CN1180679A

CN1180679A - 铝电解槽用抗侵蚀耐火材料

Info

Publication number: CN1180679A
Application number: CN 96120239
Authority: CN
Inventors: 周季楠; 刘旦
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-10-24
Filing date: 1996-10-24
Publication date: 1998-05-06
Anticipated expiration: 2016-10-24
Also published as: CN1072624C

Abstract

本发明涉及一种铝电解槽用抗侵蚀耐火材料,其特征在于:此种耐火材料的化学组分为SiO₂58～70%,Al₂O₃20～34%,Fe₂O₃3～7%,CaO+MgO+K₂O+Na₂O3～5%,此种成分在接触到铝电解槽中的Na、NaF、冰晶石成分时会形成一层表面釉化层,能阻止电解液向内层渗透,以延长电解槽的使用寿命。

Description

铝电解槽用抗侵蚀耐火材料

本发明涉及一种铝电解槽用抗侵蚀耐火衬里，用于铝电解槽耐火材料，属于耐侵蚀和耐火材料技术领域。

传统的铝电解槽如附图1所示，图中中心线左侧表示传统电解槽结构，有石墨层(1)，用石墨块砌成，作为电解槽的阴极，耐火材料衬里层(2)，是由几层铝硅质耐火砖砌成，还有隔热砖层(3)和电解槽外壳体(4)，由石墨电极，阴极(1)和阳极(7)通电加热，电解槽中的电解液(6)为冰晶石和Na，NaF和熔融铝液，当温度在700℃以上时，由于Na、NaF从石墨块(1)砌缝中或石墨的气孔中进入耐火材料衬里层(5)和耐火材料化合形成钠霞石等矿物而产生体积膨胀，导致耐火材料结构破坏，Na、NaF、冰晶石熔体还会进一步渗透到隔热层，在隔热层中沉积，从而使隔热层的热阻减小，使电解槽的阴极石墨块因冰晶石的凝固，膨胀而损坏，使冰晶石大量流失。

为解决以上问题，国外资料报导，有两种改进措施，其一是采用阻挡层与隔热性能好的隔热材料。加拿大Allaire等的研究结果表明，当阻挡材料的Al₂O₃/SiO₂(重量比)大于0.9时，可将Na与NaF的渗透抑制住，但未讲到最终效果，澳大利亚C.C，crozier研究出一种特殊低水泥高铝浇注料，其Al₂O₃67.5％，SiO₂20.6％，Fe₂O₃7.3％，体积密度2.7g/cm²，110℃干燥后抗折强度为11MPa，用这种浇注材料制成厚度为115mm的阻挡层，使用550天后，对残砖进行扫描分析，结果说明，Na和NaF已被阻挡层抑制住，另一措施是采用钙长石(CAS₂)干粉作阻挡层，以阻止Na与NaF渗入隔热层(耐火材料杂志1996年No.1，P46～49页)，未见有使用效果方面报导。

本发明的目的在于研制一种新的抗Na、NaF、冰晶石浸蚀的耐火材料，此种耐火材料的成分使其与Na、NaF、冰晶石蒸气或液体接触时，在表面急速形成一层釉面层，阻止Na、NaF、冰晶石蒸汽或液相继续向下渗透，同时，为避免定形耐火材料经长期使用的裂纹问题，故采用干式捣打材料。

为达到上述发明目的，本发明采用耐火材料的化学组成如下：

SiO₂ 58～70％(重量％)

Al₂O₃ 20～34％(重量％)

Fe₂O₃ 3～7％ (重量％)

CaO+MgO+K₂O+Na₂O₃～5％(重量％)

以上的耐火材料捣打料是由骨料和基质料按骨料∶基质料＝80～90％∶10～20％的比例充分混合，捣打而成。骨料采用煅烧的高硅粘土熟料或用碎陶瓷块或煅烧后的叶腊石合成的高硅粘土熟料构成，其颗粒度小于5mm。

基质料是耐火材料捣打料中的细粉部分，由高硅质耐火粘土熟料或高硅含量的废陶瓷块或煅烧叶腊石合成的高硅粘土熟料，加入调整成份的含CaO、MgO、Fe₂O₃、K₂O、Na₂O的混合物或单组份，均匀混合而成。其颗粒度小于0.1mm，其作用是将颗粒状的骨料结合成致密体，基质料的成分根据骨料成分进行调整，使材料的化学组成在上述要求范围之内。将骨料和基质料混合均匀，现场施工，捣打至要求的厚度，成型后的捣打料体积密度为1.8～1.9克/cm³。

采用本发明的耐火材料捣打料作铝电解槽的衬里，能延长电解槽的使用寿命，与传统耐火材料比较，传统的定形耐火材料电解槽可使用3～5年，使用本发明的耐火材料干式捣打料，电解槽的使用寿命可延长使用到5～7年，并能节省冰晶石等电解液的消耗，节能，减少筑炉，维修等费用，经济效果非常显著。

附图说明：

图1为铝电解槽的结构示意图，图左侧为现有技术，图右侧为本发明

图2为实施例2中传统电解槽用耐火材料被电解液浸蚀后的情况

图3为实施例2中本发明电解槽用干式耐火材料捣打料和电解液接触后的情况

图4为实施例2中SiO₂含量超出70％(77.7％)时被电解液浸蚀后的情况

图5为实施例2中SiO₂含量低于58％(53％)时被电解液浸蚀后的情况

图2～图5为耐火材料的断面图

实施例1

高硅粘土熟料的骨料、粒径＜5mm

化学成分 SiO₂ 66.35％(重量)

Al₂O₃ 24.17％

Fe₂O₃ 1.08％

CaO+MgO+K₂O+Na₂O＝3.5％

基质料，粒径＜0.1mm

化学成分 SiO₂ 39.4％

Al₂O₃ 18.6％

Fe₂O₃ 27.7％

CaO+MgP+K₂O+Na₂O＝10.23％

烧失量 3.05％

TiO₂ 1.03％

骨料∶基质料＝83.3∶16.7

混合料化学成分：

SiO₂ 55.27％+6.57％＝61.84％

Al₂O₃ 20.1 3％+3.11％＝23.24％

Fe₂O₃ 0.9％+4.63％＝5.53％

CaO+MgO+K₂O+Na₂O＝2.92％+1.73％＝4.65％

混合均匀，干式捣打成型至要求厚度，体积密度为1.8～19克/cm³。

实施例2

①用传统电解槽用耐火砖，②用本发明配方范围配制干式捣打料Al₂O₃22.17％，SiO₂65.72％，其它12.63％，③用SiO₂含量超过本发明配方范围SiO₂70％的干式捣打料(SiO₂ 77.72％)，④用SiO₂含量低于本发明配方范围SiO₂ 58％(SiO₂53％)的干式捣打料制成同样尺寸的园柱4个，配制电解液侵蚀剂，冰晶石62.5％，NaF37.5％，压制成园饼(4克)在制成的4个园柱形试样上各放置一块4克的侵蚀剂，将上面放有侵蚀剂的园柱形试体放在电炉中以950℃保温2小时后，取出凉置至室温，将4园柱切开观察断面如图2～5所示，试样1，3，4电解液明显下渗，而试样2则滞留在表而、表面形成一薄层反应层，约1～3mm，而内部仍与原状态相同，说明如果按本发明配方范围配制干式耐火材料捣打料，在捣打料和侵蚀剂之间能形成一层釉质隔离层，能防止侵蚀剂向下渗透。

Claims

1.一种铝电解槽用抗侵蚀耐火材料，其特征在于：

此耐火材料的化学组成为

SiO₂ 58～70％(重量％)

Al₂O₃ 20～34％(重量％)

Fe₂O₃ 3～7％ (重量％)

CaO+MgO+K₂ONa₂O 3～5％(重量％)

2.根据权利要求1所述的铝电解槽用抗侵蚀耐火材料，其特征在于所述耐火材料是一种干式捣打材料，由煅烧的高硅质耐火粘土熟料或具有高硅含量的废陶瓷块或煅烧叶腊石合成的高硅粘土熟料为骨料，并配入起调整成分作用的基质料，经充分混合捣打而成。

3.根据权利2所述的铝电解槽用抗侵蚀耐火材料，其特征在于所述骨料的颗粒度小于5mm，基质料的颗粒度小于0.1mm，骨料和基质料的配合比例为80～90∶10～20，捣打后的体积密度为1.8～1.9克/cm³。

4.根据权利要求1和3中所述的铝电解槽用抗侵蚀耐火材料，其特征在于所述基质料由高硅质耐火粘土熟料或高硅含量的废陶瓷块或煅烧叶腊石合成的高硅粘土熟料，加入调整成份的含CaO、MgO、Fe₂O₃、K₂O、Na₂O的混合物或单组份，经球磨机磨成细粉，使通过0.1mm的筛。