一种抗氧化铝电解用预焙阳极的制备方法
技术领域
本发明涉及有色金属冶金中的铝电解,尤其涉及一种抗氧化铝电解用预焙阳极的方法。
背景技术
目前,冰晶石-氧化铝熔盐电解法是工业生产电解铝的唯一方法,该方法技术成熟,生产效率高,该方法所用到的预焙阳极作为阳极材料,被誉为铝电解槽的“心脏”,在整个铝电解生产中起着至关重要的作用,其一是作为导体将电流导入电解槽;其二,作为阳极材料参与铝电解反应。随着铝电解槽大型化的发展,铝电解生产对预焙阳极的热冲击增加,生产中极易出现阳极消耗快、掉渣量大、碎裂、脱落等情况的发生,严重影响了铝电解槽的生产参数及生产操作的的稳定性。上述情况的发生,主要是由于预焙阳极的抗空气反应性能和抗二氧化碳反应性能差所导致,因此,亟需一种抗氧化铝电解用预焙阳极来解决这些问题。
发明内容
为解决上述问题之一,根据以上现有技术中的不足,本发明要解决的技术问题是:提供一种抗氧化铝电解用预焙阳极的方法,用于制备抗氧化铝电解用预焙阳极,以提高预焙阳极的抗空气反应性能和抗二氧化碳反应性能,达到改善预焙阳极抗氧化性能,降低阳极炭渣量,使阳极使用周期延长1-2天。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案是:
一种抗氧化铝电解用预焙阳极的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S1:将石油焦经过高温煅烧后,得到的煅后焦进行破碎、筛分分级,得到各粒度煅后焦骨料和粉料;
步骤S2:将步骤S1所得煅后焦骨料和粉料按照设计的比例加入混捏锅内混捏、预热,然后加入添加剂、粘结剂煤沥青继续加热、混捏均匀,得到阳极糊料;
步骤S3:步骤S2所得阳极糊料置入到振动成型机进行振动成型,制成抗氧化预焙阳极生坯;
步骤S4:对步骤S3抗氧化预焙阳极生坯冷却降温后,置于焙烧炉内按照设计升温曲线进行焙烧;
步骤S5:焙烧完成后,冷却出炉,得到抗氧化铝电解用预焙阳极成品。
优选地,所述步骤S2中,添加剂为磷酸二氢铵和石墨粉的混合物,按照重量比磷酸二氢铵:石墨粉=(3-9):1的比例进行混合。
优选地,所述步骤S2中,所述的煅后焦骨料为三种不同粒径煅后焦骨料的混合物,其中粗料粒径为8-3mm;中料粒径为3-1mm;细料粒径为1-0mm,但不为0;其中,粗料:中料:细料的加入量依次为:煅后焦骨料和粉料总质量的25-30wt%,煅后焦骨料和粉料总质量的19-24wt%,煅后焦骨料和粉料总质量的10-15wt%;所述的粉料的加入量为煅后焦骨料和粉料总质量的30-40wt%,所述的粉料为炭素球磨粉和/或炭素生产中煅烧及中碎工序的收尘粉,所述炭素球磨粉和收尘粉粒径在200目(0.075mm)以下。
优选地,所述步骤S2中,粘结剂煤沥青的软化点为103-110℃,甲苯不溶物质量含量为28-33wt%,喹啉不溶物质量含量为8-12wt%,结焦值为56-59wt%。
优选地,所述步骤S2中,所述煅后焦骨料和粉料按照占阳极糊料总质量82-85wt%的量加入;所述粘结剂煤沥青按照占阳极糊料总质量15-18wt%的量加入;所述添加剂按照占阳极糊料总重0.2-1.4wt%的量加入。
优选地,所述步骤S2中,将煅后焦骨料和粉料按照设计的比例加入混捏锅内混捏、预热,预热温度为135-190℃,混捏时间为25-45min;然后加入添加剂、粘结剂煤沥青进行高温混捏,所述混捏温度为160-195℃,混捏时间为25-45min。
优选地,所述步骤S3中,成型机振动时间为65-120s,频率为15-30HZ,温度为145-155℃。
优选地,所述步骤S4中,所述升温曲线中,低温(300-620℃)和高温(960-1180℃)阶段升温速率为10-18℃/h,中温(620-960℃)阶段升温速率为2-8℃/h,焙烧曲线最高温度为1140-1200℃,样品最高温度1050-1080℃,保温48-84h。
优选地,所述添加剂的添加方式是将磷酸二氢铵和石墨粉按比例混合好后单独存放在专用料仓内,通过螺旋给料机加入到混捏锅内。
本发明的这种抗氧化铝电解用预焙阳极及其制备方法,是以磷酸二氢铵和石墨粉的混合物作为添加剂,与作为预焙阳极骨料的煅后焦或残极均匀混合,同时加入粘结剂煤沥青,振动成型后高温焙烧制备成抗氧化预焙阳极。与现有技术相比,本发明制备的抗氧化预焙阳极具有以下有益效果:1、可有效提高预焙阳极的体积密度和抗氧化能力,降低了空气渗透性;2、可有效提高预焙阳极的体积密度、耐压强度及导电性;3、可有效降低电解槽中炭渣量,降低吨铝炭耗;4、消耗小,使用周期长,可延长换级周期1-2天。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1,本具体实施方式所述的一种抗氧化铝电解用预焙阳极的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤S1:将石油焦经过高温煅烧后,得到的煅后焦进行破碎、筛分分级,得到各粒度煅后焦骨料和粉料;步骤S2:将步骤S1所得煅后焦骨料和粉料按照设计的比例加入混捏锅内混捏、预热,然后加入添加剂、粘结剂煤沥青继续加热、混捏均匀,得到阳极糊料;步骤S3:步骤S2所得阳极糊料置入到振动成型机进行振动成型,制成抗氧化预焙阳极生坯;步骤S4:对步骤S3抗氧化预焙阳极生坯冷却降温后,置于焙烧炉内按照设计升温曲线进行焙烧;步骤S5:焙烧完成后,冷却出炉,得到抗氧化铝电解用预焙阳极成品。
本实施例中,所述步骤S2中,所述的煅后焦骨料为三种不同粒径煅后焦骨料的混合物,其中粗料粒径为8-3mm;中料粒径为3-1mm;细料粒径为1-0mm,但不为0;其中,粗料:中料:细料的加入量依次为:煅后焦骨料和粉料总质量的27wt%,煅后焦骨料和粉料总质量的21wt%,煅后焦骨料和粉料总质量的12wt%;所述的粉料的加入量为煅后焦骨料和粉料总质量的40wt%,所述的粉料为炭素球磨粉和炭素生产中煅烧及中碎工序的收尘粉,所述炭素球磨粉和收尘粉粒径在200目(0.075mm)以下,煅后焦骨料和粉料的总重量为3570kg;
所述步骤S2中,粘结剂煤沥青的软化点为108.2℃,甲苯不溶物质量含量为30.4wt%,喹啉不溶物质量含量为9.2wt%,结焦值为58.3wt%,加入量为680kg;
所述步骤S2中,所述添加剂为磷酸二氢铵和石墨粉的混合物,按照重量比磷酸二氢铵:石墨粉=5:1的比例进行混合;所述添加剂加入量为8.5kg;
所述步骤S2中,将煅后焦骨料和粉料按照设计的比例加入混捏锅内混捏、预热,预热温度为140℃,混捏时间为30min;然后加入添加剂、粘结剂煤沥青进行高温混捏,所述混捏温度为190℃,混捏时间为30min;
所述步骤S3中,成型机振动时间为90s,频率为28Hz,温度为150℃;
所述步骤S4中,所述升温曲线中,低温(300-620℃)和高温(960-1180℃)阶段升温速率为14℃/h,中温(620-960℃)阶段升温速率为8℃/h,焙烧曲线最高温度为1180℃,样品最高温度1080℃,保温64h;
所述添加剂的添加方式是将磷酸二氢铵和石墨粉按比例混合好后单独存放在专用料仓内,通过螺旋给料机加入到混捏锅内。
实施例2,本具体实施方式所述的一种抗氧化铝电解用预焙阳极的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤S1:将石油焦经过高温煅烧后,得到的煅后焦进行破碎、筛分分级,得到各粒度煅后焦骨料和粉料;步骤S2:将步骤S1所得煅后焦骨料和粉料按照设计的比例加入混捏锅内混捏、预热,然后加入添加剂、粘结剂煤沥青继续加热、混捏均匀,得到阳极糊料;步骤S3:步骤S2所得阳极糊料置入到振动成型机进行振动成型,制成抗氧化预焙阳极生坯;步骤S4:对步骤S3抗氧化预焙阳极生坯冷却降温后,置于焙烧炉内按照设计升温曲线进行焙烧;步骤S5:焙烧完成后,冷却出炉,得到抗氧化铝电解用预焙阳极成品。
本实施例中,所述步骤S2中,所述的煅后焦骨料为三种不同粒径煅后焦骨料的混合物,其中粗料粒径为8-3mm;中料粒径为3-1mm;细料粒径为1-0mm,但不为0;其中,粗料:中料:细料的加入量依次为:煅后焦骨料和粉料总质量的26wt%,煅后焦骨料和粉料总质量的22wt%,煅后焦骨料和粉料总质量的12wt%;所述的粉料的加入量为煅后焦骨料和粉料总质量的40wt%,所述的粉料为炭素球磨粉和炭素生产中煅烧及中碎工序的收尘粉,所述炭素球磨粉和收尘粉粒径在200目(0.075mm)以下,煅后焦骨料和粉料的总重量为3570kg;
所述步骤S2中,粘结剂煤沥青的软化点为107.5℃,甲苯不溶物质量含量为29.1wt%,喹啉不溶物质量含量为9.8wt%,结焦值为58.3wt%,加入量为680kg;
所述步骤S2中,所述添加剂为磷酸二氢铵和石墨粉的混合物,按照重量比磷酸二氢铵:石墨粉=4:1的比例进行混合;所述添加剂加入量为17kg;
所述步骤S2中,将煅后焦骨料和粉料按照设计的比例加入混捏锅内混捏、预热,预热温度为140℃,混捏时间为30min;然后加入添加剂、粘结剂煤沥青进行高温混捏,所述混捏温度为190℃,混捏时间为30min;
所述步骤S3中,成型机振动时间为90s,频率为28Hz,温度为150℃。
所述步骤S4中,所述升温曲线中,低温(300-620℃)和高温(960-1180℃)阶段升温速率为14℃/h,中温(620-960℃)阶段升温速率为8℃/h,焙烧曲线最高温度为1180℃,样品最高温度1080℃,保温64h;
所述添加剂的添加方式是将磷酸二氢铵和石墨粉按比例混合好后单独存放在专用料仓内,通过螺旋给料机加入到混捏锅内。
实施例3,本具体实施方式所述的一种抗氧化铝电解用预焙阳极的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤S1:将石油焦经过高温煅烧后,得到的煅后焦进行破碎、筛分分级,得到各粒度煅后焦骨料和粉料;步骤S2:将步骤S1所得煅后焦骨料和粉料按照设计的比例加入混捏锅内混捏、预热,然后加入添加剂、粘结剂煤沥青继续加热、混捏均匀,得到阳极糊料;步骤S3:步骤S2所得阳极糊料置入到振动成型机进行振动成型,制成抗氧化预焙阳极生坯;步骤S4:对步骤S3抗氧化预焙阳极生坯冷却降温后,置于焙烧炉内按照设计升温曲线进行焙烧;步骤S5:焙烧完成后,冷却出炉,得到抗氧化铝电解用预焙阳极成品。
本实施例中,所述步骤S2中,添加剂为磷酸二氢铵和石墨粉的混合物,按照重量比磷酸二氢铵:石墨粉=4:1的比例进行混合;
所述步骤S2中,所述的煅后焦骨料为三种不同粒径煅后焦骨料的混合物,其中粗料粒径为8-3mm;中料粒径为3-1mm;细料粒径为1-0mm,但不为0;其中,粗料:中料:细料的加入量依次为:煅后焦骨料和粉料总质量的29wt%,煅后焦骨料和粉料总质量的20wt%,煅后焦骨料和粉料总质量的11wt%;所述的粉料的加入量为煅后焦骨料和粉料总质量的40wt%,所述的粉料为炭素球磨粉和炭素生产中煅烧及中碎工序的收尘粉,所述炭素球磨粉和收尘粉粒径在200目(0.075mm)以下,煅后焦骨料和粉料的总重量为3570kg;
所述步骤S2中,粘结剂煤沥青的软化点为108.2℃,甲苯不溶物质量含量为30.4wt%,喹啉不溶物质量含量为9.2wt%,结焦值为58.3wt%,加入量为680kg;
所述步骤S2中,所述添加剂为磷酸二氢铵和石墨粉的混合物,按照重量比磷酸二氢铵:石墨粉=6:1的比例进行混合;所述添加剂加入量为21.25kg;
所述步骤S2中,将煅后焦骨料和粉料按照设计的比例加入混捏锅内混捏、预热,预热温度为140℃,混捏时间为30min;然后加入添加剂、粘结剂煤沥青进行高温混捏,所述混捏温度为190℃,混捏时间为30min;
所述步骤S3中,成型机振动时间为90s,频率为28Hz,温度为150℃;
所述步骤S4中,所述升温曲线中,低温(300-620℃)和高温(960-1180℃)阶段升温速率为14℃/h,中温(620-960℃)阶段升温速率为8℃/h,焙烧曲线最高温度为1180℃,样品最高温度1080℃,保温64h;
所述添加剂的添加方式是将磷酸二氢铵和石墨粉按比例混合好后单独存放在专用料仓内,通过螺旋给料机加入到混捏锅内。
比较例1:
一种预焙阳极的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤S1:将石油焦经过高温煅烧后,得到的煅后焦进行破碎、筛分分级,得到各粒度煅后焦骨料和粉料;步骤S2:将步骤S1所得煅后焦骨料和粉料按照设计的比例加入混捏锅内混捏、预热,然后加入粘结剂煤沥青继续加热、混捏均匀,得到阳极糊料;步骤S3:步骤S2所得阳极糊料置入到振动成型机进行振动成型,制成抗氧化预焙阳极生坯;步骤S4:对步骤S3抗氧化预焙阳极生坯冷却降温后,置于焙烧炉内按照设计升温曲线进行焙烧;步骤S5:焙烧完成后,冷却出炉,得到预焙阳极成品。
本实施例中,所述步骤S2中,所述的煅后焦骨料为三种不同粒径煅后焦骨料的混合物,其中粗料粒径为8-3mm;中料粒径为3-1mm;细料粒径为1-0mm,但不为0;其中,粗料:中料:细料的加入量依次为:煅后焦骨料和粉料总质量的27wt%,煅后焦骨料和粉料总质量的21wt%,煅后焦骨料和粉料总质量的12wt%;所述的粉料的加入量为煅后焦骨料和粉料总质量的40wt%,所述的粉料为炭素球磨粉和/或炭素生产中煅烧及中碎工序的收尘粉,所述炭素球磨粉和收尘粉粒径在200目(0.075mm)以下,煅后焦骨料和粉料的总重量为3570kg;
所述步骤S2中,粘结剂煤沥青的软化点为108.2℃,甲苯不溶物质量含量为30.4 wt%,喹啉不溶物质量含量为9.2 wt%,结焦值为58.3 wt%,加入量为680kg;
所述步骤S2中,将煅后焦骨料和粉料按照设计的比例加入混捏锅内混捏、预热,预热温度为140℃,混捏时间为30min;然后加入粘结剂煤沥青进行高温混捏,所述混捏温度为190℃,混捏时间为30min;
所述步骤S3中,成型机振动时间为90s,频率为28HZ,温度为150℃。
所述步骤S4中,所述升温曲线中,低温(300-620℃)和高温(960-1180℃)阶段升温速率为14℃/h,中温(620-960℃)阶段升温速率为8℃/h,焙烧曲线最高温度为1180℃,样品最高温度1080℃,保温64h。
比较例2:
一种预焙阳极的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤S1:将石油焦经过高温煅烧后,得到的煅后焦进行破碎、筛分分级,得到各粒度煅后焦骨料和粉料;步骤S2:将步骤S1所得煅后焦骨料和粉料按照设计的比例加入混捏锅内混捏、预热,然后加入粘结剂煤沥青继续加热、混捏均匀,得到阳极糊料;步骤S3:步骤S2所得阳极糊料置入到振动成型机进行振动成型,制成抗氧化预焙阳极生坯;步骤S4:对步骤S3抗氧化预焙阳极生坯冷却降温后,置于焙烧炉内按照设计升温曲线进行焙烧;步骤S5:焙烧完成后,冷却出炉,得到预焙阳极成品。
本实施例中,所述步骤S2中,所述的煅后焦骨料为三种不同粒径煅后焦骨料的混合物,其中粗料粒径为8-3mm;中料粒径为3-1mm;细料粒径为1-0mm,但不为0;其中,粗料:中料:细料的加入量依次为:煅后焦骨料和粉料总质量的26wt%,煅后焦骨料和粉料总质量的22wt%,煅后焦骨料和粉料总质量的12wt%;所述的粉料的加入量为煅后焦骨料和粉料总质量的40wt%,所述的粉料为炭素球磨粉和/或炭素生产中煅烧及中碎工序的收尘粉,所述炭素球磨粉和收尘粉粒径在200目(0.075mm)以下,煅后焦骨料和粉料的总重量为3570kg;
所述步骤S2中,粘结剂煤沥青的软化点为107.5℃,甲苯不溶物质量含量为29.1wt%,喹啉不溶物质量含量为9.8 wt%,结焦值为58.3 wt%,加入量为680kg;
所述步骤S2中,将煅后焦骨料和粉料按照设计的比例加入混捏锅内混捏、预热,预热温度为140℃,混捏时间为30min;然后加入粘结剂煤沥青进行高温混捏,所述混捏温度为190℃,混捏时间为30min;
所述步骤S3中,成型机振动时间为90s,频率为28HZ,温度为150℃。
所述步骤S4中,所述升温曲线中,低温(300-620℃)和高温(960-1180℃)阶段升温速率为14℃/h,中温(620-960℃)阶段升温速率为8℃/h,焙烧曲线最高温度为1180℃,样品最高温度1080℃,保温64h。
比较例3:
一种预焙阳极的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤S1:将石油焦经过高温煅烧后,得到的煅后焦进行破碎、筛分分级,得到各粒度煅后焦骨料和粉料;步骤S2:将步骤S1所得煅后焦骨料和粉料按照设计的比例加入混捏锅内混捏、预热,然后加入粘结剂煤沥青继续加热、混捏均匀,得到阳极糊料;步骤S3:步骤S2所得阳极糊料置入到振动成型机进行振动成型,制成抗氧化预焙阳极生坯;步骤S4:对步骤S3抗氧化预焙阳极生坯冷却降温后,置于焙烧炉内按照设计升温曲线进行焙烧;步骤S5:焙烧完成后,冷却出炉,得到预焙阳极成品。
本实施例中,所述步骤S2中,所述的煅后焦骨料为三种不同粒径煅后焦骨料的混合物,其中粗料粒径为8-3mm;中料粒径为3-1mm;细料粒径为1-0mm,但不为0;其中,粗料:中料:细料的加入量依次为:煅后焦骨料和粉料总质量的29wt%,煅后焦骨料和粉料总质量的20wt%,煅后焦骨料和粉料总质量的11wt%;所述的粉料的加入量为煅后焦骨料和粉料总质量的40wt%,所述的粉料为炭素球磨粉和/或炭素生产中煅烧及中碎工序的收尘粉,所述炭素球磨粉和收尘粉粒径在200目(0.075mm)以下,煅后焦骨料和粉料的总重量为3570kg;
所述步骤S2中,粘结剂煤沥青的软化点为108.2℃,甲苯不溶物质量含量为30.4 wt%,喹啉不溶物质量含量为9.2 wt%,结焦值为58.3 wt%,加入量为680kg;
所述步骤S2中,将煅后焦骨料和粉料按照设计的比例加入混捏锅内混捏、预热,预热温度为140℃,混捏时间为30min;然后加入粘结剂煤沥青进行高温混捏,所述混捏温度为190℃,混捏时间为30min;
所述步骤S3中,成型机振动时间为90s,频率为28HZ,温度为150℃。
所述步骤S4中,所述升温曲线中,低温(300-620℃)和高温(960-1180℃)阶段升温速率为14℃/h,中温(620-960℃)阶段升温速率为8℃/h,焙烧曲线最高温度为1180℃,样品最高温度1080℃,保温64h。
对各实施例和比较例成品进行取样,按照行业标准YS/T285-2012进行分析预焙阳极性能参数,表1给出了比较例1-3制得的预焙阳极和实施例1-3所制得抗氧化预焙阳极的性能参数。
表1:
结果表明:实施例1-3所制得抗氧化预焙阳极的性能参数明显优于比较例1-3所制得的预焙阳极的性能参数;对比发现抗氧化预焙阳极的空气反应残留率、CO2反应性残留率及耐压强度都有不同程度的提高,电阻率和空气渗透性都有不同程度的下降,这些指标的改善符合大型铝电解槽对优质预焙阳极的要求,对电解铝的节能降耗有积极的作用。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。