CN113388864A - 一种低炭渣铝电解用炭素阳极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明特别涉及一种低炭渣铝电解用炭素阳极及其制备方法,属于铝电解电极技术领域,其与空气和二氧化碳接触的阳极四周或阳极四周及上表面的抗氧化侵蚀炭素层使用抗氧化性能好的原料,可以是优质石油焦或加有提高阳极抗氧化性添加剂的原料,阳极的内部使用普通原料。可以提高优质石油焦利用效率或减少阳极抗氧化性添加剂的使用量,实现低成本生产铝电解用低炭渣炭素阳极,降低阳极消耗。

Description

一种低炭渣铝电解用炭素阳极及其制备方法
技术领域
本发明属于铝电解电极技术领域,特别涉及一种低炭渣铝电解用炭素阳极及其制备方法。
背景技术
炭素阳极是熔盐电解法生产铝的主要原材料之一,在电解生产中承担着重要的作用,也是铝电解生产成本的重要组成部分。电解铝生产过程中炭素阳极消耗主要有电化学消耗、化学消耗和机械消耗。炭素阳极与空气和二氧化碳接触发生选择性氧化,同时由于阳极受到铝液和电解质的侵蚀、冲刷等原因,部分碳颗粒从阳极脱落进入熔盐电解质中,形成炭渣。炭渣大部分来源于炭阳极与空气和二氧化碳发生的反应。炭渣的形成不仅导致阳极过量消耗,而且对铝电解过程产生重大负面影响。增加电能消耗:电解质含炭渣量增加时导电性能将大幅降低,同时导致侧部漏电,电流空耗,降低电流效率,从而增加电能消耗。增加氟化盐消耗:电解质中的炭渣必须定期打捞,捞炭渣时电解质因粘附在炭渣表面被带走。增加工人劳动强度:电解质中炭渣含量过大时,需要组织工人进行打捞。诱发阳极效应:电解质熔液表面漂浮的大量炭渣,阻碍氧化铝粉有效溶解到电解质中,导致电解槽阳极效应的发生。
目前,为了降低电解槽中的炭渣含量,提高阳极的利用率,降低阳极的毛耗,采用的方法大致有:1、通过在阳极表面涂敷一层涂层来提高阳极抗氧化性,例如:中国发明专利申请CN101386995A一种铝电解用炭素阳极抗氧化涂层及其涂覆方法、中国发明专利申请CN106892642A一种阳极炭块抗氧化涂层、中国发明专利申请CN101307467A一种改善铝用炭阳极抗氧化性能的方法、中国发明专利申请CN101086071A一种提高铝电解用炭素阳极抗氧化的方法、中国发明专利申请CN101787549A“一种提高铝电解开槽阳极抗氧化性的方法”等,采用涂层的方法工序流程长、成本高,甚至会引入杂质而影响原铝质量;2、通过使用化学活性相对较高的煅后焦作为骨料焦粒,使用化学活性相对较低的煅后焦制备粉料,从而使骨料焦粒与粘结基质的化学活性更加接近,进而减少阳极的选择性氧化反应,例如:中国发明专利申请CN107523846A一种预焙阳极的制备方法;3、通过阳极生产过程对原料改性,改善骨料物理性能,并使用复合溶胶进行浸渍填充阳极表面开孔,从而能提高炭阳极的抗氧化性,例如:中国发明专利申请CN106191924A一种提高电解铝用炭阳极抗氧化性的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低炭渣铝电解用炭素阳极及其制备方法,以降低电解槽中的炭渣含量,提高阳极利用率,降低阳极毛耗。
本发明提供了一种低炭渣铝电解用炭素阳极,所述阳极包括阳极本体和抗氧化炭素层,所述抗氧化炭素层包覆于所述阳极本体的空气接触区域,所述抗氧化炭素层的成分包括石油焦,所述石油焦的空气反应性≤0.35%/min,所述石油焦的CO2反应性≤28%/min。
可选的,所述抗氧化炭素层的厚度为10-100mm。
可选的,所述阳极本体和抗氧化炭素层为一体成型。
基于同一发明构思,本发明还提供了一种低炭渣铝电解用炭素阳极,所述阳极包括阳极本体和抗氧化炭素层,所述抗氧化炭素层包覆于所述阳极本体的空气接触区域,所述抗氧化炭素层的成分包括石油焦和添加剂,所述添加剂的成分包括AlF3
可选的,所述添加剂的成分还包括B2O3
可选的,所述抗氧化炭素层的厚度为10-100mm。
可选的,所述阳极本体和抗氧化炭素层为一体成型。
基于同一发明构思,本发明还提供了一种低炭渣铝电解用炭素阳极的制备方法,所述阳极包括阳极本体和抗氧化炭素层,所述抗氧化炭素层包覆于所述阳极本体的空气接触区域;所述方法包括:
将所述阳极本体的原料进行混捏,获得第一糊料;
将所述抗氧化炭素层的原料进行混捏,获得第二糊料;
将第二糊料包覆于所述第一糊料,后进行预焙,获得低炭渣铝电解用炭素阳极。
可选的,将第二糊料包覆于所述第一糊料,后进行预焙,获得低炭渣铝电解用炭素阳极,具体包括:
采用模具进行制作,所述模具包括外框和物料隔离框;
将所述物料隔离框放入所述外框,获得阳极本体腔和抗氧化炭素层腔,所述阳极本体腔设于所述抗氧化炭素层腔内;
将所述第一糊料放入所述阳极本体腔;将所述第二糊料放入所述抗氧化炭素层腔;
将放入所述抗氧化炭素层腔的所述第二糊料进行预捣固,后抽离所述物料隔离框,获得初品阳极;
将所述初品阳极进行预焙,获得低炭渣铝电解用炭素阳极。
可选的,所述物料隔离框为金属材质,所述金属材质的熔点在300℃以上。
本发明实施例中的一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果或优点:
本发明实施例提供的低炭渣铝电解用炭素阳极,其与空气和二氧化碳接触的阳极四周或阳极四周及上表面的抗氧化侵蚀炭素层使用抗氧化性能好的原料,可以是优质石油焦或加有提高阳极抗氧化性添加剂的原料,阳极的内部使用普通原料。可以提高优质石油焦利用效率或减少阳极抗氧化性添加剂的使用量,实现低成本生产铝电解用低炭渣炭素阳极,降低阳极消耗。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的阳极的结构示意图1;
图2是本发明实施例提供的阳极的结构示意图2;
图3是本发明实施例提供的模具的结构示意图;
图4是本发明实施提供的方法的流程图;
附图标记:1-抗氧化炭素层,2-阳极本体,3-外框,4-物料隔离框。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例,具体阐述本发明,本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解,这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明,而非限制本发明。
在整个说明书中,除非另有特别说明,本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此,除非另有定义,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾,本说明书优先。
除非另有特别说明,本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等,均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题,总体思路如下:通过在与空气和二氧化碳接触的阳极四周或阳极四周及上表面形成抗氧化侵蚀炭素层,提高阳极表面抗氧化性实现低成本生产铝电解用低炭渣炭素阳极,降低阳极消耗。
根据本发明一种典型的实施方式,提供了一种低炭渣铝电解用炭素阳极,与空气和二氧化碳接触的阳极四周或阳极四周及上表面有一层抗氧化侵蚀炭素层,抗氧化侵蚀炭素层由抗氧化性好的原料制成,阳极的内部使用普通原料。
作为一种可选的实施方式,阳极四周或阳极四周及上表面的抗氧化侵蚀炭素层使用空气反应性≤0.35%/min、CO2反应性≤28%的优质石油焦生产,阳极的内部使用普通石油焦进行生产。
作为一种可选的实施方式,阳极四周或阳极四周及上表面的抗氧化侵蚀炭素层使用添加有以AlF3为主要成分可以提高阳极抗氧化性的添加剂的原料生产,阳极的内部使用不含添加剂的原料进行生产。
作为一种可选的实施方式,阳极四周或阳极四周及上表面抗氧化侵蚀炭素层厚度为10-100mm,抗氧化侵蚀炭素层厚度可根据使用阳极的电解铝企业电解槽温度、覆盖料厚度和粒度进行调整。
一种低炭渣铝电解用炭素阳极的制备方法,方法包括:
生产阳极内部用的原料根据内部配方在混捏锅1里进行混捏生产,
生产阳极表面抗氧化侵蚀炭素层的原料根据表面抗氧化侵蚀炭素层配方在混捏锅2里进行混捏生产。
为了在阳极表面形成连续的抗氧化侵蚀炭素层,成型前向模具内添加糊料时在成型模具内置一个厚度为1-3mm的物料隔离框,隔离框外壁和成型模具内壁的距离根据阳极四周的表面抗氧化侵蚀炭素层厚度进行调整。
将混捏锅1里混捏好的糊料根据阳极内部所需量置入成型模具,将混捏锅2里混捏好的糊料根据阳极表面抗氧化侵蚀炭素层所需量置入隔离框外壁和成型模具内壁之间。
成型前对隔离框外的边部糊料进行预捣固,捣固完后抽离隔离框,后续工序与普通预焙炭素阳极相同,具体步骤可参考冯乃祥编著的《铝电解》。
作为一种可选的实施方式,抗氧化侵蚀炭素层的颗粒配方和阳极内部原料的颗粒配方可一致,也可以进行差异化调整。
本发明一种低炭渣铝电解用炭素阳极的制备方法,其特征在于物料隔离框为金属材质,熔点300℃以上。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的低炭渣铝电解用炭素阳极及其制备方法进行详细说明。
对比例1
某电解铝企业200kA系列电解槽使用的炭阳极规格尺寸为1500×660×570mm(长×宽×高),炭阳极为普通阳极,电解槽平均温度为935℃,电解槽的覆盖料平均厚度约为260mm,覆盖料粒径为45mm以下。
实施例1
采用本发明思路对对比例1的阳极进行改造,阳极四周及上表面抗氧化侵蚀炭素层使用2号A级延迟石油焦为骨料,石油焦空气反应性0.35%/min、CO2反应性28%。阳极四周抗氧化侵蚀炭素层厚度为10-50mm,阳极上表面抗氧化侵蚀炭素层厚度为50-100mm,用中颗粒配方。阳极内部使用5号A级延迟石油焦为骨料,用大颗粒配方。在模具内置于一个厚度为2mm的高强度镁合金物料隔离框,隔离框外壁至模具内壁距离为50mm。根据阳极内部配方进行配料,在1#混捏锅内进行混捏,混捏好的糊料称糊料1。阳极表面抗氧化侵蚀炭素层根据其配方进行配料,配好后在2#混捏锅内进行混捏,混捏好的糊料称糊料2。将每块阳极内部所需的糊料1放置入成型模具内的隔离框中,将每块阳极四周表面抗氧化侵蚀炭素层所需的糊料2置入隔离框外,然后对隔离框外的物料进行预捣固,然后抽离隔离板,再继续将糊料2加入成型模具直至填充满,后续工序无变化。
电解铝企业使用该阳极后,与原来使用和阳极内部配方一致阳极相比,阳极毛耗由原来的513kg/t·Al降低到506kg/t·Al,阳极使用周期延长一个班次,电解槽的炭渣量由18kg/t·Al降低到8kg/t·Al。
对比例2
某电解铝企业300kA系列电解槽使用的阳极规格尺寸为1530×660×630mm(长×宽×高),炭阳极为普通阳极,电解槽平均温度为939℃,电解槽的覆盖料平均厚度约为110mm,覆盖料粒径为15mm以下。
实施例2
采用本发明思路对对比例2的阳极进行改造,阳极四周抗氧化侵蚀炭素层使用添加有提高阳极抗氧化性的添加剂AlF3的4号B级延迟石油焦为骨料,抗氧化侵蚀炭素层厚度为50-100mm。阳极内部使用4号B级延迟石油焦为骨料,阳极内外都使用大颗粒配方。在模具内置于一个厚度为3mm的纯铝物料隔离框,隔离框外壁至模具内壁距离为100mm。根据阳极内部配方进行配料,在1#混捏锅内进行混捏,混捏好的糊料称糊料1。阳极表面抗氧化侵蚀炭素层根据其配方进行配料,配好后在2#混捏锅内进行混捏,混捏好的糊料称糊料2。将每块阳极内部所需的糊料1放置入成型模具内的隔离框中,将每块阳极四周表面抗氧化侵蚀炭素层所需的糊料2置入隔离框外,然后对隔离框外的物料进行预捣固,然后抽离隔离板,后续工序无变化。
电解铝企业使用该阳极后,与原来使用和阳极内部配方一致阳极相比,阳极毛耗从原来的505kg/t·Al降低到498kg/t·Al,阳极使用周期延长一个班次,电解槽中的炭渣量由15kg/t·Al降低到7kg/t·Al。
对比例3
某电解铝企业400kA系列电解槽使用的阳极规格尺寸为1550×660×620mm(长×宽×高),炭阳极为普通阳极,电解槽平均温度为949℃,电解槽的覆盖料平均厚度约为150mm,覆盖料粒径为20mm以下
实施例3
采用本发明思路对对比例3的阳极进行改造,阳极四周及上表面抗氧化侵蚀炭素层使用2号C级延迟石油焦为骨料,石油焦空气反应性0.25%/min、CO2反应性16%。抗氧化侵蚀炭素层厚度为30-80mm。阳极内部使用4号B级延迟石油焦为骨料,阳极内外都使用的中颗粒配方。在模具内置于一个厚度为1mm的高强度不锈钢物料隔离框,隔离框外壁距模具内壁距离为80mm。根据阳极内部配方进行配料,在1#混捏锅内进行混捏,混捏好的糊料称糊料1。阳极表面抗氧化侵蚀炭素层根据其配方进行配料,配好后在2#混捏锅内进行混捏,混捏好的糊料称糊料2。将每块阳极内部所需的糊料1放置入成型模具内的隔离框中,将每块阳极四周表面抗氧化侵蚀炭素层所需的糊料2置入隔离框外,然后对隔离框外的物料进行预捣固,继续将糊料2加入隔离框外直至填充满,然后抽离隔离板,后续工序无变化。
电解铝企业使用该阳极后,与原来使用和阳极内部配方一致阳极相比,阳极毛耗从原来的502kg/t·Al降低到497kg/t·Al,阳极使用周期延长一个班次,电解槽中的炭渣量由16kg/t·Al降低到9kg/t·Al。
对比例4
某电解铝企业500kA系列电解槽使用的阳极规格尺寸为1770×770×650mm(长×宽×高),炭阳极为普通阳极,电解槽平均温度为937℃,电解槽的覆盖料平均厚度约为200mm,覆盖料粒径为18mm以下。
实施例4
采用本发明思路对对比例4的阳极进行改造,阳极四周及上表面使用2号B级延迟石油焦为骨料,石油焦空气反应性0.15%/min、CO2反应性12%,阳极四周抗氧化侵蚀炭素层厚度为20-55mm,阳极上表面抗氧化侵蚀炭素层厚度为10-60mm,用大颗粒配方。阳极内部使用3号A级延迟石油焦为骨料,中颗粒配方。在模具内置于一个厚度为2mm的高强度铝合金物料隔离框,隔离框外壁距模具内壁距离为55mm。根据阳极内部配方进行配料,在1#混捏锅内进行混捏,混捏好的糊料称糊料1。阳极表面抗氧化侵蚀炭素层根据其配方进行配料,配好后在2#混捏锅内进行混捏,混捏好的糊料称糊料2。将每块阳极内部所需的糊料1放置入成型模具内的隔离框中,将每块阳极四周表面抗氧化侵蚀炭素层所需的糊料2置入隔离框外,然后对隔离框外的物料进行预捣固,然后抽离隔离板,后续工序无变化。
电解铝企业使用该阳极后,与原来使用和阳极内部配方一致阳极相比,阳极毛耗从原来的500kg/t·Al降低到494kg/t·Al,阳极使用周期延长一个班次,电解槽中的炭渣量由10kg/t·Al降低到5kg/t·Al。
对比例5
某电解铝企业500kA系列电解槽使用的阳极规格尺寸为1780×760×680mm mm(长×宽×高),炭阳极为普通阳极,电解槽平均温度为941℃,电解槽的覆盖料平均厚度约为100mm,覆盖料粒径为15mm以下。
实施例5
采用本发明思路对对比例5的阳极进行改造,阳极四周及上表面使用添加有提高阳极抗氧化性的添加剂AlF3+B2O3的4号A级延迟石油焦为骨料,阳极四周抗氧化侵蚀炭素层厚度为30-60mm,阳极上表面抗氧化侵蚀炭素层厚度为40-100mm。阳极内部使用4号A级延迟石油焦为骨料,阳极内外都使用大颗粒配方。在模具内置于一个厚度为1.5mm的Q235钢物料隔离框,隔离框外壁至模具内壁距离为60mm。根据阳极内部配方进行配料,在1#混捏锅内进行混捏,混捏好的糊料称糊料1。阳极表面抗氧化侵蚀炭素层根据其配方进行配料,配好后在2#混捏锅内进行混捏,混捏好的糊料称糊料2。将每块阳极内部所需的糊料1放置入成型模具内的隔离框中,将每块阳极四周表面抗氧化侵蚀炭素层所需的糊料2置入隔离框外,然后对隔离框外的物料进行预捣固,然后抽离隔离板,再继续将糊料2加入成型模具直至填充满,后续工序无变化。
电解铝企业使用该阳极后,与原来使用和阳极内部配方一致阳极相比,阳极毛耗从原来的509kg/t·Al降低到503kg/t·Al,阳极使用周期延长一个班次,电解槽中的炭渣量由12kg/t·Al降低到6kg/t·Al。
附图1-2的详细说明:
如图1所示,为阳极四周及上表面有一层抗氧化侵蚀炭素层的阳极结构示意图;
如图2所示,为阳极四周有一层抗氧化侵蚀炭素层的阳极结构示意图。
本发明中的一个或多个技术方案,至少还具有如下技术效果或优点:
本发明提供的方法可以提高优质石油焦利用效率或减少阳极抗氧化性添加剂的使用量,实现低成本生产铝电解用低炭渣炭素阳极,降低阳极消耗。
最后,还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种低炭渣铝电解用炭素阳极,其特征在于,所述阳极包括阳极本体和抗氧化炭素层,所述抗氧化炭素层包覆于所述阳极本体的空气接触区域,所述抗氧化炭素层的成分包括石油焦,所述石油焦的空气反应性≤0.35%/min,所述石油焦的CO2反应性≤28%/min。
2.根据权利要求1所述的低炭渣铝电解用炭素阳极,其特征在于,所述抗氧化炭素层的厚度为10-100mm。
3.根据权利要求1所述的低炭渣铝电解用炭素阳极,其特征在于,所述阳极本体和抗氧化炭素层为一体成型。
4.一种低炭渣铝电解用炭素阳极,其特征在于,所述阳极包括阳极本体和抗氧化炭素层,所述抗氧化炭素层包覆于所述阳极本体的空气接触区域,所述抗氧化炭素层的成分包括石油焦和添加剂,所述添加剂的成分包括AlF3
5.根据权利要求4所述的低炭渣铝电解用炭素阳极,其特征在于,所述添加剂的成分还包括B2O3
6.根据权利要求4所述的低炭渣铝电解用炭素阳极,其特征在于,所述抗氧化炭素层的厚度为10-100mm。
7.根据权利要求4所述的低炭渣铝电解用炭素阳极,其特征在于,所述阳极本体和抗氧化炭素层为一体成型。
8.一种低炭渣铝电解用炭素阳极的制备方法,其特征在于,所述阳极包括阳极本体和抗氧化炭素层,所述抗氧化炭素层包覆于所述阳极本体的空气接触区域;所述方法包括:
将所述阳极本体的原料进行混捏,获得第一糊料;
将所述抗氧化炭素层的原料进行混捏,获得第二糊料;
将第二糊料包覆于所述第一糊料,后进行预焙,获得低炭渣铝电解用炭素阳极。
9.根据权利要求8所述的低炭渣铝电解用炭素阳极的制备方法,其特征在于,将第二糊料包覆于所述第一糊料,后进行预焙,获得低炭渣铝电解用炭素阳极,具体包括:
采用模具进行制作,所述模具包括外框和物料隔离框;
将所述物料隔离框放入所述外框,获得阳极本体腔和抗氧化炭素层腔,所述阳极本体腔设于所述抗氧化炭素层腔内;
将所述第一糊料放入所述阳极本体腔;将所述第二糊料放入所述抗氧化炭素层腔;
将放入所述抗氧化炭素层腔的所述第二糊料进行预捣固,后抽离所述物料隔离框,获得初品阳极;
将所述初品阳极进行预焙,获得低炭渣铝电解用炭素阳极。
10.根据权利要求9所述的低炭渣铝电解用炭素阳极的制备方法,其特征在于,所述物料隔离框为金属材质,所述金属材质的熔点在300℃以上。
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