CN114134539A - 一种铝用碳素生产线用特种涂布材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种铝用碳素生产线用特种涂布材料原料组分包括：以超细混合金属粉体、超细树脂粉末和超细石墨粉为主料，再加入一定比例的硅油粘接剂和纯净水混合而成；按照重量百分比计算，超细混合金属粉体为40％～50％，超细树脂粉末为4％～5％，超细石墨粉为40％～50％，硅油粘接剂4％～5％，该特种涂布材料制备方法通过原料粉体的配制，涂覆在模具或者阳极碳素表面再经过高温烧结而得，该制备方法得到的材料的去离子水接触角不小于75度，硅油接触角不小于50度，耐摩擦性能为H级以上。
Description
技术领域
本发明涉及铝用炭素涂布材料制备技术领域，特别涉及一种铝用碳素生产线用特种涂布材料组分以及该铝用碳素生产线用特种涂布材料的制备方法。
背景技术
铝用阳极是铝电解生产的重要消耗品，电解铝用预焙阳极主要是利用石油焦、沥青等原料混合成型。影响电解铝用预焙阳极质量的关键因素之一是阳极的抗氧化性能差，不但增加阳极消耗，更严重的是在电解槽内形成大量炭渣，选择性氧化是炭渣形成的主要原因，炭渣对电解槽运行危害极大。在当前的铝电解工艺中，难以完全隔绝阳极与空气的接触，更无法隔绝碳素阳极侧面的接触裸露在CO2之中。阳极与氧化性气体发生的氧化还原反应和与CO2接触发生的布多尔反应，造成了碳素阳极的过量消耗。特别是发生在沥青与石油焦、残破碳素阳极磨碎料之间的选择性氧化导致残极破碎骨料与石油焦形成突起、剥落、掉块，掉落的碳渣恶化电解质的性能和铝液质量，电流效率出现不同程度的下降。
铝用阳极碳素成型设备是预焙阳极生产的关键设备，它通过将高温混捏后的糊料通过振动压缩、模具成型、水浸冷却或喷水冷却而制造出一定几何尺寸和内在质量的炭块(阳极碳素)。该碳素成型设备的关键部分为模具，产品脱模确保在成型过程中对产品质量的完好，及减少对模具压头的损耗。原有的脱模技术是将成型机压头部分喷入一定量的润滑油，防止粘黏，而且成型过程中，成型模具都是在高温环境工作，其喷油润滑，存在严重的安全隐患，对成型机及其周围环境造成极大的污染，特别是对电气部分造成严重的损坏，增加了工人劳动力的投入，达不到节约、环保、高效的运行状态。为此，本发明提供一种铝用碳素生产线用特种涂布材料组分及该铝用碳素生产线用特种涂布材料的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种铝用碳素生产线用特种涂布材料，以超细混合金属粉体、超细树脂粉末和超细石墨粉为主料，再加入一定比例的硅油粘接剂和水混合涂覆在模具或者阳极碳素表面后经高温烧结成型，该特种涂布材料的制备方法通过原料粉体的配制浆料，涂覆在模具或者阳极碳素表面再经过高温烧结而得，该制备方法得到的材料的去离子水接触角不小于75度，硅油接触角不小于50度，耐摩擦性能为H级以上。
为了实现上述目的，本发明提供的一种铝用碳素生产线用特种涂布材料，原料组分包括：以超细混合金属粉体、超细树脂粉末和超细石墨粉为主料，再加入一定比例的硅油粘接剂和纯净水混合而成；按照重量百分比计算，所述超细混合金属粉体为40％～50％，所述超细树脂粉末为4％～5％，所述超细石墨粉为40％～50％，所述硅油粘接剂4％～5％；
所述超细混合金属粉体选自硅、铝、钙、镁、镍两种或者多种混合粉体，所述粉体粒径为25μm～50μm；
所述超细树脂粉末为树脂胶粉、聚酰胺或者酚醛塑料和具有亲水性填充料或共混改性料，所述粉末粒径为25μm～50μm；所述超细石墨粉的粒度均小于25μm；
所述硅油粘接剂为高含氢硅油胶黏剂，纯净水用量为总原料的5％～8％；原料混合形成浆料均匀涂覆于所述模具或者预焙阳极(阳极碳素)的表面，涂覆的厚度为0.5～0.8mm。
为了实现上述目的，本发明还提供制备一种铝用碳素生产线用特种涂布材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1浆料制备，将主料超细混合金属粉体40％～50％，超细树脂粉末4％～5％(聚酰胺PA、酚醛塑料PF、亲水性填充料或共混改性料)，超细石墨粉40％～50％、高含氢硅油胶黏剂4％～5％按所述比例调配，加入纯净水后混合并搅拌均匀形成浆料；
S2涂覆，将所述浆料均匀涂覆于所述模具或预焙阳极的表面，涂覆的厚度为0.5-0.8mm；
S3干燥，在常温下干燥8～10h后得到涂布材料层；
S4烧结，将所述模具或预焙阳极装入马弗炉，在750℃～850℃烧结10min～15min；
S5出炉，将所述模具或预焙阳极从马弗炉取出冷却，得到铝用碳素生产线用特种涂布材料。
进一步的，步骤S1所述搅拌均匀的搅拌时间20min～25min，搅拌转速200～250rpm。
进一步的，步骤S2所述涂覆之前，将模具或预焙阳极表面用10％的NaOH溶液洗涤，除去油污，再用8％的稀HCl溶液洗涤，除去表面的氧化层；
将模具或预焙阳极表面用18％～20％的H3PO4浸泡10min～15min形成轻微的氧化膜；
将模具或预焙阳极表面采用150～200目砂粒进行喷砂处理，目的是使表面出现沙目感，以极大限度的与涂布材料接触；对模压头金属进行喷砂或者阳极氧化的表面处理以建立砂目，实现无机盐烧结的附着结合强度的提高；多组分无机盐/金属氧化物在砂目上的烧结形成无机补强层；无机补强层上烧结氟聚合物形成双斥层。
所述浆料的涂覆通过喷壶或喷涂涂覆的方式涂覆于所述预焙阳极的模具或预焙阳极表面。
进一步的，步骤S4所述烧结，升温速率控制在90～100℃/min，终温为750℃～850℃保温10min～15min以去除水分和有机质形成陶瓷涂布材料层。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明提供的铝用碳素生产线用特种涂布材料，在模具表面研发加装柔性涂层外，该工艺为水性试剂制备加工工艺属绿色材料加工制备工艺；敷有该涂布材料模压头的平均有效模压工作强度为万次量级，有效工作数下的全重累计附着质量分数量级为10-5，对模压头金属进行喷砂或者阳极氧化的表面处理以建立砂目，实现无机盐烧结的附着结合强度的提高；多组分无机盐/金属氧化物在砂目上的烧结(800℃±50℃)形成无机补强层；无机补强层上烧结氟聚合物形成双斥层。
2、本发明提供的铝用碳素生产线用特种涂布材料主要作用：此项旨在对碳素成型机模具的脱模技术的研发，保证碳素产品质量致力于面向碳素块生产的低表面能耐摩擦的模压头表面涂布材料制备工艺开发，现已成为具有一定研发能力、能够解决行业中存在的重大关键和共性技术难题的工程技术平台，将对改善预焙阳极的产品研究的科研条件，提升地区炭素领域发展的整体水平，促进碳素发展起到积极的促进作用。
3、该工艺所制备材料的去离子水接触角不小于75度；硅油接触角不小于50度。耐摩擦性能为H级以上。除表面柔性涂层外，该工艺为水性试剂制备加工工艺，属绿色材料加工制备工艺；敷有该涂布材料模压头的平均有效模压工作强度为万次量级，有效工作数下的全重累计附着质量分数量级为10-5。而对模具压头金属进行喷砂或者阳极氧化的表面处理以建立砂目，实现无机盐烧结的附着结合强度的提高；多组分无机盐/金属氧化物在砂目上的烧结(800℃±50℃)形成无机补强层；无机补强层上烧结氟聚合物形成双斥层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，以使本领域技术人员能够充分理解本发明的技术内容。应理解，以下实施例用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
本发明提供制备一种铝用碳素生产线用特种涂布材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)制备浆料，将主料超细混合金属粉体40％～50％，超细树脂粉末4％～5％，超细石墨粉40％～50％、高含氢硅油胶黏剂4％～5％按比例调配，加入纯净水后混合并搅拌均匀形成浆料，搅拌均匀的搅拌时间20min～25min，搅拌转速200～250rpm；
(2)浆料涂覆，将浆料均匀涂覆于模具或预焙阳极的表面，涂覆的厚度为0.5～0.8mm；涂覆之前，将模具或预焙阳极表面用10％的NaOH溶液洗涤，除去油污，再用8％的稀HCl溶液洗涤，除去表面的氧化层；将模具或预焙阳极表面用18％～20％的H3PO4浸泡10min～15min形成轻微的氧化膜；将模具或预焙阳极表面采用150～200目砂粒进行喷砂处理。
(3)浆料干燥，在常温下干燥8～10h后得到涂布材料层；
(4)涂布材料烧结，将模具或预焙阳极装入马弗炉，在750℃～850℃烧结10min～15min；升温速率控制在90～100℃/min，终温为750℃～850℃保温10min～15min以去除水分和有机质形成陶瓷涂布材料层；
(5)出炉，将模具或预焙阳极从马弗炉取出冷却，得到铝用碳素生产线用特种涂布材料。该制备方法所制备的涂布材料的去离子水接触角不小于75度；硅油接触角不小于50度。耐摩擦性能为H级以上。除表面柔性涂层外，该工艺为水性试剂制备加工工艺，属绿色材料加工制备工艺；敷有该涂布材料模压头的平均有效模压工作强度为万次量级，有效工作数下的全重累计附着质量分数量级为10-5。
实施例1～3
本发明的铝用碳素生产线用特种涂布材料的制备方法，预先将模具或预焙阳极表面预处理，将模具表面10％(w.t.％)NaOH洗涤，除去油污，再用8％(w.t.％)稀HCl洗涤，除去表面的氧化层；将模具表面用18～20％(w.t.％)H3PO4浸泡，表面采用喷砂处理；目的是表面沙目，极大限度的增大涂布材料接触面积，这是较经济有效的方式是在预焙阳极模具表面涂覆无机物涂层，减少模具与物料(预焙阳极糊料)的粘连。
涂布材料主要组分：超细硅、铝、钙、镁、镍粉体成分40～50％含量，超细树脂粉末4％～5％的超细粉体-PA(聚酰胺)，超细粉体-PF(酚醛塑料)，具有亲水性填充料或共混改性料，石墨粉(40～50％)、高含氢硅油胶黏剂(4～5％)。具体各原料组分比例参见表1。
表1该铝用碳素生产线用特种涂布材料的制备方法中涂布材料的组分
(1)制备浆料，将主料超细混合后加入纯净水后混合并搅拌均匀形成浆料，搅拌均匀的搅拌时间25min，搅拌转速250rpm；
(2)浆料涂覆，将浆料均匀涂覆于模具或预焙阳极的表面，涂覆的厚度为0.75mm；
(3)浆料干燥，在常温下干燥10h后得到涂布材料层；
(4)涂布材料烧结，将模具或预焙阳极装入马弗炉，在850℃烧结15min；升温速率控制在100℃/min，终温为850℃保温15min以去除水分和有机质形成陶瓷涂布材料层；
(5)出炉，将模具或预焙阳极从马弗炉取出冷却，得到铝用碳素生产线用特种涂布材料。本发明给出三个实施例根据材料组分和工艺参数在上述区级内进行样品制备得到的铝用碳素生产线用特种涂布材料性能测试表2所示。
表2铝用碳素生产线用特种涂布材料性能测试结果
需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种铝用碳素生产线用特种涂布材料，其特征在于，原料组分包括：以超细混合金属粉体、超细树脂粉末和超细石墨粉为主料，再加入一定比例的硅油粘接剂和纯净水混合而成；按照重量百分比计算，所述超细混合金属粉体为40％～50％，所述超细树脂粉末为4％～5％，所述超细石墨粉为40％～50％，所述硅油粘接剂4％～5％。
2.根据权利要求1所述铝用碳素生产线用特种涂布材料，其特征在于：所述超细混合金属粉体选自硅、铝、钙、镁、镍两种或者多种混合粉体，所述粉体粒径为25μm～50μm。
3.根据权利要求1所述铝用碳素生产线用特种涂布材料，其特征在于：所述超细树脂粉末为树脂胶粉、聚酰胺或者酚醛塑料，所述粉末粒径为25μm～50μm。
4.根据权利要求1所述铝用碳素生产线用特种涂布材料，其特征在于：所述超细石墨粉的粒度均小于25μm。
5.根据权利要求1所述铝用碳素生产线用特种涂布材料，其特征在于：所述硅油粘接剂为高含氢硅油胶黏剂。
6.根据权利要求1所述铝用碳素生产线用特种涂布材料，其特征在于：所述纯净水用量为5％～8％，浆料涂覆的厚度为0.5～0.8mm。
7.根据权利要求1～6任一项所述一种铝用碳素生产线用特种涂布材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1浆料制备，将主料超细混合金属粉体40％～50％，超细树脂粉末4％～5％，超细石墨粉40％～50％、高含氢硅油胶黏剂4％～5％按所述比例调配，加入纯净水后混合并搅拌均匀形成浆料；
S2涂覆，将所述浆料均匀涂覆于模具或预焙阳极的表面，涂覆的厚度为0.5-0.8mm；
S3干燥，在常温下干燥8～10h后得到涂布材料层；
S4烧结，将所述模具或预焙阳极装入马弗炉，在750℃～850℃烧结10min～15min；
S5出炉，将所述模具或预焙阳极从马弗炉取出冷却，得到特种涂布材料。
8.根据权利要求7所述铝用碳素生产线用特种涂布材料的制备方法，其特征在于：步骤S1所述搅拌均匀的搅拌时间20min～25min，搅拌转速200～250rpm。
9.根据权利要求7所述铝用碳素生产线用特种涂布材料的制备方法，其特征在于：步骤S2所述涂覆之前，将模具或预焙阳极表面用10％的NaOH溶液洗涤，再用8％的稀HCl溶液洗涤；将模具或预焙阳极表面用18％～20％的H3PO4浸泡10min～15min；将模具或预焙阳极表面采用150～200目砂粒进行喷砂处理。
10.根据权利要求7所述铝用碳素生产线用特种涂布材料的制备方法，其特征在于：步骤S4所述烧结，升温速率控制在90～100℃/min，终温为750℃～850℃保温10min～15min。
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2021
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