CN116514529A - 高强耐磨绝缘板及其制备方法、电解槽 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种高强耐磨绝缘板，以质量份数计，所述高强耐磨绝缘板包括：氧化铝40‑80份、硅酸钙5‑30份、氧化钇10‑30份、二氧化硅10‑30份、氧化镁1‑20份、氧化锆2‑20份、氧化钛1‑20份、粘结剂。本申请实施例提供的高强耐磨绝缘板，通过对氧化铝、硅酸钙、氧化钇、二氧化硅、氧化镁、氧化锆、氧化钛进行复合，获得了兼具强度、韧性和耐磨的高强耐磨绝缘板，适用于电解槽的绝缘隔离材料。

Description

高强耐磨绝缘板及其制备方法、电解槽
技术领域
本申请涉及电解领域，尤其涉及电解槽。
背景技术
在电解槽运行时，为了防止普通铝合金槽盖板和铁质槽壳连接通电，需要采取绝缘措施，一般是在槽盖板和槽壳之间设置绝缘隔离材料。目前，在铝电解槽槽盖板和槽壳之间采取的绝缘措施主要有：在槽盖板上下边缘处添加绝缘材料或绝缘涂层，但该绝缘材料会随着槽盖板的变形而外露破损，失去绝缘的作用，质量较好的绝缘涂层可以适应槽盖板一定程度上的变形而不开裂，但在电解槽运行过程中多有磕碰，容易损坏绝缘涂层；在槽盖板接近槽壳的底部和槽壳之间放置多块绝缘砖，但随着槽盖板的使用，绝缘砖会不断地变动位置，需要来回放置归位，且由于现有的绝缘砖强度和韧性都不高，在面临磕碰和槽盖板变形时也时常碎裂。因此，目前电解槽缺乏合适的绝缘隔离材料。
发明内容
本申请实施例提供了一种高强耐磨绝缘板及其制备方法、电解槽，以解决电解槽缺乏合适的绝缘隔离材料的技术问题。
第一方面，本申请实施例提供一种高强耐磨绝缘板，以质量份数计，所述高强耐磨绝缘板包括：氧化铝40-80份、硅酸钙5-30份、氧化钇10-30份、二氧化硅10-30份、氧化镁1-20份、氧化锆2-20份、氧化钛1-20份、粘结剂。
在本申请的一些实施例中，所述氧化铝为氧化铝粉；和/或，
所述氧化锆为电熔氧化锆；和/或，
所述粘结剂为磷酸二氢铝、聚乙烯醇、丙烯酸乳液中的至少一种。
在本申请的一些实施例中，以质量份数计，所述粘结剂包括磷酸二氢铝15-85份、聚乙烯醇18-95份、丙烯酸乳液10-30份。
第二方面，本申请实施例提供一种高强耐磨绝缘板的制备方法，可用于制备第一方面任一实施例所述的高强耐磨绝缘板，所述高强耐磨绝缘板的制备方法包括如下步骤：
提供高强耐磨绝缘料，所述高强耐磨绝缘料包括氧化铝40-80份、硅酸钙5-30份、氧化钇10-30份、二氧化硅10-30份、氧化镁1-20份、氧化锆2-20份、氧化钛1-20份；
将所述高强耐磨绝缘料与研磨、干燥、过筛，得到筛下料；
将所述筛下料压制成板后，烧结得到所述高强耐磨绝缘板。
在本申请的一些实施例中，所述高强耐磨绝缘料为粉料，粒径为0.1-2.3μm；和/或，
所述过筛采用的目数为400-1200目。
在本申请的一些实施例中，所述烧结的温度为1350-1750℃。
第三方面，本申请实施例提供一种电解槽，所述电解槽包括槽壳和槽盖板，所述槽壳与所述槽盖板相接处设置有第一方面任一实施例所述的高强耐磨绝缘板或者第二方面任一实施例所述的高强耐磨绝缘板的制备方法制备得到的高强耐磨绝缘板。
在本申请的一些实施例中，所述高强耐磨绝缘板与所述槽壳或者所述槽盖板固定连接。
在本申请的一些实施例中，所述高强耐磨绝缘板与所述槽壳或者所述槽盖板通过胶粘剂固定连接。
在本申请的一些实施例中，所述胶粘剂为泡花碱、环氧胶、丙烯酸酯胶中的至少一种。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供的高强耐磨绝缘板，通过对氧化铝、硅酸钙、氧化钇、二氧化硅、氧化镁、氧化锆、氧化钛进行复合，获得了兼具强度、韧性和耐磨的高强耐磨绝缘板，适用于电解槽的绝缘隔离材料。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种高强耐磨绝缘板的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
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申请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，本申请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。
电解生产中存在电解槽缺乏合适的绝缘隔离材料的技术问题。
本申请实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
第一方面，本申请实施例提供一种高强耐磨绝缘板，以质量份数计，所述高强耐磨绝缘板包括：氧化铝40-80份、硅酸钙5-30份、氧化钇10-30份、二氧化硅10-30份、氧化镁1-20份、氧化锆2-20份、氧化钛1-20份、粘结剂。
上述组分中，氧化铝、二氧化硅、硅酸钙主要的作用是隔热、保温、耐高温；氧化钇的作用是稳定烧结材料的韧性；氧化锆的作用是增强烧结材料的韧性；氧化镁、氧化钛的作用是提高烧结材料的致密度、强度和硬度；粘结剂的作用是促进各原料之间的物理结合，形成性能良好的筛下料。原料均为无机物料，故烧结后材料为绝缘材料。
在电解生产过程中，电解槽的槽盖板和槽体之间的绝缘隔离材料常常面临槽盖板变形、电解槽振动等因素导致其与槽盖板或槽体摩擦、磕碰等情形，而现有的隔离材料往往并没有兼具强度、韧性和耐磨这些特性，这导致现有的隔离材料寿命较短。
本申请通过对氧化铝、硅酸钙、氧化钇、二氧化硅、氧化镁、氧化锆、氧化钛进行复合，获得了兼具强度、韧性和耐磨的高强耐磨绝缘板，适用于电解槽的绝缘隔离材料。
在本申请的一些实施例中，所述氧化铝为氧化铝粉；和/或，
所述氧化锆为电熔氧化锆；和/或，
所述粘结剂为磷酸二氢铝、聚乙烯醇、丙烯酸乳液中的至少一种。
氧化锆选用电熔氧化锆的有益效果是价格低廉，增强材料的韧性，在外力碰撞作用下不易损坏。
粘结剂选用磷酸二氢铝、聚乙烯醇、丙烯酸乳液中的至少一种的有益效果是促进各种原料间的相互结合，使材料成型后更加致密。
在本申请的一些实施例中，以质量份数计，所述粘结剂包括磷酸二氢铝15-85份、聚乙烯醇18-95份、丙烯酸乳液10-30份。
磷酸二氢铝、聚乙烯醇、丙烯酸乳液采用上述质量份数的有益效果是粘结剂之间的有效匹配，增强粘结剂的粘结力。
第二方面，本申请实施例提供一种高强耐磨绝缘板的制备方法，可用于制备第一方面任一实施例所述的高强耐磨绝缘板，请参考图1，所述高强耐磨绝缘板的制备方法包括如下步骤：
S1：提供高强耐磨绝缘料，所述高强耐磨绝缘料包括氧化铝40-80份、硅酸钙5-30份、氧化钇10-30份、二氧化硅10-30份、氧化镁1-20份、氧化锆2-20份、氧化钛1-20份；
S2：将所述高强耐磨绝缘料与研磨、干燥、过筛，得到筛下料；
S3：将所述筛下料压制成板后，烧结得到所述高强耐磨绝缘板。
在研磨过程中，高强耐磨绝缘料会被粘结剂粘结成微粒，后续过筛的操作是为了将其中合适尺寸的微粒筛选出来。
对微粒的尺寸进行筛选的目的是提高高强耐磨绝缘板。微粒的尺寸过大，可能会与其它微粒产生缝隙，进而在烧结过程中产生空洞，影响高强耐磨绝缘板的强度。
作为一种示例，所述研磨可以是球磨，所述球磨转速可以为260-330rpm；所述球磨时长可以为1.5-6h。
在本申请的一些实施例中，所述高强耐磨绝缘料为粉料，粒径为0.1-2.3μm；和/或，。
所述过筛采用的目数为400-1200目。
本领域技术人员可以理解，高强耐磨绝缘料的粒径在0.1-2.3μm之间有利于研磨时与粘结剂形成较多的合适尺寸的微粒。粒径过大，则研磨过程中高强耐磨绝缘料的流动性很差，混合不均匀，且不容易被粘结剂粘结到一起；粒径过小，则研磨过程中容易被粘结剂粘成团，难以获得合适尺寸的微粒。
在本申请的一些实施例中，所述烧结的温度为1350-1750℃。
第三方面，本申请实施例提供一种电解槽，所述电解槽包括槽壳和槽盖板，所述槽壳与所述槽盖板相接处设置有第一方面任一实施例所述的高强耐磨绝缘板或者第二方面任一实施例制备得到的高强耐磨绝缘板。
在本申请的一些实施例中，所述高强耐磨绝缘板与所述槽壳或者所述槽盖板固定连接。
在本申请的一些实施例中，所述高强耐磨绝缘板与所述槽壳或者所述槽盖板通过胶粘剂固定连接。
通过胶粘剂实现固定连接的有益效果是便于对现场设备进行改造。本领域技术人员可以理解，固定连接也可以采取其它的方式，例如通过紧固件连接，不影响本申请的实施。
在本申请的一些实施例中，所述胶粘剂为泡花碱、环氧胶、丙烯酸酯胶中的至少一种。
胶粘剂选用泡花碱、环氧胶、丙烯酸酯胶中的至少一种的有益效果是增强绝缘板与槽壳的结合力，使绝缘板更加牢固的粘结在槽壳上，不易脱落。
下面结合具体实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
实施例1
称取氧化铝550g、氧化钇200g、氧化硅200g、氧化锆30g、氧化钛20g；量取磷酸二氢铝750g、聚乙烯醇200g、乙醇50g倒入球磨罐中，以290rpm的转速球磨2.5h后将浆液倒入洁净的托盘中；将托盘置于恒温干燥箱中75℃保温18h后取出；将托盘中的固体取出置于坩埚中，加入0.30g聚乙烯醇研磨，研磨后的粉体过600目不锈钢筛；过筛后的粉体倒入方形模具中挤压成生坯；最后将生坯在1500℃下烧结成型，得到厚度为1mm的高强耐磨绝缘板。用泡花碱将该高强耐磨绝缘板，粘结完成后检查粘结情况，发现粘结稳定牢固。
实施例2
称取氧化铝500g、硅酸钙粉200g、氧化硅150g、氧化镁50g、电熔氧化锆100g；量取聚乙烯醇800g、丙烯酸乳液150g、乙醇50g倒入球磨罐中，以270rpm的转速球磨2h后将浆液倒入洁净的托盘中；将托盘置于恒温干燥箱中80℃保温20h后取出；将托盘中的固体取出置于坩埚中，加入0.30g聚乙烯醇研磨，研磨后的粉体过800目不锈钢筛；过筛后的粉体倒入方形模具中挤压成生坯；最后将生坯在1550℃下烧结成型，得到厚度为1.5mm的高强耐磨绝缘板。用环氧胶将该高强耐磨绝缘板，粘结完成后检查粘结情况，发现粘结稳定牢固。
实施例3
称取氧化铝800g、硅酸钙粉50g、氧化硅100g、氧化镁10g、电熔氧化锆30g、氧化钛10g；量取聚乙烯醇850g、丙烯酸乳液100g、乙醇50g倒入球磨罐中，以270rpm的转速球磨3h后将浆液倒入洁净的托盘中；将托盘置于恒温干燥箱中85℃保温20h后取出；将托盘中的固体取出置于坩埚中，加入0.30g聚乙烯醇研磨，研磨后的粉体过900目不锈钢筛；过筛后的粉体倒入方形模具中挤压成生坯；最后将生坯在1650℃下烧结成型，得到厚度为2mm的高强耐磨绝缘板。用丙烯酸酯胶将该高强耐磨绝缘板，粘结完成后检查粘结情况，发现粘结稳定牢固。
实施例4
称取氧化硅500g、氧化锆200g、氧化钇100g、氧化镁100g、、氧化钛100g；量取磷酸二氢铝850g、丙烯酸乳液100g、乙醇50g倒入球磨罐中，以300rpm的转速球磨2h后将浆液倒入洁净的托盘中；将托盘置于恒温干燥箱中80℃保温20h后取出；将托盘中的固体取出置于坩埚中，加入0.30g聚乙烯醇研磨，研磨后的粉体过700目不锈钢筛；过筛后的粉体倒入方形模具中挤压成生坯；最后将生坯在1550℃下烧结成型，得到厚度为1.5mm的高强耐磨绝缘板。将泡花碱和环氧胶混合后，用混合胶将该高强耐磨绝缘板，粘结完成后检查粘结情况，发现粘结稳定牢固。
实施例5
称取氧化铝纤维700g、硅酸钙粉100g、氧化硅100g、氧化镁30g、氧化锆50g、氧化钛20g；量取磷酸二氢铝700g、聚乙烯醇250g、乙醇50g倒入球磨罐中，以270rpm的转速球磨2.5h后将浆液倒入洁净的托盘中；将托盘置于恒温干燥箱中85℃保温20h后取出；将托盘中的固体取出置于坩埚中，加入0.30g聚乙烯醇研磨，研磨后的粉体过700目不锈钢筛；过筛后的粉体倒入方形模具中挤压成生坯；最后将生坯在1600℃下烧结成型，得到厚度为2mm的高强耐磨绝缘板。用环氧胶将该高强耐磨绝缘板，粘结完成后检查粘结情况，发现粘结稳定牢固。
实施例6
称取氧化铝纤维600g、氧化钇80g、氧化锆100g、氧化硅150g、氧化镁70g；量取聚乙烯醇950g、乙醇50g倒入球磨罐中，以300rpm的转速球磨4h后将浆液倒入洁净的托盘中；将托盘置于恒温干燥箱中80℃保温20h后取出；将托盘中的固体取出置于坩埚中，加入0.30g聚乙烯醇研磨，研磨后的粉体过900目不锈钢筛；过筛后的粉体倒入方形模具中挤压成生坯；最后将生坯在1600℃下烧结成型，得到厚度为3mm的高强耐磨绝缘板。用丙烯酸酯胶将该高强耐磨绝缘板，粘结完成后检查粘结情况，发现粘结稳定牢固。
实施例7
称取氧化铝650g、氧化钇150g、氧化硅100g、氧化镁10g、氧化锆80g、氧化钛10g；量取磷酸二氢铝150g、聚乙烯醇800g、乙醇50g倒入球磨罐中，以320rpm的转速球磨3.5h后将浆液倒入洁净的托盘中；将托盘置于恒温干燥箱中80℃保温20h后取出；将托盘中的固体取出置于坩埚中，加入0.30g聚乙烯醇研磨，研磨后的粉体过900目不锈钢筛；过筛后的粉体倒入方形模具中挤压成生坯；最后将生坯在1650℃下烧结成型，得到厚度为2.5mm的高强耐磨绝缘板。用环氧胶将该高强耐磨绝缘板，粘结完成后检查粘结情况，发现粘结稳定牢固
相关实验及效果数据：
取实施例1-7中的高强耐磨绝缘板如下测试。
密度测试：GB/T 25995-2010
强度测试：GB/T 4741-1999
硬度测试：GB/T230.2-2002
气孔率测试：GB/T 25995-2010
线收缩率测试：QB/T 1548-2015
断裂韧性测试：GB/T 23806—2009
另外，在实施例1-7的制备过程中还进行高强耐磨绝缘板的固化时间测试。
以上测试结果如下表：
从上表中的数据可以看出，本发明制备的高强耐磨绝缘板致密度高、强度高、硬度高、韧性好、耐冲击、固化时间短。本发明所述的高强耐磨绝缘板的制备及其使用方法简便，生产成本低，粘结在槽壳上耐磨、绝缘、不易破损。
本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。而且，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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。对于用“和/或”描述的三项以上的关联对象的关联关系，表示这三个关联对象可以单独存在任意一项，或者其中任意至少两项同时存在，例如，对于A，和/或B，和/或C，可以表示单独存在A、B、C中的任意一项，或者同时存在其中的任意两项，或者同时存在其中三项。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高强耐磨绝缘板，其特征在于，以质量份数计，所述高强耐磨绝缘板包括：氧化铝40-80份、硅酸钙5-30份、氧化钇10-30份、二氧化硅10-30份、氧化镁1-20份、氧化锆2-20份、氧化钛1-20份、粘结剂。
2.根据权利要求1所述的高强耐磨绝缘板，其特征在于，所述氧化铝为氧化铝粉；和/或，
所述氧化锆为电熔氧化锆；和/或，
所述粘结剂为磷酸二氢铝、聚乙烯醇、丙烯酸乳液中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的高强耐磨绝缘板，其特征在于，以质量份数计，所述粘结剂包括磷酸二氢铝15-85份、聚乙烯醇18-95份、丙烯酸乳液10-30份。
4.一种高强耐磨绝缘板的制备方法，其特征在于，所述电解槽用于制备权利要求1-3中任意一项所述的高强耐磨绝缘板，所述高强耐磨绝缘板的制备方法包括如下步骤：
提供高强耐磨绝缘料，所述高强耐磨绝缘料包括氧化铝40-80份、硅酸钙5-30份、氧化钇10-30份、二氧化硅10-30份、氧化镁1-20份、氧化锆2-20份、氧化钛1-20份；
将所述高强耐磨绝缘料与研磨、干燥、过筛，得到筛下料；
将所述筛下料压制成板后，烧结得到所述高强耐磨绝缘板。
5.根据权利要求4所述的高强耐磨绝缘板的制备方法，其特征在于，所述高强耐磨绝缘料为粉料，粒径为0.1-2.3μm；和/或，
所述过筛采用的目数为400-1200目。
6.根据权利要求4所述的高强耐磨绝缘板的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为1350-1750℃。
7.一种电解槽，其特征在于，所述电解槽包括槽壳和槽盖板，所述槽壳与所述槽盖板相接处设置有如权利要求1-3中任意一项所述的高强耐磨绝缘板或者根据权利要求4-6中任意一项所述的高强耐磨绝缘板的制备方法制备得到的高强耐磨绝缘板。
8.根据权利要求7所述的电解槽，其特征在于，所述高强耐磨绝缘板与所述槽壳或者所述槽盖板固定连接。
9.根据权利要求8所述的电解槽，其特征在于，所述高强耐磨绝缘板与所述槽壳或者所述槽盖板通过胶粘剂固定连接。
10.根据权利要求9所述的电解槽，其特征在于，所述胶粘剂为泡花碱、环氧胶、丙烯酸酯胶中的至少一种。
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