧化碳、氟化氢、冰晶石蒸汽与阳极炭块1直接接触，使阳极炭块1具有优良的抗腐蚀性能，显著降低阳极炭块1的腐蚀速度，进而可以有效延长铝电解槽的阳极以及铝电解槽的使用寿命，降低铝电解生产成本。
在本申请的另一些实施例中，所述上部区域设有厚度为0.5mm-4mm的纳米陶瓷基材料涂层；将阳极炭块的侧面13分割成倾斜区域131、上部区域132和下部区域133，根据不同的防腐要求或生产要求，在阳极炭块侧面13的倾斜区域131和/或上部区域132设置纳米陶瓷基材料涂层，能够进一步延长铝电解槽阳极及铝电解槽的使用寿命。
与上述实施例不同的是，在本申请的有一些实施例中，未对阳极炭块侧面进行分割，而是在所述阳极炭块的整个侧面设有厚度为0.5mm-4mm的纳米陶瓷基材料涂层。
另外，在上述实施例的基础上，本申请技术方案还提供了以下改进方案，其中包括：
所述环形安全区的面积占所述阳极炭块上表面面积的0.5-0.8。
每个所述爪柱的侧面上设置的纳米陶瓷基材料涂层的厚度为2mm-3mm。
所述磷铁环的外表面设置的纳米陶瓷基材料涂层的厚度为2mm-3mm。
所述环形安全区上设置的纳米陶瓷基材料涂层的厚度为2mm-3mm。
所述阳极炭块的侧面设置的纳米陶瓷基材料涂层的厚度为2mm-3mm。
所述倾斜区域和上部区域设置的纳米陶瓷基材料涂层的厚度均为2mm-3mm。
发明人发现，阳极上设置的纳米陶瓷基涂层的厚度为2-3mm时，可以有效隔绝空气、二氧化碳、氟化氢、冰晶石蒸汽与爪柱22直接接触，使阳极钢爪2具有优良的抗腐蚀性能，进而可以有效延长铝电解槽的阳极以及铝电解槽的使用寿命，降低铝电解生产成本。
由以上技术方案可知，本申请提供的铝电解槽的阳极，由于每个爪柱的侧面、磷铁环的外表面以及磷铁环外围的环形安全区均设有厚度为0.5mm-4mm的纳米陶瓷基材料涂层，可有效隔绝空气、二氧化碳、氟化氢、冰晶石蒸汽与阳极钢爪爪柱直接接触，使阳极钢爪具有优良的抗腐蚀性能，显著降低阳极钢爪的腐蚀速度，有效延长阳极钢爪以及铝电解槽的阳极使用寿命，进而延长铝电解槽的使用寿命，降低铝电解生产成本。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。

Claims (10)

1.一种铝电解槽的阳极，其特征在于，包括：阳极炭块、阳极钢爪和铝导杆；
所述阳极钢爪包括钢爪横梁和多个爪柱；所述钢爪横梁横置在所述铝导杆与所述爪柱之间；
所述钢爪横梁的上端表面设有爆炸焊块，所述铝导杆通过所述爆炸焊块与所述钢爪横梁固定连接；
多个所述爪柱等距竖向设置在所述钢爪横梁与所述阳极炭块之间，每个所述爪柱的上端与所述钢爪横梁的下端表面固定连接，每个所述爪柱的下端与所述阳极炭块连接；每个所述爪柱的侧面设有厚度为0.5mm-4mm的纳米陶瓷基材料涂层；
所述爪柱上与所述阳极炭块的连接处套设有磷铁环；所述磷铁环的外表面设有厚度为0.5mm-4mm的纳米陶瓷基材料涂层；
所述阳极炭块的上表面设有环形安全区，所述环形安全区包围在所述磷铁环与所述阳极炭块的连接处的外侧，所述环形安全区的内侧界限与所述磷铁环的外侧界限重合；所述环形安全区设有厚度为0.5mm-4mm的纳米陶瓷基材料涂层。
2.根据权利要求1所述的阳极，其特征在于，所述阳极炭块的侧面包括倾斜区域、上部区域和下部区域；所述上部区域的竖向长度与所述下部区域的竖向长度的比值为(2-3)：1；所述倾斜区域设有厚度为0.5mm-4mm的纳米陶瓷基材料涂层。
3.根据权利要求2所述的阳极，其特征在于，所述上部区域设有厚度为0.5mm-4mm的纳米陶瓷基材料涂层。
4.根据权利要求1所述的阳极，其特征在于，所述阳极炭块的侧面设有厚度为0.5mm-4mm的纳米陶瓷基材料涂层。
5.根据权利要求1所述的阳极，其特征在于，所述环形安全区的面积占所述阳极炭块上表面面积的0.5-0.8。
6.根据权利要求1所述的阳极，其特征在于，每个所述爪柱的侧面上设置的纳米陶瓷基材料涂层的厚度为2mm-3mm。
7.根据权利要求1所述的阳极，其特征在于，所述磷铁环的外表面设置的纳米陶瓷基材料涂层的厚度为2mm-3mm。
8.根据权利要求1所述的阳极，其特征在于，所述环形安全区上设置的纳米陶瓷基材料涂层的厚度为2mm-3mm。
9.根据权利要求3所述的阳极，其特征在于，所述阳极炭块的侧面设置的纳米陶瓷基材料涂层的厚度为2mm-3mm。
10.根据权利要求3所述的阳极，其特征在于，所述倾斜区域和上部区域设置的纳米陶瓷基材料涂层的厚度均为2mm-3mm。
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