CN113233898A - 一种电解铝预焙阳极及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电解铝预焙阳极及其生产工艺，包括：骨料和粘结剂，所述骨料为煅后石油焦，所述粘结剂为酚醛树脂，所述煅后石油焦与酚醛树脂的重量比为4∶1。本申请具有降低预焙阳极的电阻率，提高导电性的效果。
Description
技术领域
本发明涉及炭素制品领域，针对电解铝预焙阳极及其生产工艺。
背景技术
目前，预焙阳极是炭素阳极中的一类，通常采用煅后石油焦、沥青焦为骨料，煤沥青为粘结剂，经加工处理后制成。预焙阳极在铝电解槽生产过程中起着重要作用，它作为导体将直流电导入电解池，并作为电解槽阳极材料参与阳极反应过程，所以其质量和工作状况影响电流效率、电能消耗、原铝品味等经济技术指标。
铝电解用预焙阳极有色金属行业标准(YS/T285-2012)中对预焙阳极电阻率的要求，一级品不大于57μΩ·m，二级品不大于62μΩ·m。在电解槽中，预焙阳极的电阻率增大后，会导致阳极电压降升高，电能的消耗也随之增大。电阻率每增加1μΩ·m会使槽电压上升2.59mV，而每上升1mV压降可增加电耗3.2Kwh/t-Al。
在预焙阳极生产过程中，相关技术通常采用煤沥青作为粘结剂，煤沥青中含有杂质，高温焙烧后沥青结焦，焙烧后预焙阳极的电阻率也相对较高。而且焙烧炉体积庞大，焙烧时炉内温度不均匀，存在温度差，使所被烧的预焙阳极电阻率高低不均。
针对上述相关技术中的不足，申请人认为应该对预焙阳极的结构及制备方法进行改进，降低预焙阳极的电阻率，提高阳极导电性，进而降低电解铝生产过程中的电能消耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何降低预焙阳极的电阻率，以降低电解铝生产过程中的电能消耗。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种电解铝预焙阳极，其原料包括骨料和粘结剂，所述骨料为煅后石油焦，所述粘结剂为酚醛树脂，所述煅后石油焦与酚醛树脂的重量比为(3-5.6)∶1。
进一步地，所述煅后石油焦包括粗骨料和细骨料，所述粗骨料和细骨料的重量比为(0.875-1.125)∶1。
其中，所述粗骨料的细度为100目，所述细骨料的细度为120目。
进一步地，所述酚醛树脂包括液体状热固性酚醛树脂和粉状热塑性酚醛树脂，所述液体状热固性酚醛树脂和粉状热塑性酚醛树脂的重量比为(0.67-2)∶1。
进一步地，所述粉状热塑性酚醛树脂的细度为160目。
本发明的第二个目的在于提供上述电解铝预焙阳极的生产工艺，步骤如下：
(1)将煅后石油焦和粉状热塑性酚醛树脂倒入双轴搅拌机中，充分搅拌1h后得混合物一；
(2)将液体状热固性酚醛树脂加入步骤(1)中得到的混合物一中，继续混合1h，得混合物二；
(3)将步骤(2)中得到的混合物二倒入模具，在压力为10MPa的条件下，用压机压制成型，并保压20min，得预焙阳极生坯；
(4)将步骤(3)中得到的预焙阳极生坯放入真空烧结炉中焙烧43h；
(5)向步骤(4)中冲入氩气，对预焙阳极进行降温，待预焙阳极温度降至100℃以下时，取出焙烧品，检查、清理包装。
其中，步骤(4)中，焙烧温度为1150℃。
进一步地，所述焙烧升温曲线的升温参数如下：
进一步地，所述铝电解预焙阳极的电阻率为42-44μΩ·m。
本发明的有益效果是：
(1)原料所采用的煅后石油焦和酚醛树脂的颗粒级配均较细，经压机压制成型后，能够保证生坯体积密度和抗压强度的最大化，并且高温焙烧后预焙阳极成品上没有孔隙，可以保证预焙阳极的低电阻率。
(2)粘结剂采用液体状热固性酚醛树脂与粉状热塑性酚醛树脂相结合，液体状热固性酚醛树脂可以在物料混合的过程中将物料润湿，然后粉状热塑性酚醛树脂再在压制的过程中与物料结合，使物料更好成型，焙烧后物料颗粒之间紧密结合，也能保证预焙阳极的低电阻率。
(3)用真空烧结炉作焙烧炉，对预焙阳极生坯进行焙烧，升温快，热量可直接作用于炉内焙烧品，并且炉内温度均匀稳定，热损失较少，能够确保焙烧品质量稳定，且经济环保。
(4)焙烧结束后向真空烧结炉内通入氩气，可以加快冷却速度并保护炉内焙烧品的质量，确保炉内气氛稳定不发生燃烧，并且解除炉内真空状态，恢复热量传递的传导对流条件，便于炉内温度通过氩气向炉体外传递，从而加快降温速度。
附图说明
图1是预焙阳极的扫描电子显微镜图；
图2是预焙阳极的生产工艺流程图；
图3是真空烧结炉的升温曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明实施例中所使用的真空烧结炉包括电控框、抽真空设备、氩气瓶和工频烧结炉。升温曲线图包括升温时间、每个升温段的升温速率及降温情况。
实施例1
一种电解铝预焙阳极，其原料组分按照重量分数计包括：80份煅后石油焦和20份酚醛树脂。其中，煅后石油焦中包括细度为100目的煅后石油焦40份、以及细度为120目的煅后石油焦40份，酚醛树脂包括液体状热固性酚醛树脂10份、以及细度为160目的粉状热塑性酚醛树脂10份。
上述电解铝预焙阳极的生产工艺，步骤如下：
(1)将细度为100目的煅后石油焦40份、细度为120目的煅后石油焦40份，以及细度为160目的10份粉状热塑性酚醛树脂一起倒入双轴电机中，进行充分搅拌混合1h，使不同颗粒物料相互充斥接触，达到最佳颗粒级配，搅拌均匀后得到混合物一；
(2)取10份液体状热固性酚醛树脂加入至混合物一中，通过双轴电机继续混合搅拌1h，使液体状热固性酚醛树脂很好的润湿物料，搅拌均匀后得到混合物二；
(3)将搅拌好的混合物二倒入模具中，在压力为10MPa的条件下，通过压机将物料压制成型，并且保压20min，得到预焙阳极生坯；
(4)将预焙阳极生坯放入真空烧结炉进行焙烧，按照设计焙烧炉的升温曲线图升温焙烧38h。当焙烧温度为升到1150℃后，保温5h。焙烧结束后，向炉内通入氩气，对预焙阳极进行降温，同时保护焙烧品的质量；
(5)将焙烧品温度降至100℃以下后，从真空烧结炉内取出焙烧品，检查、清理包装。
实施例2
与实施例1不同之处在于：一种电解铝预焙阳极，其原料组分按照重量分数计包括：85份煅后石油焦和15份酚醛树脂。其中，煅后石油焦中包括细度为100目的煅后石油焦45份、以及细度为120目的煅后石油焦40份，酚醛树脂包括液体状热固性酚醛树脂10份、以及细度为160目的粉状热塑性酚醛树脂5份。
上述电解铝预焙阳极的生产工艺，步骤如下：
(1)将细度为100目的煅后石油焦45份、细度为120目的煅后石油焦40份，以及细度为160目的5份粉状热塑性酚醛树脂一起倒入双轴电机中，进行充分搅拌混合1h，使不同颗粒物料相互充斥接触，达到最佳颗粒级配，搅拌均匀后得到混合物一；
(2)取10份液体状热固性酚醛树脂加入至混合物一中，通过双轴电机继续混合搅拌1h，使液体状热固性酚醛树脂很好的润湿物料，搅拌均匀后得到混合物二；
(3)将搅拌好的混合物二倒入模具中，在压力为10MPa的条件下，通过压机将物料压制成型，并且保压20min，得到预焙阳极生坯；
(4)将预焙阳极生坯放入真空烧结炉进行焙烧，按照设计焙烧炉的升温曲线图升温焙烧38h。当焙烧温度为升到1150℃后，保温5h。焙烧结束后，向炉内通入氩气，对预焙阳极进行降温，同时保护焙烧品的质量；
(5)将焙烧品温度降至100℃以下后，从真空烧结炉内取出焙烧品，检查、清理包装。
实施例3
与实施例1不同之处在于：一种电解铝预焙阳极，其原料组分按照重量分数计包括：75份煅后石油焦和25份酚醛树脂。其中，煅后石油焦中包括细度为100目的煅后石油焦35份、以及细度为120目的煅后石油焦40份，酚醛树脂包括液体状热固性酚醛树脂10份、以及细度为160目的粉状热塑性酚醛树脂15份。
上述电解铝预焙阳极的生产工艺，步骤如下：
(1)将细度为100目的煅后石油焦35份、细度为120目的煅后石油焦40份，以及细度为160目的15份粉状热塑性酚醛树脂一起倒入双轴电机中，进行充分搅拌混合1h，使不同颗粒物料相互充斥接触，达到最佳颗粒级配，搅拌均匀后得到混合物一；
(2)取10份液体状热固性酚醛树脂加入至混合物一中，通过双轴电机继续混合搅拌1h，使液体状热固性酚醛树脂很好的润湿物料，搅拌均匀后得到混合物二；
(3)将搅拌好的混合物二倒入模具中，在压力为10MPa的条件下，通过压机将物料压制成型，并且保压20min，得到预焙阳极生坯；
(4)将预焙阳极生坯放入真空烧结炉进行焙烧，按照设计焙烧炉的升温曲线图升温焙烧38h。当焙烧温度为升到1150℃后，保温5h。焙烧结束后，向炉内通入氩气，对预焙阳极进行降温，同时保护焙烧品的质量；
(5)将焙烧品温度降至100℃以下后，从真空烧结炉内取出焙烧品，检查、清理包装。
性能测试
铝用炭素材料检测，按照ISO 11713-2020《铝生产用炭素材料阳极炭块和预焙阳极室温电阻率的测定》进行测定，测定结果见表1。
测试结果
从图1测试结果可以看出，焙烧后预焙阳极的表面结构致密，没有孔洞和裂纹，说明不同颗粒的物料之间已充分接触，且压制成型后预焙阳极的体积密度较大，能够保证预焙阳极的低电阻率。
表1预焙阳极国标要求与试验样品测试结果图对比
从表1测试结果可以看出，根据实施例1、2、3提供的生产工艺制得的铝电解预焙阳极各项指标均符合YS/T285-2012标准一级品要求。通过批量试验生产分析，利用本实施例提供的原料设备在特定的工艺参数条件下，可以有效降低预焙阳极制品的电阻率、空气渗透率，增加阳极的抗压强度，更加环保和高效。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种电解铝预焙阳极，其原料包括骨料和粘结剂，其特征在于：所述骨料为煅后石油焦，所述粘结剂为酚醛树脂，所述煅后石油焦与酚醛树脂的重量比为(3-5.6)∶1。
2.根据权利要求1所述的一种电解铝预焙阳极，其特征在于：所述煅后油焦包括粗骨料和细骨料，所述粗骨料和细骨料的重量比为(0.875-1.125)∶1。
3.根据权利要求2所述的一种电解铝预焙阳极，其特征在于：所述粗骨料的细度为100目，所述细骨料的细度为120目。
4.根据权利要求1所述的一种电解铝预焙阳极，其特征在于：所述酚醛树脂包括液体状热固性酚醛树脂和粉状热塑性酚醛树脂，所述液体状热固性酚醛树脂和粉状热塑性酚醛树脂的重量比为(0.67-2)∶1。
5.根据权利要求4所述的一种电解铝预焙阳极，其特征在于：所述粉状热塑性酚醛树脂的细度为160目。
6.根据权利要求4或5所述的一种电解铝预焙阳极的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将煅后石油焦和粉状热塑性酚醛树脂倒入双轴搅拌机中，充分搅拌1h后得混合物一；
(2)将液体状热固性酚醛树脂加入步骤(1)中得到的混合物一中，继续混合1h，得混合物二；
(3)将步骤(2)中得到的混合物二倒入模具，在压力为10MPa的条件下，用压机压制成型，并保压20min，得预焙阳极生坯；
(4)将步骤(3)中得到的预焙阳极生坯放入真空烧结炉中焙烧43h；
(5)向步骤(4)中充入氩气，对预焙阳极进行降温，待预焙阳极温度降至100℃以下时，取出焙烧品，检查、清理包装。
7.根据权利要求6所述的一种电解铝预焙阳极及其生产工艺，其特征在于：所述步骤(4)中的焙烧温度为1150℃。
8.根据权利要求1所述的一种电解铝预焙阳极，其特征在于：所述焙烧升温曲线的升温参数如下：温度为0-150℃时，以75℃/h的速率升温2h，温度为150-550℃时，以20℃/h的速率升温20h，温度为550-850℃时，以37.5℃/h的速率升温8h，温度为850-1000℃时，以40℃/h的速率升温5h，温度为1000-1150℃时，以50℃/h的速率升温3h，温度达到1150℃，保温5h。
9.根据权利要求1所述的一种电解铝预焙阳极，其特征在于：所述铝电解预焙阳极的电阻率为42-44μΩ·m。
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