CN114539831B - 一种电解铝阳极钢爪用改性涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电解铝阳极钢爪用改性涂料，通过在原料中先对膨润土进行了改性，然后通过合理限定添加量而与特定比例的α‑Al2O3、γ‑Al2O3、硅酸铝纤维和水玻璃进行混合，使得得到的抗沉淀涂料的固态物质在悬浮液中均匀分散，改善了颗粒沉降的问题，使得涂料在刷涂的过程中更加均匀，改善了最终涂层的质量。

Description

一种电解铝阳极钢爪用改性涂料
技术领域
本发明涉及金属冶炼领域，具体涉及电解铝冶炼过程中对阳极钢爪进行防腐蚀保护领域，具体涉及一种电解铝阳极钢爪用改性涂料。
背景技术
电解铝工业阳极由电极钢爪和炭块组成，现阶段极大部分电解铝企业工业生产中没有对阳极钢爪和炭块采取保护措施，阳极工作在高温环境中，温度达到上部500℃以上，下部900℃以上，电解质是熔融状态的冰晶石等物质，由于电解槽内温度高达900℃，冰晶石是含氟物质，因此电解槽内气氛既是高温又含有较高浓度的腐蚀性气体(HF、CO、CO2等)，致使电解阳极钢爪严重腐蚀，腐蚀产物(主要是铁的氧化物)掉入电解铝液中，严重影响铝产品的质量，同时也增加了氧化铝的消耗量；同样，炭块暴露在电解槽气氛中，在CO的作用下产生严重的布多尔反应，加速炭块无谓消耗量，增加电解铝的生产成本。
为了减少这些不利影响，电解铝行业研发了一些保护性措施，这些措施普遍采用涂饰防护性涂层的方法，例如中国专利公开文本CN106634231A公开了一种电解铝预焙阳极防氧化涂料及其制备方法，提出防氧化涂料由陶瓷基连续相、陶瓷基连续催化相、碱及碱土金属辅助催化相、陶瓷基补强相、稳定相、成膜相、水相合成，在500℃烧结致密，在碳素阳极表面形成一层致密的陶瓷基密封层，隔绝二氧化碳、氧气、空气，防止碳素阳极氧化剥落。中国专利公开文本CN106189600A公开了一种电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料及其制备方法，原料包括铝溶胶、丙烯酸乳液、硼酸、甘油、氧化铝和水，能够使碳阳极抗高温抗氧化、减少碳渣。中国专利公开文本CN102424730A公开了一种电解铝阳极炭块抗氧化涂料及其制备方法，该涂料包括以下组分：硼砂或硼酸，高岭土，工业磷酸，工业硫酸铝，水。中国专利公开文本CN104005056A公开了一种电解铝炭阳极保护涂层的制备方法，以CA(铝酸钙)水泥为粘结剂，以电解铝生产中产生的废电解质为耐火骨料，加入外加剂。中国专利公开文本CN107057412A公开了一种自固化电解铝用炭阳极高温抗氧化涂料，含羟基磷腈树脂、氧化铝、氢氧化铝、铝粉、硼砂、碳化硼、氧化钙、有机助粘剂。但是上述技术方案由于原料来源使得相对成本较高。中国专利公开文本CN113527917A公开了一种电解铝阳极钢爪用防腐防氧化涂层材料及其制备方法，该技术方案解决了涂层耐高温的性能，改善了热膨胀系数，防止对产品的污染，且相对成本较低，但在制备过程中颗粒容易沉降，使用时需不断的搅拌才能达到均匀的效果。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出一种可以有效防止涂料沉淀的电解铝阳极钢爪用改性涂料。
通过如下技术手段实现：
一种电解铝阳极钢爪用改性涂料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将膨润土进行机械研磨粉碎，过筛后，选取200～300目的研磨样品于加热炉中煅烧，煅烧温度控制在500～600℃，煅烧0.8～1.2h，以脱去其中的挥发性杂质。
(2)将步骤(1)得到的煅烧后的膨润土加入至硝酸钠溶液中，所述硝酸钠溶液的硝酸钠含量为3～6wt％，且加入的膨润土质量与硝酸钠溶液体积比为1g:(5～10)mL，然后搅拌混合30～40min后，进行过滤，然后将滤下物在100～110℃的条件下烘干20～30min，去除水分。
(3)将步骤(2)得到的膨润土物料与改性剂进行混合形成悬浮液，所述改性剂为季铵盐溶液，悬浮液中膨润土物料质量与所述改性剂体积比为1g:(10～20)mL，形成的该悬浮液的密度为1.05～1.1g/cm3。
(4)将步骤(3)形成的悬浮液于室温条件下搅拌0.8～1.2h，得到改性膨润土悬浮液。
(5)将38～68wt％的α-Al2O3、6～32wt％的γ-Al2O3、2～8wt％的硅酸铝纤维、9～19wt％的水玻璃以及5～10wt％的步骤(4)得到的改性膨润土悬浮液进行机械混合，得到涂料混合物。
(6)向步骤(5)机械混合得到的涂料混合物中添加水进行搅拌，水的添加量为涂料混合物总质量的30～35wt％，搅拌均匀后即得到电解铝阳极钢爪用改性涂料。
作为优选，步骤(1)中的所述加热炉为马弗炉，所述挥发性杂质包括碳酸盐。
作为优选，步骤(2)中所述硝酸钠溶液的硝酸钠含量为5wt％；步骤(4)中将步骤(3)形成的悬浮液于室温条件下搅拌1h。
作为优选，步骤(3)中所述季铵盐溶液为十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)溶液。
作为优选，步骤(1)中的原料膨润土为钠基膨润土或钙基膨润土，优选为钠基膨润土。
一种电解铝阳极钢爪用改性涂料，所述电解铝阳极钢爪用改性涂料采用上述制备方法制备得到。
一种电解铝阳极钢爪用改性涂料的涂覆方法，包括如下步骤：
I，搅拌上述制备方法制备得到抗沉淀涂料，搅拌时间为20～30min；
II，采用刷涂工具将步骤I得到的抗沉淀涂料均匀刷涂于电解铝阳极钢爪的外表面，刷涂厚度为0.5～1.5mm；
III，将步骤II刷涂后的电解铝阳极钢爪置入到电解铝装置中，电解铝阳极钢爪下连接炭块，炭块部分浸入熔融态氧化铝电解液中，通电电解时，随着温度逐渐升高，基于抗沉淀涂料与电解铝阳极钢爪不同的热膨胀率而实现抗沉淀涂料牢固的粘附于电解铝阳极钢爪的外表面，完成涂覆。
作为优选，所述刷涂工具为涂料刷。
本发明的技术效果在于：
由于通过本发明的改性步骤，使得粒径小于200目的改性膨润土表面的有机长链烷烃在空间结构上产生粘结无机颗粒的效果，从而提高了到抗沉淀的效果，而本发明通过将特定的改性方式并将改性后的膨润土合理选取添加量与α-Al2O3、γ-Al2O3、硅酸铝纤维和水玻璃混合，使得得到的涂料中的固态物质在悬浮液中均匀分散，改善了颗粒沉降的问题，避免涂料沉淀而造成局部成分不稳定均匀，从而避免了在刷涂的过程中由于刷涂了不均匀的涂料而使得涂层质量得不到保障的缺陷。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种电解铝阳极钢爪用改性涂料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将膨润土(选取内蒙兴和的钠基膨润土)进行机械研磨粉碎，过筛后，选取220～280目的研磨样品于马弗炉中煅烧，煅烧温度控制在560℃，煅烧1h，以脱去其中的挥发性杂质，所述挥发性杂质包括碳酸盐类。
(2)将步骤(1)得到的煅烧后的膨润土加入至硝酸钠溶液中，所述硝酸钠溶液的硝酸钠含量为5wt％，且加入的膨润土质量与硝酸钠溶液体积比为1g:8mL，然后搅拌混合35min后，进行过滤，然后将滤下物在106℃的条件下烘干25min，去除水分。
(3)将步骤(2)得到的膨润土物料与改性剂进行混合形成悬浮液，所述改性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)溶液，悬浮液中膨润土物料质量与所述改性剂体积比为1g:15mL，形成的该悬浮液的密度为1.08g/cm3。
(4)将步骤(3)形成的悬浮液于室温条件下搅拌1h，得到改性膨润土悬浮液。
(5)将52wt％的α-Al2O3、23wt％的γ-Al2O3、5wt％的硅酸铝纤维、12wt％的水玻璃以及8wt％的步骤(4)得到的改性膨润土悬浮液进行机械混合，得到涂料混合物。
(6)向步骤(5)机械混合得到的涂料混合物中添加水进行搅拌，水的添加量为涂料混合物总质量的33wt％，搅拌均匀后即得到电解铝阳极钢爪用改性涂料。
对比例1
本对比例相对于实施例1而言没有添加膨润土(仅有步骤5和6，且步骤5中还有没有膨润土)，对比例1的现象为颗粒在搅拌过程中均匀混合，静置一段时间后，颗粒开始沉降至完全沉降。
对比例2
本对比例相对于实施例1而言没有添加改性膨润土(仅有步骤5和6，且步骤5中添加的是没有改性的膨润土)，对比例2现象为，搅拌过程中均匀混合，静置一段时间后，颗粒开始沉降，但膨润土未表现出明显的沉降，少量氧化铝颗粒未明显沉降。
对比颗粒完全沉降时间，结果如表1所示：
表1
Figure BDA0003572181120000061
实施例2
一种电解铝阳极钢爪用改性涂料的涂覆方法，包括如下步骤：
I，搅拌上述制备方法制备得到抗沉淀涂料，搅拌时间为25min；
II，采用涂料刷将步骤I得到的抗沉淀涂料均匀刷涂于电解铝阳极钢爪的外表面，刷涂厚度为0.5mm；
III，将步骤II刷涂后的电解铝阳极钢爪置入到电解铝装置中，阳极钢爪下连接炭块，炭块部分浸入熔融态氧化铝电解液中，通电电解时，随着温度逐渐升高，基于抗沉淀涂料与电解铝阳极钢爪不同的热膨胀率而实现抗沉淀涂料牢固的粘附于电解铝阳极钢爪的外表面，完成涂覆。

Claims (6)

1.一种电解铝阳极钢爪用改性涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将膨润土进行机械研磨粉碎，过筛后，选取200~300目的研磨样品于加热炉中煅烧，煅烧温度控制在560~600℃，煅烧1~1.5h，以脱去其中的挥发性杂质；
（2）将步骤（1）得到的煅烧后的膨润土加入至硝酸钠溶液中，所述硝酸钠溶液的硝酸钠含量为3~6wt%，且加入的膨润土质量与硝酸钠溶液体积比为1g:(5~10)mL，然后搅拌混合30~40 min后，进行过滤，然后将滤下物在100~110℃的条件下烘干20~30 min，去除水分；
（3）将步骤（2）得到的膨润土物料与改性剂进行混合形成悬浮液，所述改性剂为季铵盐溶液，悬浮液中膨润土物料质量与所述改性剂体积比为1g:(10~20)mL，形成的该悬浮液的密度为1.05~1.1 g/cm3；
（4）将步骤（3）形成的悬浮液于室温条件下搅拌0.8~1.2h，得到改性膨润土悬浮液；
（5）将52~68 wt%且不含52wt%的α-Al2O3 、23~32 wt%的γ-Al2O3、2~8 wt%的硅酸铝纤维、9~19wt%的水玻璃以及5~10wt%的步骤（4）得到的改性膨润土悬浮液进行机械混合，得到涂料混合物；
（6）向步骤（5）机械混合得到的涂料混合物中添加水进行搅拌，水的添加量为涂料混合物总质量的30~35wt%，搅拌20~30min均匀后即得到电解铝阳极钢爪用改性涂料；
步骤（1）中的原料膨润土为钠基膨润土；
步骤（1）中的所述加热炉为马弗炉，所述挥发性杂质包括碳酸盐；
步骤（3）中所述季铵盐溶液为十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)溶液。
2.根据权利要求1所述的电解铝阳极钢爪用改性涂料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述硝酸钠溶液的硝酸钠含量为5wt%；步骤（4）中将步骤（3）形成的悬浮液于室温条件下搅拌1h。
3.一种电解铝阳极钢爪用改性涂料，其特征在于，所述电解铝阳极钢爪用改性涂料采用权利要求1-2任一项所述制备方法制备得到。
4.一种电解铝阳极钢爪用改性涂料的涂覆方法，其特征在于，包括如下步骤：
I，搅拌权利要求1-2任一项所述制备方法制备得到抗沉淀的电解铝阳极钢爪用改性涂料，搅拌时间为20~30min；
II，采用刷涂工具将步骤I得到的抗沉淀涂料均匀刷涂于电解铝阳极钢爪的外表面，刷涂厚度为0.5~1.5mm；
III，将步骤II刷涂后的电解铝阳极钢爪置入到电解铝装置中，电解铝阳极钢爪下连接炭块，炭块部分浸入到熔融态氧化铝电解液中，通电电解时，随着温度逐渐升高，基于抗沉淀涂料与电解铝阳极钢爪不同的热膨胀率而实现抗沉淀涂料牢固的粘附于电解铝阳极钢爪的外表面，完成涂覆。
5.根据权利要求4所述的涂覆方法，其特征在于，所述刷涂工具为涂料刷。
6.根据权利要求4所述的涂覆方法，其特征在于，步骤II中，所述刷涂厚度为0.8mm。
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