CN113135741A - 电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料及其制备方法 - Google Patents
电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113135741A CN113135741A CN202110477393.5A CN202110477393A CN113135741A CN 113135741 A CN113135741 A CN 113135741A CN 202110477393 A CN202110477393 A CN 202110477393A CN 113135741 A CN113135741 A CN 113135741A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ceramic
- steel claw
- crystal grain
- scandium
- electrolytic aluminum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
- C04B35/111—Fine ceramics
- C04B35/117—Composites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/62222—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products obtaining ceramic coatings
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
- C25C3/12—Anodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3201—Alkali metal oxides or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids, or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
- C04B2235/444—Halide containing anions, e.g. bromide, iodate, chlorite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/44—Metal salt constituents or additives chosen for the nature of the anions, e.g. hydrides or acetylacetonate
- C04B2235/444—Halide containing anions, e.g. bromide, iodate, chlorite
- C04B2235/445—Fluoride containing anions, e.g. fluosilicate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
- C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
- C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
本发明涉及冶金新材料技术领域,具体公开了一种电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料,由以下重量百分比的组分配制而成:氧化铝基础材料、晶粒预活化材料、钪稀土晶粒表面活化材料、硅氧四面体结构材料、水。本发明制备的电解铝预焙阳极钢爪保护涂料可在400℃烧结,在钢爪表面形成陶瓷隔离防护层,防止氧气、氟化氢、冰晶石蒸汽对钢爪的腐蚀,进而解决阳极钢爪的高温氧化消耗和电解质冰晶石腐蚀的问题。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料及其制备方法,属于冶金新材料技术领域。
背景技术
电解铝所用阳极钢爪嵌入在碳阳极的碳碗中,钢爪与碳阳极碳碗之间的空间填入磷生铁水,磷生铁水冷却凝固后将阳极钢爪与碳阳极连接在一起,阳极钢爪作为连接碳阳极与铝导杆的强电流导体,同时要起到支撑和连接铝导杆的作用。阳极钢爪在300~850℃高温下处在氧气、氟化氢气体及高浓度二氧化碳气氛中,不断受到强腐蚀性熔融冰晶石的冲刷,缩短了钢爪的使用周期。在阳极钢爪和碳阳极之间磷生铁环结合部以上的钢爪部分是最容易被腐蚀、氧化的部位,最终生成黑色氧化物,阳极钢爪氧化生成的黑色氧化物是一种以Fe2O3为主,并含有Fe3O4及少量铁质的复杂混合物,因为Fe2O3不具备磁性,因此常规的磁选除铁方法仅能脱除少部分的黑色氧化物。而本发明的电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料可常温快速固化,低温烧结致密,在铁质材料加速氧化变质前利用槽内温度场即可完成烧结过程,隔绝氧化性及腐蚀性气氛,从源头上对阳极钢爪进行防氧化保护,即可延长阳极钢爪的使用周期又可以减少黑色铁质氧化物的产生,最终降低原铝中杂质铁的含量。若无此保护黑色铁质氧化物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,铝液品位下降,降低了阳极钢爪的使用周期,给生产造成了不利影响。
针对阳极钢爪氧化腐蚀的问题,常见的有碳素保护环、氧化铝保护环、铝管保护等多种方法。其中碳素保护环和氧化铝保护环都是为了提高阳极使用周期,减少换极次数,以达到降低阳极残极剩余量来提高阳极利用率的目的。虽然碳素保护环能较好的保护阳极钢爪,但是引入系统的碳素会污染电解质,带来电解质电阻增加,使电解铝能耗增加;氧化铝保护环采用电解铝生产用原料氧化铝做保护环本体,虽然解决了碳素保护环对电解质冰晶石再利用的碳污染问题,但氧化铝保护环并不能解决好空气、高浓度二氧化碳与强腐蚀电解质冰晶石对钢爪氧化腐蚀的问题。
发明内容
针对上述现有技术中铝电解存在的问题,本发明的目的是提供一种电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料及其制备方法,该涂层材料可解决铝电解生产过程中钢爪使用周期短以及由此带来的铝液中铁含量增高的问题,将其涂覆于钢爪表面,烧结为致密网状结构,在阳极钢爪周围形成一个完整的高强度的烧结体,以解决阳极钢爪的高温氧化腐蚀消耗的问题。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料,其特征在于,由以下重量百分比的组分配制而成:
氧化铝基础材料:由Al2O3组成,占总质量的45%~50%;
晶粒预活化材料:由氯化钠、氟化钠组成,占总质量的9%~13%;
钪稀土晶粒表面活化材料:由钪含量为0.4%~4%的含钪稀土矿组成,占总质量的0.8%~2%;
硅氧四面体结构材料:由活性硅土组成,占总质量的12%~21%;
水:16%~34%。
优选地,上述氧化铝基础材料中,粒径D50介于1.5~4微米,单峰分布,D10为0.3~0.7微米,D90为6.5~8.4微米。
优选地,上述晶粒预活化材料中,氯化钠与氟化钠的质量比为8:1~12:1。
本发明的电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料的制备方法,具体通过如下步骤来实现:
(1)晶粒预活化材料的准备:按配方用量加入氯化钠和氟化钠,并将两者混合均匀;
(2)晶粒表面预活化氧化铝的制备:将氧化铝基础材料投入到球磨机中,启动球磨机,使用喷粉机将经过步骤(1)混合均匀的晶粒预活化材料按配方比例喷入球磨机中,喷粉结束后持续球磨16~20小时;
(3)钪稀土晶粒表面活化材料的制备:以钪含量为0.4%~4%的含钪稀土矿为原料,先使用浸提液浸提得到提钪母液,其中浸提液的用量为含钪稀土矿用量的2-3倍;再以环烷酸一步萃取法分离富集得到环烷酸含钪萃取液,其中环烷酸用量为浸提液用量的50%-100%;
(4)晶粒表面活化氧化铝的制备:将步骤(2)制备得到的晶粒表面预活化氧化铝投入到球磨机中,启动球磨机;然后将步骤(3)得到的环烷酸含钪萃取液喷入球磨机中,喷洒结束后持续球磨48~96小时,制得未脱酸晶粒表面活化氧化铝;再将未脱酸晶粒表面活化氧化铝投入到旋窑中,控温240℃~280℃,平均停留时间为30~45分钟,脱酸烟气经碱洗塔吸收后排空,制得晶粒表面活化氧化铝;
(5)电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料的制备:将占总质量16%~34%的水加入低压搅拌反应釜中,开启搅拌,缓慢将活性硅土加入低压搅拌反应釜中,持续搅拌使其与水充分混合;然后将步骤(4)制备的晶粒表面活化氧化铝匀速加入低压搅拌反应釜中,控制加入时间为10~15分钟;封闭低压搅拌反应釜,逐渐升温至140℃~160℃,绝对压力为0.4MPa~0.6MPa,完成反应;维持搅拌、温度及压力条件不变的情况下持续反应18~24h。
优选地,上述步骤(2)、步骤(4)中,球磨机中的瓷球的级配以重量计为:80mm:50mm:30mm:20mm=1:1:1:1,且球磨机中瓷球的体积占比为20%、氧化铝基础材料的体积占比为20%。
优选地,上述步骤(2)中,制得的晶粒表面预活化氧化铝的粒径D50介于1.5~2微米,单峰分布,D10为0.1~0.4微米,D90为2.8~3.4微米,单峰宽幅为预活化前宽幅的40%~60%。
优选地,上述步骤(4)中,未脱酸晶粒表面活化氧化铝的粒径D50介于1.2~1.7微米,单峰分布,D10约为0.1~0.3微米,D90约为2.4~2.8微米,单峰宽幅约为预活化前宽幅的40%~50%。
优选地,上述步骤(5)中搅拌转速为80rpm~120rpm。
上述浸提液可选用3%~5%氯化铵溶液、5%~8%硫酸铵溶液、10%~25%氯化铵食盐溶液中的任意一种或任意两种按任意比例组合或三种按任意比例组合。
按照本发明的方法制备得到的电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料各项性能数据为:粘度为10000-18000mpa.s(25℃);常温固化时间为25℃、60min;最高可耐受1700℃;400℃低温烧结致密。致密烧结前:抗弯强度12.0±1.2mpa,弹性模量10.3±1.2GPa,断裂韧性为0.2±0.04(MPa·m^1/2),维氏硬度为0.68±0.04GPa;致密烧结后:抗弯强度70.0±6.8mpa,弹性模量65.0±6.3GPa,断裂韧性为1.3±0.16(MPa·m^1/2),维氏硬度为7.39±0.24GPa。
本发明涂层保护材料的具体使用量为,单阳极单个钢爪用量为0.45-0.55kg,吨铝用量为0.2-0.24kg;双阳极每组钢爪用量为0.8-0.9kg,吨铝用量为0.2-0.22kg。
与现有技术相比,本发明具备的有益效果:
本发明的电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料是一种涂覆在阳极钢爪表面的水性涂层保护材料,具备常温快速固化、干燥迅速、施工方便、无毒、耐高温、防腐性能优异、硬度高、附着力极佳等优点,而且具有低温烧结特性(400℃烧结致密),在铁质材料加速氧化变质前利用槽内温度场即可完成烧结过程,且随着温度的逐渐升高,晶粒收缩晶缝降低,最终形成致密的网状结构,在阳极钢爪外表面形成一个完整的高强度的致密烧结体,隔绝空气、氟化氢气体及高浓度CO2等氧化腐蚀性气氛,从源头上对阳极钢爪进行防氧化保护,即可降低阳极钢爪的氧化速率30%-70%,延长阳极钢爪的使用周期又可以减少黑色铁质氧化物的产生,最终降低原铝中杂质铁的含量。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
现结合附图及具体实施例,来对本发明作进一步的阐述。以下所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明做其他形式的限制,任何本技术领域的技术人员可能利用本发明公开的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。故凡是未脱离本发明方案的内容,依据本发明的技术实质对以下实施例做简单修改或等同变化,均应落在本发明的保护范围内。
实施例一
1000kg本实施例中电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料,是由以下重量百分比的组分制备而成:
氧化铝基础材料:由Al2O3组成,占总质量的45%,共450kg;
晶粒预活化材料:由氯化钠、氟化钠组成,占总质量的9%,其中氯化钠:氟化钠(质量比)=8:1,即氯化钠80kg、氯化钠10kg;
钪稀土晶粒表面活化材料:由钪含量为0.4%~4%的含钪稀土矿粉(具体可选用含钪的离子吸附型稀土矿)组成(钪含量为32g~320g),占总质量的0.8%,共8kg;该原料经溶出、萃取、雾化喷洒、球磨、焙烧脱酸等工艺处理后,留下的有效成分较少,故不参与100%成分的统计;
硅氧四面体结构材料:由活性硅土组成,占总质量的21%,共210kg;
水:占总重的25%,共250kg。
制备过程具体如下:
(1)晶粒预活化材料的准备:按配方用量往滚筒式混料机中加入氯化钠和氟化钠,并将两者混合均匀;
(2)晶粒表面预活化氧化铝的制备:将氧化铝基础材料投入到球磨机中,球磨机中瓷球的级配以重量计为:80mm:50mm:30mm:20mm=1:1:1:1,且球磨机中瓷球的体积占比为20%、氧化铝基础材料的体积占比为20%,启动球磨机,使用喷粉机将经过步骤(1)混合均匀的晶粒预活化材料按配方比例喷入球磨机中,用时为4小时,喷粉结束后持续球磨16~20小时,制得晶粒表面预活化氧化铝540kg,其中经过晶粒预活化处理之后的氧化铝粒径D50介于1.5~2微米,单峰分布,D10为0.1~0.4微米,D90为2.8~3.4微米,单峰宽幅为预活化前宽幅的40%~60%;
(3)钪稀土晶粒表面活化材料的制备:以8kg含钪离子吸附型稀土矿为原料,选用浓度为3%-5%氯化铵溶液作为浸提液浸提得到提钪母液,其中氯化铵溶液的用量为含钪离子吸附型稀土矿用量的2-3倍;再以环烷酸一步萃取法分离富集得到环烷酸含钪萃取液16kg,其中环烷酸的用量:浸提液的用量=1:1;最终获得的环烷酸含钪萃取液中钪含量为萃取液总重的0.3%~1.1%;
(4)晶粒表面活化氧化铝的制备:将步骤(2)制备得到的晶粒表面预活化氧化铝投入到球磨机中,球磨机中瓷球的级配以重量计为:80mm:50mm:30mm:20mm=1:1:1:1,且球磨机中瓷球的体积占比为20%、氧化铝基础材料的体积占比为20%;启动球磨机,将步骤(3)得到的环烷酸含钪萃取液16kg采用雾化机喷入球磨机中,使其与晶粒表面预活化氧化铝充分混合,雾化喷洒用时为8小时;喷洒结束后持续球磨96小时,制得未脱酸晶粒表面活化氧化铝556kg且该氧化铝粒径D50介于1.5~1.7微米,单峰分布,D10为0.1~0.3微米,D90为2.4~2.8微米,单峰宽幅为预活化前宽幅的40%~50%;再将556kg未脱酸晶粒表面活化氧化铝投入到旋窑中,控温240℃,平均停留时间为45分钟,脱酸烟气经碱洗塔吸收后排空,制得晶粒表面活化氧化铝540kg;
(5)电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料的制备:将250kg水加入低压搅拌反应釜中,开启搅拌,搅拌转速为120rpm,缓慢将活性硅土加入低压搅拌反应釜中,持续搅拌10分钟使其与水充分混合;然后将步骤(4)制备的晶粒表面活化氧化铝匀速加入低压搅拌反应釜中,控制加入时间为15分钟;封闭低压搅拌反应釜,逐渐升温至160℃,绝对压力为0.6MPa,完成反应;维持搅拌转速120rpm、温度160℃及压力0.6MPa等条件的情况下持续反应18h,制得本发明的电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料约为1000kg。
实施例二
1000kg本实施例中电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料,是由以下重量百分比的组分制备而成:
氧化铝基础材料:由Al2O3组成,占总质量的50%,共500kg;
晶粒预活化材料:由氯化钠、氟化钠组成,占总质量的13%,其中氯化钠:氟化钠(质量比)=12:1,即氯化钠120kg、氯化钠10kg;
钪稀土晶粒表面活化材料:由钪含量为0.4%~4%的含钪稀土矿粉组成,占总质量的2%,共20kg;该原料经溶出、萃取、雾化喷洒、球磨、焙烧脱酸等工艺处理后,留下的有效成分较少,故不参与100%成分的统计;
硅氧四面体结构材料:由活性硅土组成,占总质量的12%,共120kg;
水:占总重的25%,共250kg。
制备过程具体如下:
(1)晶粒预活化材料的准备:按配方用量往滚筒式混料机中加入氯化钠和氟化钠,并将两者混合均匀;
(2)晶粒表面预活化氧化铝的制备:将氧化铝基础材料投入到球磨机中,球磨机中瓷球的级配以重量计为:80mm:50mm:30mm:20mm=1:1:1:1,且球磨机中瓷球的体积占比为20%、氧化铝基础材料的体积占比为20%;启动球磨机,使用喷粉机将经过步骤(1)混合均匀的晶粒预活化材料按配方比例喷入球磨机中,用时为8小时,喷粉结束后持续球磨16小时,制得晶粒表面预活化氧化铝630kg,其中经过晶粒预活化处理之后的氧化铝粒径D50介于1.5~2微米,单峰分布,D10为0.1~0.4微米,D90为2.8~3.4微米,单峰宽幅为预活化前宽幅的40%~60%;
(3)钪稀土晶粒表面活化材料的制备:以20kg含钪稀土矿粉(钪含量为80g~800g)为原料,选用浓度为5%~8%的硫酸铵溶液作为浸提液浸提得到提钪母液,其中硫酸铵溶液用量为含钪稀土矿粉总重的2-3倍;再以环烷酸一步萃取法分离富集得到环烷酸含钪萃取液25kg,其中环烷酸的用量:浸提液用量=0.5:1;环烷酸含钪萃取液中钪含量为萃取液总重的0.3%~1.1%;
(4)晶粒表面活化氧化铝的制备:将步骤(2)制备得到的晶粒表面预活化氧化铝投入到球磨机中,球磨机中瓷球的级配以重量计为:80mm:50mm:30mm:20mm=1:1:1:1,且球磨机中瓷球的体积占比为20%、氧化铝基础材料的体积占比为20%;启动球磨机,将步骤(3)得到的环烷酸含钪萃取液25kg采用雾化机喷入球磨机中,使其与晶粒表面预活化氧化铝充分混合,雾化喷洒用时为4小时;喷洒结束后持续球磨48小时,制得未脱酸晶粒表面活化氧化铝655kg且该氧化铝粒径D50介于1.5~1.7微米,单峰分布,D10为0.1~0.3微米,D90为2.4~2.8微米,单峰宽幅为预活化前宽幅的40%~50%;再将655kg未脱酸晶粒表面活化氧化铝投入到旋窑中,控温280℃,平均停留时间为30分钟,脱酸烟气经碱洗塔吸收后排空,制得晶粒表面活化氧化铝630kg;
(5)电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料的制备:将250kg水加入低压搅拌反应釜中,开启搅拌,搅拌转速为80rpm,缓慢将活性硅土加入低压搅拌反应釜中,持续搅拌10分钟使其与水充分混合;然后将步骤(4)制备的晶粒表面活化氧化铝匀速加入低压搅拌反应釜中,控制加入时间为10分钟;封闭低压搅拌反应釜,逐渐升温至140℃,绝对压力为0.4MPa,完成反应;维持搅拌转速80rpm、温度160℃及压力0.6MPa等条件的情况下持续反应24h,制得本发明的电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料约为1000kg。
现附上本发明电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料相关的试验及相关结果:
(一)马弗炉900℃氧化实验及相关结果
本发明的电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料能在常温下固化,400℃以上烧结致密,毛细孔收缩,在钢材表面形成致密的保护隔绝层,可以有效的隔绝空气对钢材的氧化,并对氟化氢、冰晶石蒸汽具有优异的抗腐蚀性能。900℃氧化试验中,在马弗炉空气气氛下,涂层钢板持续灼烧30小时,涂层钢板失重率仅为3.2%,而无涂层钢板失重率达18.1%,涂层钢板抗氧化效果明显。
(二)实际腐蚀试验及相关结果
1、随机挑选不同损坏程度的旧钢爪36根,在导杆上用红色油漆做好醒目标记“△”,并在“△”下方用红色记号笔做好“S”和“D”标识(“S”和“D”标识导杆各18根),在有“S”标识的钢爪上刷本发明实施例一种的电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料作为实验钢爪,在有“D”标识的钢爪上不刷涂料作为对比钢爪;
2、将标识的所有实验钢爪和对比钢爪表层的氧化层清理干净,测量钢爪直径最细处的周长并记录数据;
3、向实验钢爪表面用油漆毛刷蘸取本发明实施例一种的电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料进行涂覆,以呈乳白色、无黑灰色阴影为宜,将涂刷好的钢爪送入电解车间;
4、一个换极周期后再次清理掉实验钢爪和对比钢爪表面氧化结块,并对实验钢爪进行人工涂本发明实施例一种的电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料,要求与前述一致;
5、按以上方法循环3个换极周期,试验结束后,清理掉钢爪表面氧化结块,再次测量实验钢爪和对比钢爪最细处的周长;
6、结果:经过三个换极周期的实验,实验钢爪平均周长减少11.5mm,直径减少3.6mm,直径平均每换极周期减少为1.2mm。对比钢爪平均周长减少22.4mm,直径减少7.1mm,直径平均换极周期减少为2.4mm。实验钢爪氧化速率仅为对比钢爪的50%。
Claims (9)
1.一种电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料,其特征在于,由以下重量百分比的组分配制而成:
氧化铝基础材料:由Al2O3组成,占总质量的45%~50%;
晶粒预活化材料:由氯化钠、氟化钠组成,占总质量的9%~13%;
钪稀土晶粒表面活化材料:由钪含量为0.4%~4%的含钪稀土矿组成,占总质量的0.8%~2%;
硅氧四面体结构材料:由活性硅土组成,占总质量的12%~21%;
水:16%~34%。
2.根据权利要求1所述的电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料,其特征在于,上述氧化铝基础材料中,粒径D50介于1.5~4微米,单峰分布,D10为0.3~0.7微米,D90为6.5~8.4微米。
3.根据权利要求1所述的电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料,其特征在于,上述晶粒预活化材料中,氯化钠与氟化钠的质量比为8:1~12:1。
4.根据权利要求1或2或3所述的电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料的制备方法,其特征在于,具体通过如下步骤来实现:
(1)晶粒预活化材料的准备:按配方用量加入氯化钠和氟化钠,并将两者混合均匀;
(2)晶粒表面预活化氧化铝的制备:将氧化铝基础材料投入到球磨机中,启动球磨机,使用喷粉机将经过步骤(1)混合均匀的晶粒预活化材料按配方比例喷入球磨机中,喷粉结束后持续球磨16~20小时;
(3)钪稀土晶粒表面活化材料的制备:以钪含量为0.4%~4%的含钪稀土矿为原料,先使用浸提液浸提得到提钪母液,其中浸提液的用量为含钪稀土矿用量的2-3倍;再以环烷酸一步萃取法分离富集得到环烷酸含钪萃取液,其中环烷酸用量为浸提液用量的50%-100%;
(4)晶粒表面活化氧化铝的制备:将步骤(2)制备得到的晶粒表面预活化氧化铝投入到球磨机中,启动球磨机;然后将步骤(3)得到的环烷酸含钪萃取液喷入球磨机中,喷洒结束后持续球磨48~96小时,制得未脱酸晶粒表面活化氧化铝;再将未脱酸晶粒表面活化氧化铝投入到旋窑中,控温240℃~280℃,平均停留时间为30~45分钟,脱酸烟气经碱洗塔吸收后排空,制得晶粒表面活化氧化铝;
(5)电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料的制备:将占总质量16%~34%的水加入低压搅拌反应釜中,开启搅拌,缓慢将活性硅土加入低压搅拌反应釜中,持续搅拌使其与水充分混合;然后将步骤(4)制备的晶粒表面活化氧化铝匀速加入低压搅拌反应釜中,控制加入时间为10~15分钟;封闭低压搅拌反应釜,逐渐升温至140℃~160℃,绝对压力为0.4 MPa~0.6MPa,完成反应;维持搅拌、温度及压力条件不变的情况下持续反应18~24h。
5.根据权利要求4所述的电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料的制备方法,其特征在于,上述步骤(2)、步骤(4)中,球磨机中的瓷球的级配以重量计为:80mm:50mm:30mm:20mm=1:1:1:1,且球磨机中瓷球的体积占比为20%、氧化铝基础材料的体积占比为20%。
6.根据权利要求5所述的电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料的制备方法,其特征在于,上述步骤(2)中,制得的晶粒表面预活化氧化铝的粒径D50介于1.5~2微米,单峰分布,D10为0.1~0.4微米,D90为2.8~3.4微米,单峰宽幅为预活化前宽幅的40%~60%。
7.根据权利要求6所述的电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料的制备方法,其特征在于,上述步骤(4)中,未脱酸晶粒表面活化氧化铝的粒径D50介于1.2~1.7微米,单峰分布,D10约为0.1~0.3微米,D90约为2.4~2.8微米,单峰宽幅约为预活化前宽幅的40%~50%。
8.根据权利要求4所述的电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料的制备方法,其特征在于,上述步骤(5)中搅拌转速为80rpm~120rpm。
9.根据权利要求4所述的电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料的制备方法,其特征在于,上述浸提液可选用3%~5%氯化铵溶液、5%~8%硫酸铵溶液、10%~25%氯化铵食盐溶液中的任意一种或任意两种按任意比例组合或三种按任意比例组合。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110477393.5A CN113135741B (zh) | 2021-04-30 | 2021-04-30 | 电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110477393.5A CN113135741B (zh) | 2021-04-30 | 2021-04-30 | 电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113135741A true CN113135741A (zh) | 2021-07-20 |
CN113135741B CN113135741B (zh) | 2023-06-23 |
Family
ID=76816528
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110477393.5A Active CN113135741B (zh) | 2021-04-30 | 2021-04-30 | 电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113135741B (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114806231A (zh) * | 2022-03-09 | 2022-07-29 | 贵州创新轻金属工艺装备工程技术研究中心有限公司 | 一种降低铝电解槽能耗的预焙阳极防氧化涂料及其制备、应用方法 |
CN117004992A (zh) * | 2023-08-17 | 2023-11-07 | 鞍山炭素有限公司 | 一种高强度石墨阳极的制备方法 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4880770A (en) * | 1987-05-04 | 1989-11-14 | Eastman Kodak Company | Metalorganic deposition process for preparing superconducting oxide films |
WO2012008427A1 (ja) * | 2010-07-12 | 2012-01-19 | セントラル硝子株式会社 | 低反射膜およびその形成方法およびそれを用いた低反射部材、並びに、低反射膜形成用塗布液およびその調製方法およびそれを用いた低反射部材 |
CN103526212A (zh) * | 2013-10-11 | 2014-01-22 | 昆明理工大学 | 一种电解铝预焙阳极钢爪涂层的制备方法 |
CN103755326A (zh) * | 2013-12-27 | 2014-04-30 | 江西恒大高新技术股份有限公司 | 一种铝电解槽石墨阳极钢爪抗腐蚀高温涂料 |
CN103980746A (zh) * | 2014-04-23 | 2014-08-13 | 王会智 | 一种阳极钢爪用涂刷保护料 |
CN103992666A (zh) * | 2014-04-24 | 2014-08-20 | 王会智 | 一种阳极钢爪保护涂料 |
CN105439527A (zh) * | 2015-11-27 | 2016-03-30 | 郑州斯迪新材料有限公司 | 催化粘结剂及其制备的电解铝阳极保护环 |
CN106634079A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-10 | 云南泽能科技有限公司 | 一种电解铝预焙阳极钢爪防腐涂料及制备方法 |
CN106634231A (zh) * | 2017-01-20 | 2017-05-10 | 王博 | 一种电解铝预焙阳极防氧化涂料及其制备方法 |
-
2021
- 2021-04-30 CN CN202110477393.5A patent/CN113135741B/zh active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4880770A (en) * | 1987-05-04 | 1989-11-14 | Eastman Kodak Company | Metalorganic deposition process for preparing superconducting oxide films |
WO2012008427A1 (ja) * | 2010-07-12 | 2012-01-19 | セントラル硝子株式会社 | 低反射膜およびその形成方法およびそれを用いた低反射部材、並びに、低反射膜形成用塗布液およびその調製方法およびそれを用いた低反射部材 |
CN103526212A (zh) * | 2013-10-11 | 2014-01-22 | 昆明理工大学 | 一种电解铝预焙阳极钢爪涂层的制备方法 |
CN103755326A (zh) * | 2013-12-27 | 2014-04-30 | 江西恒大高新技术股份有限公司 | 一种铝电解槽石墨阳极钢爪抗腐蚀高温涂料 |
CN103980746A (zh) * | 2014-04-23 | 2014-08-13 | 王会智 | 一种阳极钢爪用涂刷保护料 |
CN103992666A (zh) * | 2014-04-24 | 2014-08-20 | 王会智 | 一种阳极钢爪保护涂料 |
CN105439527A (zh) * | 2015-11-27 | 2016-03-30 | 郑州斯迪新材料有限公司 | 催化粘结剂及其制备的电解铝阳极保护环 |
CN106634079A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-10 | 云南泽能科技有限公司 | 一种电解铝预焙阳极钢爪防腐涂料及制备方法 |
CN106634231A (zh) * | 2017-01-20 | 2017-05-10 | 王博 | 一种电解铝预焙阳极防氧化涂料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
中国科学技术协会: "《2016-2017稀土科学技术学科发展报告》", 31 March 2019, 中国科学技术出版社, pages: 60 * |
周张健, 中国轻工业出版社, pages: 82 - 83 * |
马荣骏: "《萃取冶金》", 31 August 2009, pages: 853 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114806231A (zh) * | 2022-03-09 | 2022-07-29 | 贵州创新轻金属工艺装备工程技术研究中心有限公司 | 一种降低铝电解槽能耗的预焙阳极防氧化涂料及其制备、应用方法 |
CN117004992A (zh) * | 2023-08-17 | 2023-11-07 | 鞍山炭素有限公司 | 一种高强度石墨阳极的制备方法 |
CN117004992B (zh) * | 2023-08-17 | 2024-01-26 | 鞍山炭素有限公司 | 一种高强度石墨阳极的制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113135741B (zh) | 2023-06-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN113135741A (zh) | 电解铝预焙阳极钢爪陶瓷基涂层保护材料及其制备方法 | |
CN112979294B (zh) | 一种废旧匣钵修复涂料及其使用方法 | |
CN110964352B (zh) | 一种电解铝预焙阳极防氧化绝缘涂料及其制备方法 | |
CN106634079B (zh) | 一种电解铝预焙阳极钢爪防腐涂料及制备方法 | |
CN114806231B (zh) | 一种降低铝电解槽能耗的预焙阳极防氧化涂料及其制备、应用方法 | |
EP1257690B1 (en) | A method for providing a protective coating for carbonaceous components of an electrolysis cell | |
CN108179245A (zh) | 一种复合供气转炉提钒方法 | |
CN111196710A (zh) | 一种电解阳极防高温氧化腐蚀的稀土涂料及制备方法 | |
CN113072827B (zh) | 一种防阳极钢爪氧化的涂料及其制备方法 | |
CN108585863B (zh) | 一种高强度超微孔电煅煤基炭砖及其制备方法 | |
CN103451450B (zh) | 综合利用含镍蛇纹石矿的方法 | |
CN112194471A (zh) | 一种超低气孔高铝砖及其制备工艺 | |
CN115385665B (zh) | 一种高炉渣溜槽防粘结方法 | |
CN113896550B (zh) | 一种高炉渣溜槽防粘结方法 | |
CN110184406A (zh) | 一种提高废钢加入比的炼钢方法 | |
CN109095934A (zh) | 耐用脱磷枪浇注料及其制备方法 | |
CN101602603B (zh) | 一种抗铁水溶蚀性的高炉炭砖及其制备方法 | |
CN103757525A (zh) | 一种高碳低铬多元合金铸球材料及其制备方法 | |
CN114230316A (zh) | 一种用于高炉炉衬的复合材料及其制备方法 | |
CN109265182B (zh) | 一种防腐浇注料 | |
CN106966642A (zh) | 一种电解铝阳极钢爪保护膜制备方法 | |
CN114539831B (zh) | 一种电解铝阳极钢爪用改性涂料 | |
CN104673957A (zh) | 含钒铬铁水复合处理方法 | |
CN107285763B (zh) | 一种复合氧化锆高温高压雾化喷嘴的制备方法 | |
CN108149045B (zh) | 一种复合金属陶瓷衬板的制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |