CN117700227A - 一种阳极炭块及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种阳极炭块的制备方法，包括步骤：1)取石油焦，经1250‑1350℃高温处理后，经破碎筛分，取粒度为25‑100mm的石油焦粒作为骨料，粒度＞100mm的石油焦块返回再次破碎，粒度小于25mm的石油焦粒经磨粉，得到粉料；2)取煤沥青，保温备用；3)将步骤1)得到的骨料和粉料，以及步骤2)的煤沥青混捏得到糊料，糊料振动成型，得到生坯，糊料中粉料的占比为35‑40wt％、沥青的占比为14.5‑15.5％，余量为骨料；4)生坯降温至室温；5)生坯在密封空间中煅烧，得到阳极炭块。本发明通过配置生坯原料配方、生产过程工艺参数，制备得到具有较高机械强度、优异抗氧化能力、电化学性能良好的阳极炭块。
Description
技术领域
本发明涉及电解铝领域，特别涉及一种阳极炭块及其制备方法。
背景技术
阳极炭块是铝电解槽的心脏，其性能直接影响电解铝生产过程。铝电解企业使用的阳极炭块虽然均符合国家相关标准，但在实际生产过程中，碳渣量大、掉块长包多、脱落多的现象长期存在，对电解铝能耗造成极大影响。
因此，研究如何提高阳极炭块性能，改善电解槽运行状态，是实施节能减排的迫切需要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种阳极炭块的制备方法，通过配置生坯原料配方、生产过程工艺参数，制备得到具有较高机械强度、优异抗氧化能力、电化学性能良好的阳极炭块。
实现本发明目的的技术方案是：一种阳极炭块的制备方法，包括以下步骤：
1)取石油焦，经1250-1350℃高温处理后，经破碎筛分，取粒度为25-100mm的石油焦粒作为骨料，粒度＞100mm的石油焦块返回再次破碎，粒度小于25mm的石油焦粒经磨粉，得到粉料；
2)取煤沥青，保温备用；
3)将步骤1)得到的骨料和粉料，以及步骤2)的煤沥青混捏得到糊料，糊料振动成型，得到生坯，糊料中粉料的占比为35-40wt％、沥青的占比为14.5-15.5％，余量为骨料；
4)生坯降温至室温；
5)生坯在密封空间中煅烧，得到阳极炭块。
步骤1)粉料的粒度为0-0.075mm。
步骤3)粉料的比表面积占混合料比表面积的90％以上。
步骤3)得到的生坯表面上设置槽形结构。
步骤4)所述煅烧包括以下步骤：
1)在焙烧炉的焙烧室内堆放生坯，生坯与生坯之间、生坯与炉壁之间及生坯上表面均填充有冶金焦颗粒，冶金焦颗粒的粒径为8-10mm；
2)从室温升温至200-240℃，预热；
3)升温至500±10℃，升温时间为18h；
4)升温至880±10℃，升温时间为18h；
5)升温至1030±10℃，升温时间为23h；
6)升温至1130±10℃，升温时间为13h；
7)升温至1200±10℃，升温时间为8h；
8)保温8-64h，得到阳极炭块。
步骤3)-7)均匀升温。
本发明还提供了一种阳极炭块，采用任一上述制备方法制备得到。
阳极炭块的长度≥1500mm、宽度≥600mm、高度≥600mm，重量≥900kg。
采用上述技术方案具有以下有益效果：
1、本发明制备方法，按照工艺配方将各级原料按照比例混合，并加入保温的煤沥青，使混合料具有塑性，然后经混捏得到糊料，糊料经振动成型得到生坯，生坯降温后，经过煅烧工艺得到阳极炭块，这种阳极炭块的质量超出YS/T 285-2012中一级品的要求，满足电解铝工业对高质量大规格阳极炭块的需求。
2、本发明制备方法，粉料和煤沥青混合按照配比混合得到胶料，胶料与骨料经混捏形成具有塑性的糊料。若配比中粉料不足，将导致糊料中黏结骨料的胶料不足，糊料成型后生坯体积密度偏低，造成焙烧后阳极炭块体积密度偏低、孔隙率高、强度低；若粉料充足但煤沥青配比不足，则会导致糊料干、塑性差，也会导致糊料成型后生坯体积密度偏低、焙烧后阳极炭块体积密度偏低、强度低，若煤沥青配比过高，会导致阳极炭块的抗压强度变差。
3、本发明制备方法，在生坯表面设置槽形结构，可通过在成型模具内加工对应的凸棱，使得成型的生坯表面形成对应的槽形结构，经焙烧后得到的阳极炭块表面对应得到槽形结构，满足企业的实际需求。如此可杜绝在阳极炭块表面使用开槽机造成的二次污染，也降低了糊料的使用量，还提高了原料的利用率。
4、本发明成型得到的生坯堆放在焙烧室内，且填充粒径为8-10mm的冶金焦颗粒，作为保护和传热介质，使得生坯受热均匀，降低因生坯局部过热造成炸裂等风险。
5、本发明煅烧时最高温度位于1200℃左右，因此生坯中的骨料不发生物理化学变化，主要是煤沥青发生物料、化学变化，通过使煤沥青热解焦化、并随着温度的升温，继续分解和聚合、分子内部重排，最终得到具有足够强的机械强度和优异的抗氧化能力的阳极炭块。具体的，生坯先从室温升温至200-240℃，使得生坯中的煤沥青软化、而生坯处于塑性状态，体积膨胀，部分吸附水蒸发，该阶段的时长可根据实际情况缩短。然后升温至500±10℃，且升温时间为18h，由200-240℃升温至300℃左右时，生坯中的大部分吸附水、化合水以及碳的氧化物和轻馏分被排出；300-500±10℃后，煤沥青开始进行分解聚合，且气体的排出量明显增多，同时生坯开始收缩，同时生坯开始结焦。继续升温至880±10℃，且升温时间为18h，在500-650℃升温区间，煤沥青形成半焦，在650-880℃升温区间，半焦开始热解，且电阻率急剧降低。继续升温至1030±10℃，在该温度区间，半焦解热形成沥青焦，并将骨料颗粒紧密的联结起来，形成整体，从而使阳极炭块的各项理化性能不断改善和提高。继续升温至1130±10℃，在该温度区间，用于进一步排出残留的挥发物，使焦化进程进一步完备，密化阳极炭块，且进一步降低电阻率，最终保温在1200±10℃保温，用于制备满足企业大尺寸、大规格阳极炭块的生产需求。
下面结合具体实施方式作进一步的说明。
具体实施方式
本发明中，使用的石油焦、煤沥青均为市售产品。
石油焦先经过1250-1350℃处理12h，并经过二次破碎和磨粉作用，具体为：经破碎筛分，取粒度为25-100mm的石油焦粒作为骨料，粒度＞100mm的石油焦块返回再次破碎，粒度小于25mm的石油焦粒经磨粉，得到粉料，粉料的粒度越细越好，粒度＜0.075mm，放入料仓备用。煤沥青保持呈粘稠的液态，备用。
实施例1重庆涪陵地区、5月份
按照比例中粉料的占比为35-40wt％、沥青的占比为14.5-15.5％，余量为骨料进行配比，规律为：当粉料占比较高，则沥青占比也高。经混捏得到具有一定塑性的糊料。糊料填充至振动台上的模具，且利用顶模加压(按照常规技术进行均质成型，采用低振幅、高频率振动成型)，且根据客户需求，在模具内壁上设置成型板，在生坯上成型得到槽形结构，得到生坯，取出后降温至室温。
在焙烧炉的焙烧室内堆放生坯，生坯与生坯之间、生坯与炉壁之间及生坯上表面均填充有冶金焦颗粒，冶金焦颗粒的粒径为8-10mm。
焙烧：
1)从室温升温至200-240℃，预热，通常缩短时间；
2)匀速升温至500±10℃，升温时间为18h；
3)匀速升温至880±10℃，升温时间为18h；
4)匀速升温至1030±10℃，升温时间为23h；
5)匀速升温至1130±10℃，升温时间为13h；
6)匀速升温至1200±10℃，升温时间为8h；
7)保温8h，得到阳极炭块。
共计生产4431块阳极炭块。以YS/T 285-2012中一级品作为指标，合格4400块，不合格31块(密度不达标12块、裂纹16块、麻面3块)，合格率99.3％。
实施例2重庆涪陵地区6月份
按照实施例1配比及制备方法，共计3730块，合格3701块，不合格29块(密度不达标19块、裂纹7块、缺损1块)，合格率99.22％。
实施例3重庆涪陵地区7月份
按照实施例1配比及制备方法，共计3393块，合格3365块，不合格28块(裂纹26块、麻面2块)，合格率99.12％。
Claims (8)
1.一种阳极炭块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)取石油焦，经1250-1350℃高温处理后，经破碎筛分，取粒度为25-100mm的石油焦粒作为骨料，粒度＞100mm的石油焦块返回再次破碎，粒度小于25mm的石油焦粒经磨粉，得到粉料；
2)取煤沥青，保温备用；
3)将步骤1)得到的骨料和粉料，以及步骤2)的煤沥青混捏得到糊料，糊料振动成型，得到生坯，糊料中粉料的占比为35-40wt％、沥青的占比为14.5-15.5％，余量为骨料；
4)生坯降温至室温；
5)生坯在密封空间中煅烧，得到阳极炭块。
2.根据权利要求1所述的阳极炭块的制备方法，其特征在于，步骤1)粉料的粒度为0-0.075mm。
3.根据权利要求1所述的阳极炭块的制备方法，其特征在于，步骤3)粉料的比表面积占混合料比表面积的90％以上。
4.根据权利要求1所述的阳极炭块的制备方法，其特征在于，步骤3)得到的生坯表面上设置槽形结构。
5.根据权利要求1所述的阳极炭块的制备方法，其特征在于，步骤4)所述煅烧包括以下步骤：
1)在焙烧炉的焙烧室内堆放生坯，生坯与生坯之间、生坯与炉壁之间及生坯上表面均填充有冶金焦颗粒，冶金焦颗粒的粒径为8-10mm；
2)从室温升温至200-240℃，预热；
3)升温至500±10℃，升温时间为18h；
4)升温至880±10℃，升温时间为18h；
5)升温至1030±10℃，升温时间为23h；
6)升温至1130±10℃，升温时间为13h；
7)升温至1200±10℃，升温时间为8h；
8)保温8-64h，得到阳极炭块。
6.根据权利要求5所述的阳极炭块的制备方法，其特征在于，步骤3)-7)均匀升温。
7.一种阳极炭块，采用权利要求1-6任一制备方法制备得到。
8.根据权利要求7所述的阳极炭块，其特征在于，阳极炭块的长度≥1500mm、宽度≥600mm、高度≥600mm，重量≥900kg。
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