CN117701045A - 一种铝电解阳极陶瓷基抗氧化涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用微硅粉‑氧化铝制备铝电解阳极陶瓷基抗氧化涂料，涉及电解铝阳极防护技术领域。本发明的电解铝阳极陶瓷基抗氧化涂料属于水性涂料，性能稳定可根据工作需求加水调节。制备原料无毒无害，添加的微硅粉是工业熔炼硅铁的废弃产物，实现了固废资源高值化再利用，是一种环境友好型涂料。本发明制备的涂料，经喷涂设备喷到阳极后，可在常温下固化，附着能力好，电解过程中低温烧结形成致密的陶瓷基保护层，有效防止在电解过程中阳极的氧化消耗，延长阳极使用寿命，具有较好的应用前景。

Description

一种铝电解阳极陶瓷基抗氧化涂料及其制备方法

技术领域

本发明是一种利用微硅粉-氧化铝制备铝电解阳极陶瓷基抗氧化涂料，涉及电解铝阳极防护技术领域，同时也涉及资源再利用领域。

背景技术

目前，我国铝工业生产基本上都是采用冰晶石-氧化铝融盐电解法，其至今仍然是工业上主要的炼铝方法。其中熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为溶质，以炭素体作为阳极，通入直流电后，在950～970℃下，在电解槽内的两极上进行电化学反应，即电解。

在采用冰晶石-氧化铝熔盐电解法的铝电解过程中，炭素阳极是铝电解槽的“心脏”，作为导体将直流电导入电解槽，并作为电解槽阳极材料参与阳极反应，同时其对经济技术指标和原铝质量有着极为重要的影响，在整个电解铝生产中承担着重要的作用。

从理论上讲每生产一吨铝要消耗炭素阳极量333kg，但目前每生产一吨铝要消耗420kg～500kg的炭素阳极，要远大于理论计算值。在现如今铝电解槽不断向大型化、智能化方向发展的过程，炭素阳极消耗作为电解铝生产占比较高的主要成本之一，逐渐成为每一个电解铝生产企业都要考核的重要指标。

铝电解炭素阳极的消耗主要由电解消耗、额外消耗和残极炭耗组成，其中电解消耗和残极炭耗是无法避免的，而额外消耗是可以通过有效手段来进行降低的。额外消耗主要是生产过程中的化学氧化和机械脱落所造成的，而且机械脱落也主要是优先选择氧化后的结果。

由于炭素阳极主要的原料是石油焦、沥青及残破碳素阳极磨碎料。在当前的铝电解工艺中，难以完全隔绝阳极与空气的接触，更无法隔绝炭素阳极侧面与CO₂的接触，阳极侧部裸露在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，造成了炭素阳极的过量消耗，使电解生产成本增加。

减少由于CO₂和空气燃烧而引起的过量炭素阳极的消耗，能有效降低铝电解生产成本，降低铝液杂质含量，提高铝锭质量。同时为响应国家提出的目标，节能降耗日益发展为一种行业的趋势，提高炭素阳极的抗氧化性能，从而提高炭素阳极电解铝时的使用寿命，也成为业内亟待解决的问题。

当前，比较经济有效的方法是对炭素阳极表面喷涂一层保护性涂料，工作过程中其表面形成一层致密的氧化铝保护膜，实现保护炭素阳极不被氧化的目的，减少被空气氧化造成的炭素阳极的氧化损耗。如在《一种电解铝炭阳极保护涂层的制备方法》(专利公开号：CN104005056A)中以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架，加入外加剂和水，混合搅拌均匀后涂抹或喷涂1～5次，涂层厚度0.2～8mm，烘干得到保护涂层。该方法回收的电解质成分不易控制，涂抹或喷涂次数多，且需烘干。芦迎春在《电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料及其制备方法》(专利公开号：CN106189600A)中以铝溶胶、丙烯酸乳液为高温粘结剂，以氧化铝为高温填充料，以硼酸或硼化物做涂层表面增强剂，以甘油做硼酸助溶剂，用水做浓度调节剂，制成阳极防氧化涂料。该方法的缺点是有机类组分含量较高(大约在20％左右)，在高温条件下有机类物质分解易形成孔洞，影响涂层的防氧化效果。而陶瓷基涂料只需在炭阳极表面涂刷或喷涂一次，然后经自然干燥一天即可形成致密的保护层。

发明内容

本发明的目的是提供了一种铝电解阳极陶瓷基抗氧化涂料，该涂料是一种水性涂料，经喷涂设备喷到阳极后，可在常温下固化附着能力好，电解过程中低温烧结形成致密的陶瓷基保护层，有效防止在电解过程中阳极氧化消耗，延长阳极使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种铝电解阳极陶瓷基抗氧化涂料，其特征在于，所述铝电解阳极陶瓷基抗氧化涂料按质量百分比包括如下组份：主料15％～40％，次料5％～25％，催化相1％～5％，成膜相0.1％～2％，水相40％～65％。

所述陶瓷基抗氧化涂料的主料包括α-Al₂O₃、γ-Al₂O₃；上述主料按质量百分比包括80％～100％的α-Al₂O₃、0～20％的γ-Al₂O₃。

所述陶瓷基抗氧化涂料的次料为微硅粉。

所述陶瓷基抗氧化涂料的催化相为氢氧化钠。

所述陶瓷基抗氧化涂料的成膜相为甲基纤维素。

所述陶瓷基抗氧化涂料的水相为去离子水。

本发明还提供了上述的一种铝电解阳极陶瓷基抗氧化涂料的制备方法，具体步骤如下：

首先按质量比准备各原料，然后将主料、次料、催化相、成膜相、水相在常温下依次加入搅拌釜中，均匀搅拌1～2小时，制得成品涂料。

本发明具有如下有益效果：

本发明制备的铝电解阳极陶瓷基抗氧化涂料是一种水性涂料，性能稳定，可根据工作需求加水调节。使用的原料无毒无害，对人体不产生任何危害，且添加的微硅粉是工业熔炼硅铁的废弃产物，实现了资源的再利用，是一种环境友好型涂料。本发明制备的铝电解阳极陶瓷基抗氧化涂料粒径小，分散型好。可采用喷涂工艺，克服了涂刷工艺工作效率低，附着性差，涂刷不均匀的缺点。涂料经喷涂设备喷出，涂料立即雾化成极细小的液粒，喷涂到工作物表面，形成均匀的涂膜。经过常温下固化后附着能力好，电解过程中低温烧结形成致密的陶瓷基保护层，有效防止在电解过程中阳极氧化消耗，延长阳极使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的制备方法流程图。

具体实施方式

现结合具体实施例，来对本发明作进一步的阐述。以下所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做其他形式的限制，任何本技术领域的技术人员可能利用本发明公开的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。故凡是未脱离本发明方案的内容，依据本发明的技术实质对以下实施例做简单修改或等同变化，均应落在本发明的保护范围内。

实例一

100kg的铝电解阳极陶瓷基抗氧化涂料，其组分分别为：

主料：由α-Al₂O₃、γ-Al₂O₃组成，占涂料总质量的25％，共25kg，其中α-Al₂O₃占主料的80％，即20kg；γ-Al₂O₃占主料的20％，即5kg。

次料：由微硅粉组成，占涂料总质量的20％，共20kg。

催化相：由氢氧化钠组成，占涂料总质量的5％，共5kg。

成膜相：由甲基纤维素组成，占涂料总质量的2％，共2kg。

水相：由去离子水组成，占涂料总质量的48％，共48kg。

本实施例中铝电解阳极陶瓷基抗氧化涂料的制备方法，包括如下步骤：

第一，按质量比准备各原料，称取备用。

第二，将主料、次料、催化相、成膜相、水相在常温下依次加入搅拌釜中。

第三，开动搅拌，转速为800～1600转/分钟，均匀搅拌1～2小时，制得成品涂料。

实例二

100kg的铝电解阳极陶瓷基抗氧化涂料，其组分分别为：

主料：由α-Al₂O₃、γ-Al₂O₃组成，占涂料总质量的20％，共20kg，其中α-Al₂O₃占主料的80％，即16kg；γ-Al₂O₃占主料的20％，即4kg。

次料：由微硅粉组成，占涂料总质量的15％，共15kg。

催化相：由氢氧化钠组成，占涂料总质量的4％，共4kg。

成膜相：由甲基纤维素组成，占涂料总质量的1％，共1kg。

水相：由去离子水组成，占涂料总质量的60％，共60kg。

本实施例中铝电解阳极陶瓷基抗氧化涂料的制备方法，包括如下步骤：

第一，按质量比准备各原料，称取备用。

第二，将主料、次料、催化相、成膜相、水相在常温下依次加入搅拌釜中。

第三，开动搅拌，转速为800～1600转/分钟，均匀搅拌1～2小时，制得成品涂料。

实例三

100kg的铝电解阳极陶瓷基抗氧化涂料，其组分分别为：

主料：由α-Al₂O₃、γ-Al₂O₃组成，占涂料总质量的25％，共25kg，其中α-Al₂O₃占主料的80％，即20kg；γ-Al₂O₃占主料的20％，即5kg。

次料：由微硅粉组成，占涂料总质量的20％，共20kg。

催化相：由氢氧化钠组成，占涂料总质量的3％，共3kg。

成膜相：由甲基纤维素组成，占涂料总质量的1％，共1kg。

水相：由去离子水组成，占涂料总质量的51％，共51kg。

本实施例中铝电解阳极陶瓷基抗氧化涂料的制备方法，包括如下步骤：

第一，按质量比准备各原料，称取备用。

第二，将主料、次料、催化相、成膜相、水相在常温下依次加入搅拌釜中。

第三，开动搅拌，转速为1000～2000转/分钟，均匀搅拌1～2小时，制得成品涂料。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种铝电解阳极陶瓷基抗氧化涂料，其特征在于，所述铝电解阳极陶瓷基抗氧化涂料按质量百分比包括如下组份：主料15％～40％，次料5％～25％，催化相1％～5％，成膜相0.1％～2％，水相40％～65％。

2.根据权利要求1所述的一种铝电解阳极陶瓷基抗氧化涂料，其特征在于，上述主料包括α-Al₂O₃、γ-Al₂O₃；上述主料按质量百分比包括80％～100％的α-Al₂O₃、0～20％的γ-Al₂O₃。

3.根据权利要求1所述的一种铝电解阳极陶瓷基抗氧化涂料，其特征在于，上述次料为微硅粉。

4.根据权利要求1所述的一种铝电解阳极陶瓷基抗氧化涂料，其特征在于，上述催化相为氢氧化钠、氢氧化钾。

5.根据权利要求1所述的一种铝电解阳极陶瓷基抗氧化涂料，其特征在于，上述成膜相为甲基纤维素。

6.根据权利要求1所述的一种铝电解阳极陶瓷基抗氧化涂料，其特征在于，上述水相为去离子水。

7.根据权利要求1所述的一种铝电解阳极陶瓷基抗氧化涂料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

首先按质量比准备各原料，然后将主料、次料、催化相、成膜相、水相在常温下依次加入搅拌釜中，均匀搅拌1～2小时，制得成品涂料。