CN1280451C - 铝电解用碳素阳极的抗氧化方法、抗氧化层及其涂覆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在预焙阳极表面涂覆抗氧化层的预焙铝电解槽碳素阳极的抗氧化方法。本发明还涉及该方法所使用的抗氧化涂层，它是以氧化铝溶胶为主要连续相，以高温抗氧化剂氧化铝、氟化铝为主要分散相的复合涂层，其配方为(以重量份计)：5～60以固含量计的氧化铝溶胶，粒径小于165μm的Al2O3粉末16～35，粒径小于165μm的氧化硼粉末1～3。由于氧化铝溶胶在高温下结膜，与抗氧化剂Al2O3、AlF3、B2O3等粉末形成致密的抗氧化涂层，阻挡了O2、CO2对阳极碳块的氧化，从而减少了碳耗，节约了原铝的生产成本。本发明还公开了上述抗氧化涂层的涂覆方法，即多次喷涂法。
Description
(一)技术领域：
本发明涉及熔盐铝电解领域，特别涉及一种用于预焙铝电解槽碳素阳极的抗氧化方法，本发明还涉及该方法所使用的抗氧化层，及该抗氧化层的涂覆方法。
(二)背景技术：
时至今日，Hall-Heroult熔盐电解法仍是工业炼铝的唯一方法。该方法是将AL2O3熔解在以冰晶石(Na3AlF6)为主要成分的高温熔盐中，在直流电的作用下发生电化学反应，含氧络合离子在阳极放电并氧化碳素阳极放出CO2，含铝络合离子在阴极放电得到熔融金属铝。在生产过程中，除了需要AL2O3和电能外，还需要消耗大量的优质碳素材料。阳极碳耗直接影响原铝生产成本，因此，降低碳耗具有很大的实际意义。尤其是，预焙铝电解槽已成为熔盐电解法炼铝的主流，减少预焙铝电解槽的阳极碳耗，降低生产成本，更是铝工业界关注的重点问题。
阳极碳消耗主要包括电化学反应，布多尔反应(二氧化碳氧化反应)，空气氧化反应和阳极掉渣等方面的消耗，实际生产中，通常预焙阳极碳耗量约为500kg/t-Al，而理论碳耗(理论电化学反应碳耗)仅为334kg/t-Al，如果考虑电流效率(大型预焙铝电解槽的电流效率为93％左右)的因素，碳耗也只有359kg/t-Al。实际生产中有相当一部碳为布多尔反应，空气氧化反应和阳极掉渣等方面所消耗，因此，通过节约阳极碳耗来降低原铝生产成本，存在很大的空间。
(三)发明内容：
本发明将公开一种可减少布多尔反应和空气氧化反应所引起的预焙阳极碳耗的电解槽碳素阳极的抗氧化方法；本发明还将公开该方法使用的抗氧化层和该抗氧化层的涂覆方法。
本发明所述的铝电解用碳素阳极的抗氧化方法是采用在预焙阳极表面设置抗氧化层，较好的方法是以涂覆的方法涂覆抗氧化涂层，其中最好是以喷涂的方式喷涂抗氧化涂层。为保证铝的纯度，该抗氧化层最好是以氧化铝溶胶为主要连续相，以高温抗氧化剂氧化铝、氟化铝为主要分散相的抗氧化复合抗氧化层。该抗氧化层中一般含有下述成份(以重量份计)，5～60以固含量计的氧化铝溶胶，粒径小于165μm的Al2O3粉末10～35；粒径小于165μm的氧化硼粉末1～3。
上述抗氧化层中最好还含有5～20重量份的粒径小于10μm的Al2O3粉末。
上述抗氧化层更进一步的改进是其中还含有以重量份计的下述成份：
粒径小于74μm的Al2O3粉末30，和/或粒径小于74μm的Li2CO3粉末0.5～1，和/或粒径小于74μm的氧化硼粉末0.5～3，和/或0～10以固含量计的聚乙烯醇溶液。
由于氧化铝溶胶在高温下结膜，与抗氧化剂Al2O3、AlF3、B2O3等粉末形成致密的抗氧化层，阻挡了O2、CO2对阳极碳块的氧化，从而减少了碳耗。
上述抗氧化层可以是预制好后再使其附着于预焙阳极碳块除底面以外的其它所有表面，也可以是将按比例称量好的原料混合均匀制备成涂层浆料，然后涂覆于预焙阳极碳块除底面以外的其它所有表面；其涂覆方法可以是现有涂覆方法中的任何一种，但最好是采用喷涂工艺；将涂层浆料均匀地喷涂于预焙阳极碳块除底面以外的其它表面，喷涂最好采用多次喷涂，直至完全覆盖为止。喷涂次数一般为1～5次，最好为3次，每次喷涂完后，待其自然干燥后进行下一次喷涂，最后待其自然干燥即可。
由于本发明提高了预焙阳极碳块的抗氧化能力，降低了阳极碳耗，从而节约了原铝的生产成本。
(四)具体实施方式：
实施例1
1)、制备原材料
(1)称取质量百分比浓度为15％的氧化铝溶胶35克；
(2)将Al2O3铝粉末，过100目筛，得粒径小于165μm的Al2O3铝粉末，称取32克待用；
(3)将Al2O3铝粉末，过2000目筛，得粒径小于10μm的Al2O3铝粉末，称取22克待用；
(4)将AlF3粉末，过200目筛，得粒径小于74μm的AlF3粉末，称取1克待用；
(5)将Li2CO3粉末，过200目筛，得粒径小于74μm的Li2CO3粉末，称取0.5克待用；
(6)将氮化硼粉末，过200目筛，得粒径小于74μm氮化硼粉末，称取0.5克待用；
(7)将氧化硼粉末，过100目筛，得粒径小于165μm的氧化硼粉末，称取2克待用；
(8)称取质量百分比浓度为20％的聚乙烯醇溶液7克；
2)、将原材料在室温下均匀混合，制成涂层浆料；
3)、将制好后的涂层浆料喷涂于90mm×80mm×80mm规格的预焙阳极碳块上、侧表面，连续喷涂3遍；
4)、放置12h，待其自然干燥，更换上槽；
5)、按照正常铝电解工艺将涂层阳极更换上槽可节约阳极碳耗49kg/t-Al。
实施例2
1)制备原材料
(1)称取质量百分比浓度为15％的氧化铝溶胶，40克；
(2)将Al2O3铝粉末，过100目筛，得粒径小于165μm的Al2O3铝粉末，称取40克待用；
(3)将Al2O3铝粉末，过2000目筛，得粒径小于10μm的Al2O3铝粉末，称取10克待用；
(4)将AlF3粉末，过200目筛，得粒径小于74μm的AlF3铝粉末，称取0.5克待用；
(5)将Li2CO3粉末，过200目筛，得粒径小于74μmLi2CO3粉末，称取0.5克待用；
(6)将氮化硼粉末，过200目筛，得粒径小于74μm的氮化硼粉末，称取0.5克待用；
(7)将氧化硼粉末，过100目筛，得粒径小于165μm氧化硼粉末，称取1克待用；
(8)称取质量百分比浓度为20％的聚乙烯醇溶液5克；
2)、将上述原材料在室温下均匀混合，制成涂层浆料；
3)、将制好后的涂层浆料喷涂于预焙阳极碳块上、侧表面，连续喷涂4遍；
4)、放置10h，待其自然干燥，更换上槽；
5)、按照正常铝电解工艺生产，节约阳极碳耗42kg/t-Al。
Claims (14)
1、铝电解用碳素阳极的抗氧化方法，是在预焙阳极表面设置抗氧化层，其特征在于：所述抗氧化层是以氧化铝溶胶为主要连续相，以高温抗氧化剂氧化铝、氟化铝为主要分散相的复合涂层。
2、根据权利要求1所述的铝电解用碳素阳极的抗氧化方法，其特征在于所述抗氧化层中含有以重量份计的下述成份：5～60以固含量计的氧化铝溶胶，粒径小于165μm的Al2O3粉末16～35，粒径小于165μm的氧化硼粉末1～3。
3、根据权利要求2所述的铝电解用碳素阳极的抗氧化方法，其特征在于：所述抗氧化层中还含有5～20重量份的，粒径小于10μm的Al2O3粉末。
4、根据权利要求3所述的铝电解用碳素阳极的抗氧化方法，其特征在于所述抗氧化层中还含有以重量份计的下述成份：粒径小于74μm的AlF3粉末0～30；和/或粒径小于74μm的Li2CO3粉末0.5～1，和/或粒径小于74μm的氧化硼粉末0.5～3；和/或0～10以固含量计的聚乙烯醇溶液。
5、根据权利要求1所述的铝电解用碳素阳极的抗氧化方法，其特征在于：是在预焙碳素阳极表面涂覆抗氧化涂层。
6、根据权利要求5所述的铝电解用碳素阳极的抗氧化方法，其特征在于：涂覆次数为3～4次。
7、铝电解用碳素阳极抗氧化层，其特征在于：它是以氧化铝溶胶为主要连续相，以高温抗氧化剂氧化铝、氟化铝为主要分散相的复合涂层。
8、根据权利要求7所述的铝电解用碳素阳极抗氧化层，其特征在于其中含有以重量份计的下述成份：5～60以固含量计的氧化铝溶胶，粒径小于165μm的Al2O3粉末16～35，粒径小于165μm的氧化硼粉末1～3。
9、根据权利要求8所述的铝电解用碳素阳极抗氧化层，其特征在于：其中还含有5～20重量份的，粒径小于10μm的Al2O3粉末。
10、根据权利要求9所述的铝电解用碳素阳极抗氧化层，其特征在于其中还含有以重量份计的下述成份：粒径小于74μm的AlF3粉末0～30；和/或粒径小于74μm的Li2CO3粉末0.5～1，和/或粒径小于74μm的氧化硼粉末0.5～3；和/或0～10以固含量计的聚乙烯醇溶液。
11、铝电解用碳素阳极抗氧化层的涂覆方法：
1)按配方称取原料，所述配方含有以重量份计的下述成分：
5～60以固含量计的氧化铝溶胶，粒径小于165μm的Al2O3粉末16～35，粒径小于165μm的氧化硼粉末1～3；
2)在常温下将称取的原料混合均匀制备成涂层浆料；
3)将浆料喷覆于预熔阳极碳块除底面以外的其它所有表面；
4)涂覆次数为2次以上，直至完全覆盖为止；
5)放置，待其自然干燥。
12、根据权利要求11所述的铝电解用碳素阳极抗氧化层的涂覆方法，其特征在于：所述配方中还含有5～20重量份的，粒径小于10μm的Al2O3粉末。
13、根据权利要求12所述的铝电解用碳素阳极抗氧化层的涂覆方法，其特征在于所述配方中还含有以重量份计的下述成份：粒径小于74μm的AlF3粉末0～30；和/或粒径小于74μm的Li2CO3粉末0.5～1，和/或粒径小于74μm的氧化硼粉末0.5～3；和/或0～10以固含量计的聚乙烯醇溶液。
14、根据权利要求11所述的铝电解用碳素阳极抗氧化层的涂覆方法，其特征在于：涂覆次数为3～4次。
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