CN108193233B - 节能降耗的预焙阳极制备方法和预焙阳极 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新的节能降耗的预焙阳极的制备方法及预焙阳极。该制备方法通过特定添加剂改善煤沥青的浸润性、流动性和渗透性，从而降低了碳耗，节省了能源。该预焙阳极的电阻率较低，同时二氧化碳和空气反应性得以改善。
Description
技术领域
本发明属于金属冶金领域，涉及一种铝电解槽阳极及其生产方法，且特别涉及一种节能降耗的预焙阳极制备方法和预焙阳极。
背景技术
在铝电解工艺中，预焙阳极在铝电解槽生产工艺中起着至关重要的作用。首先，预焙阳极作为导体将电流导入电解槽；其次，预焙阳极作为阳极材料参与铝电解反应。因此，预焙阳极的综合质量对电流效率、电解能耗、原铝稳定性及成本控制均有较大影响。
作为预焙阳极的粘结剂，通常使用煤沥青或改性煤沥青。煤沥青的浸润性、流动性、可塑性、渗透性、结焦性等性能的好坏对预焙阳极质量具有重要影响。例如，在沥青润湿性较差的情况下，焙烧后阳极架桥结构松散，阳极密度、强度都较低，在实际生产过程中会出现碳渣脱落、电流效率下降等质量问题。
因此，亟需提供一种新的节能降耗的预焙阳极制备方法和预焙阳极。
发明内容
本发明目的之一是提供一种新的节能降耗的预焙阳极制备方法。该制备方法通过特定添加剂改善煤沥青的浸润性、流动性和渗透性，从而降低了碳耗，节省了能源。
本发明目的之二是提供一种节能降耗的预焙阳极。该预焙阳极的电阻率较低，同时二氧化碳和空气反应性得以改善。
为了解决上述问题，一方面，本发明采取以下技术方案：
一种节能降耗的预焙阳极的制备方法，包括如下步骤：
将煅后石油焦原料筛分分级，得到颗粒料和粉料：其中，所述粉料为粒径≤0.15mm的细小粉末；
称取煤沥青；并且，基于颗粒料和粉料以及煤沥青的总重量，称取(0.2-0.7)％的添加剂；
基于煤沥青的重量，称取(2-6)％的粉料a；
将煤沥青、添加剂和粉料a混捏均匀，预热；然后加入颗粒料和剩余的粉料，再混捏均匀，加热一定时间后，得到混合糊料；
将混合糊料分批装入模具中，热压成型，得到预焙阳极生块；
将预焙阳极生块置于焙烧炉中焙烧；焙烧完成后自然降温，得到预焙阳极。
根据本发明所述的制备方法，其中，所述颗粒料包括0.15mm＜粒径≤1mm的微颗粒料；1mm＜粒径≤3mm的细颗粒料；3mm＜粒径≤6mm的中颗粒料以及6mm＜粒径≤14mm的粗颗粒料。
根据本发明所述的制备方法，其中，所述颗粒料和粉料的重量比分别为(65-95)wt％和(5-35)wt％。
优选地，所述颗粒料和粉料的重量比分别为(70-90)wt％和(10-30)wt％。
最优选地，所述颗粒料和粉料的重量比分别为(75-85)wt％和(15-25)wt％。
在一个具体的实施方式中，所述颗粒料和粉料的重量比分别为80wt％和20wt％。
根据本发明所述的制备方法，其中，基于颗粒料和粉料的总重量，所述颗粒料如下：
0.15mm＜粒径≤1mm的微颗粒料10-40wt％；
1mm＜粒径≤3mm的细颗粒料15-45wt％；
3mm＜粒径≤6mm的中颗粒料0.1-25wt％；
6mm＜粒径≤14mm的粗颗粒料0.1-25wt％。
更优选地，基于颗粒料和粉料的总重量，所述颗粒料如下：
0.15mm＜粒径≤1mm的微颗粒料15-35wt％；
1mm＜粒径≤3mm的细颗粒料20-40wt％；
3mm＜粒径≤6mm的中颗粒料2.5-20wt％；
6mm＜粒径≤14mm的粗颗粒料2.5-20wt％。
最优选地，基于颗粒料和粉料的总重量，所述颗粒料如下：
0.15mm＜粒径≤1mm的微颗粒料20-30wt％；
1mm＜粒径≤3mm的细颗粒料25-35wt％；
3mm＜粒径≤6mm的中颗粒料5-15wt％；
6mm＜粒径≤14mm的粗颗粒料5-15wt％。
在一个具体的实施方式中，基于颗粒料和粉料的总重量，所述颗粒料如下：
0.15mm＜粒径≤1mm的微颗粒料25wt％；
1mm＜粒径≤3mm的细颗粒料20wt％；
3mm＜粒径≤6mm的中颗粒料10wt％；
6mm＜粒径≤14mm的粗颗粒料10wt％。
根据本发明所述的制备方法，其中，所述颗粒料和粉料：煤沥青的重量比为(78-90):(10-22)。
优选地，所述颗粒料和粉料：煤沥青的重量比为(80-88):(12-20)。
最优选地，所述颗粒料和粉料：煤沥青的重量比为(82-86):(14-18)。
在一个具体的实施方式中，所述颗粒料和粉料：煤沥青的重量比为84:16。
根据本发明所述的制备方法，其中，所述添加剂选自C12-C22长链脂肪酸。
优选地，所述添加剂选自C12-C20长链脂肪酸。
更优选地，所述添加剂选自C12-C18长链脂肪酸。
最优选地，所述添加剂选自C12-C16长链脂肪酸。
在一个具体的实施方式中，所述添加剂选自棕榈酸。
根据本发明所述的制备方法，其中，基于颗粒料和粉料以及煤沥青的总重量，称取(0.2-0.7)％的添加剂。
优选地，基于颗粒料和粉料以及煤沥青的总重量，称取(0.2-0.6)％的添加剂。
更优选地，基于颗粒料和粉料以及煤沥青的总重量，称取(0.2-0.5)％的添加剂。
最优选地，基于颗粒料和粉料以及煤沥青的总重量，称取(0.3-0.5)％的添加剂。
在一个具体的实施方式中，基于颗粒料和粉料以及煤沥青的总重量，称取0.4％的添加剂。
根据本发明所述的制备方法，其中，所述预热温度为150-180℃；所述加热温度为150-180℃，所述时间为10-30min。
优选地，所述预热温度为155-175℃；所述加热温度为155-175℃，所述时间为15-30min。
更优选地，所述预热温度为155-170℃；所述加热温度为155-170℃，所述时间为20-30min。
最优选地，所述预热温度为155-165℃；所述加热温度为155-165℃，所述时间为20-25min。
在一个具体的实施方式中，所述预热温度为160℃；所述加热温度为160℃，所述时间为20min。
根据本发明所述的制备方法，其中，所述煤沥青选自改性煤沥青。
优选地，所述改性煤沥青的软化点为105-120℃，β-树脂15-25wt％，甲苯不溶物25-35wt％，喹啉不溶物6-12wt％，结焦值54-60％。
更优选地，所述改性煤沥青的软化点为106-118℃，β-树脂17-23wt％，甲苯不溶物26-34wt％，喹啉不溶物7-11wt％，结焦值55-59％。
最优选地，所述改性煤沥青的软化点为108-114℃，β-树脂18-22wt％，甲苯不溶物28-32wt％，喹啉不溶物8-10wt％，结焦值56-58％。
在一个具体的实施方式中，所述煤沥青的软化点为110℃，β-树脂21.3wt％，甲苯不溶物31.2wt％，喹啉不溶物9.2wt％，结焦值57.4％。
根据本发明所述的制备方法，其中，所述焙烧曲线如下：室温至250℃，2-3h；250-650℃，6-7h；650-1000℃，5-6h；1000℃，保温3-4h。
在一个具体的实施方式中，所述焙烧曲线如下：室温至250℃，3h；250-650℃，7h；650-1000℃，6h；1000℃，保温3h。
另一方面，本发明还提供了前述制备方法所得到的节能降耗的预焙阳极。
与现有技术相比，本发明具有下列有益技术效果：
1)本发明通过特定添加剂改善煤沥青的浸润性、流动性和渗透性，从而降低了碳耗，节省了能源；
2)本发明的预焙阳极电阻率较低，同时二氧化碳和空气反应性得以改善。
具体实施方案
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
通过下述实施例将有助于理解本发明，但不能限制本发明的范围。
实施例1：
将煅后石油焦原料筛分分级，得到以下颗粒料和粉料：0.15mm＜粒径≤1mm的微颗粒料25wt％；1mm＜粒径≤3mm的细颗粒料30wt％；3mm＜粒径≤6mm的中颗粒料10wt％；6mm＜粒径≤14mm的粗颗粒料10wt％；粒径≤0.15mm的粉料25wt％；煅后石油焦颗粒料和粉料的总重量为5kg。
称取煤沥青1.0kg和0.03kg添加剂棕榈酸；并且称取0.05kg的前述粒径≤0.15mm的粉料a。
将煤沥青、添加剂和粉料a混捏均匀，预热至180℃；然后加入颗粒料和剩余的粉料，再混捏均匀，加热至180℃，20min后取出，得到混合糊料；
将混合糊料分批装入模具中，热压成型，模压50MPa，保压1min，得到预焙阳极生块；
将预焙阳极生块置于焙烧炉中焙烧；焙烧曲线为：室温至250℃，3h；250-650℃，7h；650-1000℃，6h；1000℃，保温3h；焙烧完成后自然降温，得到预焙阳极。
实施例2：
将煅后石油焦原料筛分分级，得到以下颗粒料和粉料：0.15mm＜粒径≤1mm的微颗粒料25wt％；1mm＜粒径≤3mm的细颗粒料30wt％；3mm＜粒径≤6mm的中颗粒料10wt％；6mm＜粒径≤14mm的粗颗粒料10wt％；粒径≤0.15mm的粉料25wt％；煅后石油焦颗粒料和粉料的总重量为5kg。
称取煤沥青1.1kg和0.035kg添加剂棕榈酸；并且称取0.06kg的前述粒径≤0.15mm的粉料a。
将煤沥青、添加剂和粉料a混捏均匀，预热至160℃；然后加入颗粒料和剩余的粉料，再混捏均匀，加热至160℃，30min后取出，得到混合糊料；
将混合糊料分批装入模具中，热压成型，模压50MPa，保压1min，得到预焙阳极生块；
将预焙阳极生块置于焙烧炉中焙烧；焙烧曲线为：室温至250℃，3h；250-650℃，7h；650-1000℃，6h；1000℃，保温3h；焙烧完成后自然降温，得到预焙阳极。
实施例3：
将煅后石油焦原料筛分分级，得到以下颗粒料和粉料：0.15mm＜粒径≤1mm的微颗粒料25wt％；1mm＜粒径≤3mm的细颗粒料30wt％；3mm＜粒径≤6mm的中颗粒料10wt％；6mm＜粒径≤14mm的粗颗粒料10wt％；粒径≤0.15mm的粉料25wt％；煅后石油焦颗粒料和粉料的总重量为5kg。
称取煤沥青0.95kg和0.025kg添加剂棕榈酸；并且称取0.04kg的前述粒径≤0.15mm的粉料a。
将煤沥青、添加剂和粉料a混捏均匀，预热至170℃；然后加入颗粒料和剩余的粉料，再混捏均匀，加热至170℃，25min后取出，得到混合糊料；
将混合糊料分批装入模具中，热压成型，模压50MPa，保压1min，得到预焙阳极生块；
将预焙阳极生块置于焙烧炉中焙烧；焙烧曲线为：室温至250℃，3h；250-650℃，7h；650-1000℃，6h；1000℃，保温3h；焙烧完成后自然降温，得到预焙阳极。
比较例1：
将煅后石油焦原料筛分分级，得到以下颗粒料和粉料：0.15mm＜粒径≤1mm的微颗粒料25wt％；1mm＜粒径≤3mm的细颗粒料30wt％；3mm＜粒径≤6mm的中颗粒料10wt％；6mm＜粒径≤14mm的粗颗粒料10wt％；粒径≤0.15mm的粉料25wt％；煅后石油焦颗粒料和粉料的总重量为5kg。
称取煤沥青1.0kg和0.02kg添加剂棕榈酸。
将煤沥青和添加剂混捏均匀，预热至180℃；然后加入颗粒料和粉料，再混捏均匀，加热至180℃，20min后取出，得到混合糊料；
将混合糊料分批装入模具中，热压成型，模压50MPa，保压1min，得到预焙阳极生块；
将预焙阳极生块置于焙烧炉中焙烧；焙烧曲线为：室温至250℃，3h；250-650℃，7h；650-1000℃，6h；1000℃，保温3h；焙烧完成后自然降温，得到预焙阳极。
比较例2：
将煅后石油焦原料筛分分级，得到以下颗粒料和粉料：0.15mm＜粒径≤1mm的微颗粒料25wt％；1mm＜粒径≤3mm的细颗粒料30wt％；3mm＜粒径≤6mm的中颗粒料10wt％；6mm＜粒径≤14mm的粗颗粒料10wt％；粒径≤0.15mm的粉料25wt％；煅后石油焦颗粒料和粉料的总重量为5kg。
称取煤沥青1.0kg和0.02kg添加剂棕榈酸；并且称取0.08kg的前述粒径≤0.15mm的粉料a。
将煤沥青、添加剂和粉料a混捏均匀，预热至180℃；然后加入颗粒料和剩余的粉料，再混捏均匀，加热至180℃，20min后取出，得到混合糊料；
将混合糊料分批装入模具中，热压成型，模压50MPa，保压1min，得到预焙阳极生块；
将预焙阳极生块置于焙烧炉中焙烧；焙烧曲线为：室温至250℃，3h；250-650℃，7h；650-1000℃，6h；1000℃，保温3h；焙烧完成后自然降温，得到预焙阳极。
比较例3：
将煅后石油焦原料筛分分级，得到以下颗粒料和粉料：0.15mm＜粒径≤1mm的微颗粒料25wt％；1mm＜粒径≤3mm的细颗粒料30wt％；3mm＜粒径≤6mm的中颗粒料10wt％；6mm＜粒径≤14mm的粗颗粒料10wt％；粒径≤0.15mm的粉料25wt％；煅后石油焦颗粒料和粉料的总重量为5kg。
称取煤沥青1.0kg；并且称取0.05kg的前述粒径≤0.15mm的粉料a。
将煤沥青和粉料a混捏均匀，预热至180℃；然后加入颗粒料和剩余的粉料，再混捏均匀，加热至180℃，20min后取出，得到混合糊料；
将混合糊料分批装入模具中，热压成型，模压50MPa，保压1min，得到预焙阳极生块；
将预焙阳极生块置于焙烧炉中焙烧；焙烧曲线为：室温至250℃，3h；250-650℃，7h；650-1000℃，6h；1000℃，保温3h；焙烧完成后自然降温，得到预焙阳极。
然后按照行业标准YS/T285-2012测试各实施例和比较例所得预焙阳极的性能参数，并使用阳极空气反应检测仪和二氧化碳反应检测仪测定，计算空气和二氧化碳反应残余率和脱落率。
表1给出了实施例1-3和比较例1-3所得预焙阳极的性能参数。
表1
由表1可以看出，本申请实施例1-3所得预焙阳极的性能参数显著优于比较例1-3的所得预焙阳极的性能参数；同时也优于行业一级品和二级品的性能参数。不希望局限于任何理论，本申请采取特定的煤沥青改性方式和特定添加剂对所得预焙阳极的性能参数产生了积极影响。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种节能降耗的预焙阳极的制备方法，包括如下步骤：
将煅后石油焦原料筛分分级，得到颗粒料和粉料：其中，所述粉料为粒径≤0.15mm的细小粉末；
称取煤沥青；并且，基于颗粒料和粉料以及煤沥青的总重量，称取(0.2-0.7)％的添加剂；
基于煤沥青的重量，称取(2-6)％的粉料a；
将煤沥青、添加剂和粉料a混捏均匀，预热；然后加入颗粒料和剩余的粉料，再混捏均匀，加热一定时间后，得到混合糊料；
将混合糊料分批装入模具中，热压成型，得到预焙阳极生块；
将预焙阳极生块置于焙烧炉中焙烧；焙烧完成后自然降温，得到预焙阳极；
其中，所述煅后石油焦颗粒料和粉料包括0.15mm＜粒径≤1mm的微颗粒料；1mm＜粒径≤3mm的细颗粒料；3mm＜粒径≤6mm的中颗粒料以及6mm＜粒径≤14mm的粗颗粒料；
所述添加剂为棕榈酸；
所述焙烧曲线如下：室温至250℃，2-3h；250-650℃，6-7h；650-1000℃，5-6h；1000℃，保温3-4h；
所述颗粒料和粉料的重量比分别为(65-95)wt％和(5-35)wt％；
所述颗粒料和粉料：煤沥青的重量比为(78-90):(10-22)；
所述煤沥青选自改性煤沥青；所述改性煤沥青的软化点为110℃，β-树脂21.3wt％，甲苯不溶物31.2wt％，喹啉不溶物9.2wt％，结焦值57.4％。
2.一种预焙阳极，其特征在于，使用权利要求1所述的制备方法得到。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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