CN1621565A - 用于铝电解的改性预焙炭阳极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及有色冶金中的铝电解，特别是预焙铝电解生产中的炭阳极，其特征在于：预焙炭阳极中的添加剂含量(重量百分比)是：0.8－1.8％，其中AlF3占整个添加剂组分的40－60％(重量百分比)，MgAl2O4占30－40％(重量百分比)；将改性预焙阳极生块置于焙烧炉中焙烧，在阳极焙烧的同时完成添加剂的合成，即制备成改性预焙阳极，本发明改善了阳极的化学和电化学性能，使阳极在工作过程中达到降低电耗与炭耗、提高铝电解电流效率、减少了电解过程中氟化铝添加量，稳定了电解操作。

Description

用于铝电解的改性预焙炭阳极及其制备方法
技术领域：
本发明涉及有色冶金中的铝电解，特别是预焙铝电解生产中的炭阳极。
背景技术描述：
铝电解槽上的阳极在电解过程中的性能直接影响到铝电解的能耗、炭耗及电流效率。已有技术自焙铝电解槽研究的阳极糊添加剂，还有的是直接将改性添加剂加入到自焙槽电解质中的；对于预焙阳极铝电解槽，只是围绕改善铝电解阳极电化学性能进行研究。
发明内容：
本发明的目的是：改善阳极的化学和电化学性能，使阳极在工作过程中达到降低电耗与炭耗、提高铝电解电流效率、减少电解过程中氟化铝添加量，稳定电解操作。
本发明技术方案是：将添加剂原料、铝、镁、氟、氧化合物按要求称量并与炭阳极骨料均匀混合，利用阳极焙烧的温度使阳极在焙烧过程中完成复合添加剂的合成反应，制备成改性预焙阳极，其特征在于：
①将复合添加剂原料充分混匀：1～2小时。
②将混匀的添加剂原料与炭阳极骨料混合并预热，控制连续式预热；螺旋出口温度：140-160℃。
③将添加剂原料与炭阳极骨料的混合料进行混捏，同时加入溶化沥青，控制混捏机(锅)热媒进口温度：200-230℃；混料温度：180-200℃；混捏时间：2～3小时。
④将混合均匀料加入成型机中压制成型，改性预焙阳极生块；
⑤将改性预焙阳极生块置于焙烧炉中焙烧，在阳极焙烧的同时完成添加剂的合成，即制备成改性预焙阳极，焙烧工艺参数如下：
焙烧温度：1150-1250℃，焙烧时间(从入炉到出炉)：450-480小时。
所述改性预焙阳极含有Al、Mg、F、O四种主含元素，其首先是以AlF3、MgO(或者Mg(OH)2)、Al(OH)3(或者Al2O3)为添加剂加入炭阳极中，经阳极高温焙烧后这些原始组分发生系列化学反应，最终它们在阳极中以MgAl2O4和AlF3的形式存在，这就是改性预焙阳极的主体组分。
本发明预焙炭阳极中的添加剂含量(重量百分比)是：0.8-1.8％，其中AlF3占整个添加剂组分的40-60％(重量百分比)，MgAl2O4占30-40％(重量百分比)；
若制备一吨改性预焙阳极，其添加剂配比范围如下：
AlF3配料量：4-12Kg/吨阳极；
MgO配料量：0.34-0.84Kg/吨阳极，或者Mg(OH)2配料量：0.493-1.218吨；
Al(OH)3配料量：1.4-3.25Kg/吨阳极，或者Al2O3配料量：1.831-4.25吨。
发明的优点和积极效果：
1.改性预焙阳极物化性能和电化学性能好，具有显著的增产和节能降耗效果；平均降低炭耗11.6Kg/吨铝，平均降低电耗106.1Kwh/吨铝，平均电流效率提高0.72％。
表1是本发明的改性预焙阳极使用的性能指标，并将其与目前使用的阳极(称其为对比阳极)进行了比较。
表1改性预焙阳极与对比阳极化学性能检测表
Figure A20031011058400061
另外，对工业制备的改性预焙阳极进行了电化学性能测试，从改性预焙阳极与对比阳极过电压η与电流密度i对数的关系图可以看出：当阳极电流密度为1A/cm2时，改性预焙阳极的过电压比对比阳极平均降低52mV左右，这表明改性预焙阳极有良好的降低阳极过电压的作用。
2.添加剂的适用范围广，不受槽型、槽况和生产规模的限制，具有广泛的推广应用前景。
在160KA大型预焙铝电解槽和75KA小型预焙铝电解槽上使用本发明，均取得了良好的实施效果，使用该类复合添加剂的改性预焙阳极与对比阳极相比，平均降低炭耗11.6Kg/吨铝，平均降低电耗106.1Kwh/吨铝，平均电流效率提高0.72％。
3.阳极改性的效果因在焙烧中抑制了添加剂组分的挥发而得以保证。
在添加剂合成过程中，由于Al(OH)3(或者是Mg(OH)2)的熔化包覆AlF3以及部分AlF3与MgO(或者是Mg(OH)2)反应均可达到固氟的作用，故减少甚至避免了氟的挥发，确保了阳极的改性效果。
4.添加剂成本低，原料来源广泛；
所用的原料AlF3、MgO(或Mg(OH)2)和Al(OH)3(或Al2O3)均是工业纯产品，没有任何特殊要求。
具体实施方式：
实施例1：以160KA大型预焙铝电解槽改性预焙阳极的制备为例，具体实施步骤和工艺参数如下：
1.复合添加剂配方计算
160KA大型预焙铝电解槽阳极炭块(生块)重约780Kg/块，制备的改性预焙阳极中复合添加剂的含量按1.5％(重量百分比)计算，复合添加剂中按AlF3占60％、MgAl2O4占40％计算，则：
每块阳极所需要配制添加剂量为：780×0.015＝11.70Kg/块阳极
其中：AlF3量为：11.7×0.6＝7.02Kg；MgAl2O4量为：11.7×0.4＝4.68Kg。
按反应方程式
          计算，即得原料MgO和Al(OH)3的各自所需量：
所需MgO量为：(4.68×40)/142＝1.318Kg
所需Al(OH)3量为：(4.68×156)/142＝5.141Kg
按反应方程式
          计算，即得原料Mg(OH)2和Al2O3的各自所需量：
所需Mg(OH)2量为：(4.68×58)/142＝1.912Kg
所需Al2O3量为：(4.68×102)/142＝3.362Kg
同样的计算方法，若制备的改性阳极中的复合添加剂含量按0.8％、1.2％、1.8％(重量百分比)计算，则所需的原料量列于表2。
表2改性阳极中不同添加剂含量所需原料量
添加剂在阳极中含量(wt％) 所需添加剂量(Kg/块阳极)  AlF3量(Kg)     MgAl2O4量(Kg)
  总量   MgO/Mg(OH)2   Al(OH)3/Al2O3
    0.8     6.240   3.744   2.496   0.703/1.019   2.742/1.793
    1.2     9.360   5.616   3.744   1.055/1.529   4.113/2.689
    1.5     11.700   7.020   4.680   1.318/1.912   5.141/3.362
    1.8     14.040   8.424   5.616   1.582/2.294   6.170/4.034
2.改性预焙阳极的制备方法：
①将复合添加剂原料充分混匀所用设备及工艺参数如下：
设备：干式混料机；混料时间：1～2小时左右。
②将混匀的添加剂原料与炭阳极骨料混合并预热，所用设备及工艺参数如下：
设备：连续式预热螺旋；螺旋出口温度：140-160℃。
③将添加剂原料与炭阳极骨料的混合料进行混捏，同时加入溶化沥青，所用设备及工艺参数如下：
设备：连续式混捏机或间歇式混捏锅；混捏机(锅)热媒进口温度：200-230℃；
温度：180-200℃；混捏时间：2小时。
④将混合均匀料加入成型机中压制成型，即得改性预焙阳极生块；
⑤将改性预焙阳极生块置于焙烧炉中焙烧，在阳极焙烧的同时完成添加剂的合成，即制备成改性预焙阳极，焙烧工艺参数如下：
焙烧温度：1150-1250℃，焙烧时间(从入炉到出炉)：450-480小时。
3.改性预焙阳极指标考核
将制备的700多块预焙改性预焙阳极上槽进行电解试验，利用残极称重法考核试验槽和对比槽的阳极炭耗，利用气体分析法和产铝重量法相结合的方式考核试验槽和对比槽的电流效率，利用车间统计的平均槽电压值和电流效率值进行能耗计算。工业生产统计结果表明：使用该类复合添加剂的改性预焙阳极与对比阳极相比，平均降低炭耗11.6Kg/吨铝，平均降低电耗106.1Kwh/吨铝，平均电流效率提高0.72％。

Claims (4)

1.用于铝电解的改性预焙炭阳极的制备方法，其特征是：将添加剂原料、铝、镁、氟、氧化合物按要求称量并与炭阳极骨料均匀混合，利用阳极焙烧的温度使阳极在焙烧过程中完成复合添加剂的合成反应，制备成改性预焙阳极。
2.根据权利要求1所述的用于铝电解的改性预焙炭阳极的制备方法，其特征是：
①将复合添加剂原料充分混匀：1～2小时。
②将混匀的添加剂原料与炭阳极骨料混合并预热，控制连续式预热；螺旋出口温度：140-160℃。
③将添加剂原料与炭阳极骨料的混合料进行混捏，同时加入溶化沥青，控制混捏机(锅)热媒进口温度：200-230℃；混料温度：180-200℃；混捏时间：2～3小时。
④将混合均匀料加入成型机中压制成型，改性预焙阳极生块；
⑤将改性预焙阳极生块置于焙烧炉中焙烧，在阳极焙烧的同时完成添加剂的合成，即制备成改性预焙阳极，焙烧工艺参数如下：
焙烧温度：1150-1250℃，焙烧时间(从入炉到出炉)：450-480小时。
3.用于铝电解的改性预焙炭阳极，其特征在于：所述的添加剂含量(重量百分比)是：0.8-1.8％，其中AlF3占整个添加剂组分的40-60％(重量百分比)，MgAl2O4占30-40％(重量百分比)；
4.根据权利要求3所述的用于铝电解的改性预焙炭阳极，其特征在于：所述的添加剂配比如下：
AlF3配料量：4-12Kg/吨阳极；
MgO配料量：0.34-0.84Kg/吨阳极，或者Mg(OH)2配料量：0.493-1.218吨；
Al(OH)3配料量：1.4-3.25Kg/吨阳极，或者Al2O3配料量：1.831-4.25吨。
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