RU2682732C1 - Способ изготовления катодного блока для алюминиевого электролизера - Google Patents
Способ изготовления катодного блока для алюминиевого электролизера Download PDFInfo
- Publication number
- RU2682732C1 RU2682732C1 RU2018104610A RU2018104610A RU2682732C1 RU 2682732 C1 RU2682732 C1 RU 2682732C1 RU 2018104610 A RU2018104610 A RU 2018104610A RU 2018104610 A RU2018104610 A RU 2018104610A RU 2682732 C1 RU2682732 C1 RU 2682732C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- hours
- workpiece
- carbonization
- preparation
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 12
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 12
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 22
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N anthracen-1-ylmethanolate Chemical compound C1=CC=C2C=C3C(C[O-])=CC=CC3=CC2=C1 RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000003830 anthracite Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 15
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011294 coal tar pitch Substances 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 241001602876 Nata Species 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 15
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 8
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 abstract description 4
- 230000035515 penetration Effects 0.000 abstract description 4
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 abstract description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 abstract 1
- 239000011280 coal tar Substances 0.000 abstract 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 abstract 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 11
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 4
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 2
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 2
- FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N lithium oxide Chemical compound [Li+].[Li+].[O-2] FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001947 lithium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 2
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 TiB 2 Chemical compound 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000012850 fabricated material Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 229910021450 lithium metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к изготовлению катодного блока для алюминиевого электролизера. Способ включает подготовку исходных материалов, формование заготовки, ее карбонизацию, графитацию и охлаждение с получением катодного блока. Подготовка исходных материалов включает прокалку антрацита и нефтяного кокса в электрокальцинаторе при температуре от 1200 до 1300°С в течение от 2 до 3 ч и перемешивание полученного продукта с искусственным графитом, каменноугольным пеком и модифицирующей добавкой в количестве от 2,5 до 6,0 мас. %, состоящей из смеси карбоната лития и кристаллического кремния при их массовом соотношении 4:1. Карбонизацию заготовки ведут в кольцевой печи с газовым обогревом при температуре в газовой среде не ниже 1100°С в течение от 2 до 3 ч. Графитацию заготовки ведут в печи прямого нагрева путем нагрева заготовки до температуры от 2800 до 3000°С в течение от 2 до 3 ч. Обеспечивается снижение степени абразивного износа поверхности катодного блока, увеличение стойкости к адсорбции электролита и проникновения натрия, снижение расхода электроэнергии, увеличение срока службы и производительности электролизера. 1 табл., 7 пр.
Description
Изобретение относится к производству углеграфитовых материалов, в частности к получению катодных блоков и секций, применяемых для футеровки углеграфитовой подины алюминиевого электролизера.
Известен способ изготовления катодного блока для алюминиевого электролизера (патент РФ №2556192, опубл. 10.07.2015), который включает заготовку исходных материалов, содержащих кокс и порошок твердого материала, например, порошок диборида титана TiB2, а также, при необходимости, углеродсодержащий материал, при перемешивании исходных материалов, формовании катодного блока, карбонизации, графитизации и охлаждении, при этом операцию графитизации проводят при температурах от 2300 до 3000°С, в частности от 2400 до 2900°С, причем второй слой получают с толщиной, составляющей от 10 до 50%, в частности от 15 до 45%, от общей толщины катодного блока. При заданных параметрах обеспечиваются высокая износостойкость подины в отношении расплава алюминия и криолит-глиноземного расплава, а также снижение энергопотребления и удельного расхода электроэнергии.
Недостатком этого способа является использование в качестве добавки TiB2, что приведет к увеличению стоимости монтажных работ и материалов. Способ недостаточно эффективен по причине высокого удельного электрического сопротивления кристаллов TiB2, и наличия в составе исходных материалов, которое приведет к перерасходу электроэнергии из-за перепада напряжения между слоями при их отслоении от поверхности углеграфитовых частиц катодного блока.
Известен способ изготовления катодного блока для алюминиевого электролизера (патент РФ №2533066, опубл. 20.11.2015), в котором катодный блок содержит слой композита, состоящий из графита и твердого материала, такого как TiB2, который присутствует в одномодовом гранулометрическим составом, при этом d50 составляет между 10 и 20 мкм, в частности между 12 и 18 мкм, преимущественно между 14 и 16 мкм. Реализованный способ изготовления катодного блока с указанными характеристиками обеспечивает повышение износостойкости катодного блока и простоты его изготовления.
Недостатком данного способа является высокая стоимость используемых материалов, а именно TiB2, а также низкий срок службы защитного покрытия из-за неудовлетворительной адгезии на поверхности катодного угольного блока и несоответствия поверхностных свойств частиц диборида титана и углеграфитовых частиц.
Известен способ получения графитированного материала с повышенной абразивной стойкостью (патент РФ №2443623, опубл. 27.02.2012), в котором осуществляют приготовление шихты, содержащей 15-25 мас. % термоантрацита с крупностью частиц 2-10 мм и коксовый наполнитель. В начале смешивают упомянутую шихту с пековым связующим, затем формируют из полученной смеси заготовку. Далее заготовку обжигают и термообрабатывают. Получают материал с повышенной абразивной стойкостью, структура которого состоит из графитированной матрицы и неграфитированных частиц термоантрацита.
Недостатком этого способа является неравномерность распределения структуры в объеме изготовленного материала, что приводит к анизотропии свойств, когда при эксплуатации катодного устройства могут наблюдаться локальные перегревы, создающие условия для последующих разрушений и адсорбции электролита в глубину слоев футеровки.
Известен способ получения катодного блока для электролизера для получения алюминия (патент РФ №2568542, опубл. 20.11.2015), принятый за прототип, который включает подготовку исходных материалов, содержащих два сорта кокса с различными характеристиками изменения объема, формование катодного блока, карбонизацию, графитизацию и охлаждение, во время которых в одном и том же температурном диапазоне первый сорт кокса имеет более сильные усадку и расширение, чем второй сорт кокса.
Недостатком прототипа является большая вероятность образования пустот в теле катодного блока из-за различий усадочных свойств и неравномерного распределения применяемых коксов, что обусловливает низкие прочностные свойства готовых катодных блоков.
Техническим результатом изобретения является получение катодного блока для алюминиевого электролизера, обладающего меньшей пористостью, высокой плотностью, большими прочностными свойствами, стойкостью к проникновению натрия, а также снижение расхода электроэнергии за счет уменьшения удельного электросопротивления катодного блока.
Технический результат достигается тем, что подготовка исходных материалов включает прокалку антрацита и нефтяного кокса в электрокальцинаторе при температуре от 1200 до 1300°С в течении от 2 до 3 часов, перемешивание полученного продукта с искусственным графитом, каменноугольным пеком и модифицирующей добавкой в количестве от 2,5 до 6,0 масс %, состоящей из смеси карбоната лития и кристаллического кремния при их массовом соотношении 4:1, при этом карбонизацию заготовки ведут в кольцевой печи с газовым обогревом при температуре в газовой среде не ниже 1100°С в течении от 2 до 3 часов, а графитацию заготовки ведут в печи прямого нагрева путем нагрева заготовки до температуры от 2800 до 3000°С с продолжительностью от 2 до 3 часов.
Способ реализуется следующим образом. На первой стадии подготавливаются исходные материалы. Для подготовки шихты из исходных материалов применят смесительное оборудование. В качестве исходных материалов используются антрацит, нефтяной кокс, искусственный графит, каменноугольный пек и модифицирующая добавка в количестве от 2,5 до 6,0 мас. %, состоящей из смеси карбоната лития и кристаллического кремния при массовом соотношении 4:1. Предварительно осуществляется прокалка антрацита и нефтяного кокса в электрокальцинаторах при температуре от 1200 до 1300°С в течение от 2 до 3 часов с целью удаления влаги и летучих веществ, максимального уплотнения вещества, относительной стабилизации усадки материала, увеличения механической прочности, электропроводности. В смесительное оборудование добавляют прокаленный антрацит и нефтяной кокс, искусственный графит, каменноугольный пек, предварительно нагретый до температуры от 110 до 120°С. Затем в полученную смесь добавляют модифицирующую добавку и перемешивают в течение от 2 до 3 часов до получения однородной массы. На следующей стадии формования катодного блока полученная смесь автоматическими тележками для дозировки и подогревателями шихты загружается в оборудование для вибропрессования заготовок. Вибропрессование осуществляется при поддержании температуры от 100 до 110°С в течении часа. На стадии карбонизации спрессованные заготовки подвергаются обжигу в 32-х камерных кольцевых печах закрытого типа с газовым обогревом при температуре в газовой среде не ниже 1100°С в течении от 2 до 3 часов. Графитация заготовок осуществляется в печах прямого нагрева Кастнера. Процесс графитации производится при нагреве до температуры от 2800 до 3000°С продолжительностью от 2 до 3 часа, и постепенным охлаждением до установления температуры в печи до 500°С.
Использование модифицирующей добавки, состоящей из смеси карбоната лития и кристаллического кремния в массовом соотношении 4:1 при изготовлении катодных блоков объясняется следующим образом. Углеграфитовые материалы имеют свойство образовывать и формировать фазы внедрения при нагреве благодаря их слоистой структуре и протеканию реакции взаимодействия (интеркаляции) в межслоевых пространствах структурных слоев. При применении модифицирующей добавки под действием высоких температур и процесса карбонизации-графитации происходит внедрение атомов лития в кристаллическую решетку графита изменяя структуру и физико-механические свойства углеграфитового катодного блока, поскольку атомы лития из-за своего маленького радиуса, в отличие от других щелочных металлов, способны внедряться в слои и поры углеграфитовых материалов без разрушения кристаллической структуры.
При наличии в исходной шихте модифицирующей добавки карбоната лития и кристаллического кремния, на стадии карбонизации при температуре 900°С и заданном времени выдержки 2-3 часа карбонат лития переходит в оксидную форму Li2O по реакции 1:
При дальнейшем росте температур вплоть до установления температуры карбонизации 1100°С образовавшийся по реакции 1 оксид лития взаимодействует с кристаллическим кремнием по реакции 2, в результате которого образуется металлический литий и оксид кремния.
Для полноты протекания реакции (2) установлено, что на 1 кг Li2CO3 необходимо 0,3 кг Si, то есть Si в 4 раза меньше, чем Li2CO3. Поэтому в качестве модифицирующей добавки используют смесь карбоната лития и кристаллического кремния в соотношении 4:1.
На следующей стадии графитации до установления температуры от 2800 до 3000°С одновременно с процессом упорядочивания и перестроения атомов углерода в структуру графита атомы лития взаимодействуют с узлами решетки графита с образованием устойчивых соединений LiC6, LiC12 и LiC18, при котором изменяется структура и свойства катодных блоков. Оксид кремния, образовавшийся по реакции (2) служит как упрочняющий компонент, повышающий стойкость к абразивному износу поверхности катодных блоков. В результате обеспечивается снижение негативных эффектов, связанных с адсорбцией и проникновением натрия в углеграфитовую футеровку, снижается подверженность к абразивному износу поверхности катодного блока, увеличивается удельный вес материала за счет металлизации и уплотнения структурных графитовых слоев, происходит снижение удельного электросопротивления, так как атомы лития, за счет мостиковых связей между слоями, обеспечивают перенос носителей заряда.
Испытания способа по изготовлению катодного блока для алюминиевого электролизера проводились в лабораторных условиях с параметрами, приближенными к промышленным условиям с использованием специального оборудования. Прокалка антрацита и нефтяного кокса при температуре 1200 до 1300°С в течение от 2 до 3 часов осуществлялась в шахтной печи. Для обеспечения процесса равномерной прокалки с периодичностью раз в 5 минут проводилось перемешивание смеси. Полученная прокаленная смесь антрацита и нефтяного кокса перемешивается в течении от 2 до 3 часов с каменноугольным пеком, предварительно нагретым до температуры от 110 до 120°С, и с модифицирующей добавкой, и далее уплотняется в стальной форме с размерами 80×40×30, закрепленной в вибрационной установке в течении одного часа при одновременном поддержании температуры от 100 до 110°С. Полученная уплотненная заготовка вынимается и помещается в шахтную печь Таммана. На стадии карбонизации образцы обжигаются при температуре не ниже 1100°С в течении от 2 до 3 часов. На стадии графитации после карбонизации брикетов производится нагрев до температуры от 2800 до 3000°С со скоростью 30 град/мин и обжиг при установленной температуре от 2800 до 3000°С в течении от 2 до 3 часов, при этом происходит завершение процесса восстановления оксида лития. На заключительном этапе процесс графитации останавливается, печь отключается, графитизированные образцы охлаждаются естественным остыванием в печи Таммана.
Изменение свойств катодных блоков при реализации способа поясняются примерами.
Пример 1. Для сравнения изготовлен образец катодного блока без применения модифицирующей добавки. Шихтовая смесь подготавливалась в лабораторных условиях с параметрами, приближенными к промышленным условиям с использованием лабораторного оборудования, согласно вышеописанным технологическим операциям. Результаты проведения испытаний представлены в таблице 1.
Пример 2. Также, как и в примере 1. Отличие в том, что на стадии подготовки исходных материалов применяется модифицирующая добавка в количестве 1 мас. %. Результаты проведения испытаний представлены в таблице 1. По сравнению с образцом катодного блока, изготовленного по примеру 1, общая пористость снизилась с 29 до 25%, кажущаяся плотность повысилась с 1,55 до 1,56 г/см3, истинная плотность повысилась с 1,93 до 1,95 г/см3, а удельное электрическое сопротивление повысилось с 25 до 28 мкОм⋅м. Повышение удельного электросопротивления вызвано неполным протеканием процесса интеркалляции лития.
Пример 3. Также, как и в примере 1. Отличие в том, что на стадии подготовки исходных материалов применяется модифицирующая добавка в количестве 2,5 мас. %. Результаты проведения испытаний представлены в таблице 1. По сравнению с образцом катодного блока, изготовленного по примеру 1, общая пористость снизилась с 29 до 24%, кажущаяся плотность повысилась с 1,55 до 1,66 г/см3, истинная плотность повысилась с 1,93 до 2,04 г/см3, а удельное электрическое сопротивление понизилось с 25 до 23 мкОм⋅м.
Пример 4. То же, что и в примере 1. Отличие в том, что на стадии подготовки исходных материалов применяется модифицирующая добавка в количестве 3,5 мас. %. Результаты проведения испытаний представлены в таблице 1. По сравнению с образцом катодного блока, изготовленного по примеру 1, общая пористость снизилась с 29 до 22%, кажущаяся плотность повысилась с 1,55 до 1,65 г/см3, истинная плотность повысилась с 1,93 до 2.04 г/см3, прочность при изгибе повысилась с 8 до 9 МПа, а удельное электрическое сопротивление понизилось с 25 до 20 мкОм⋅м.
Пример 5. То же, что и в примере 1. Отличие в том, что на стадии подготовки исходных материалов применяется модифицирующая добавка в количестве 5 мас. %. Результаты проведения испытаний представлены в таблице 1. По сравнению с образцом катодного блока, изготовленного по примеру 1, общая пористость снизилась с 29 до 21%, кажущаяся плотность повысилась с 1,55 до 1,68 г/см3, истинная плотность повысилась с 1,93 до 2.05 г/см3, прочность при изгибе повысилась с 8 до 11 МПа, а удельное электрическое сопротивление понизилось с 25 до 18 мкОм⋅м.
Пример 6. То же, что и в примере 1. Отличие в том, что на стадии подготовки исходных материалов применяется модифицирующая добавка в количестве 6 мас. %. Результаты проведенных испытаний представлены в таблице 1. По сравнению с образцом катодного блока, изготовленным по примеру 1, общая пористость снизилась с 29 до 20%, кажущаяся плотность повысилась с 1,55 до 1,69 г/см3, истинная плотность увеличилась с 1,93 до 2,08 г/см3, прочность при изгибе повысилась с 8 до 10 МПа, а удельное электрическое сопротивление снизилось с 25 до 17 мкОм⋅м.
Пример 7. Также, как и в примере 1. Отличие состоит в том, что на стадии подготовки исходных материалов применяется модифицирующая добавка в количестве 7,5 мас. %. Результаты проведенных испытаний представлены в таблице 1. По сравнению с образцом катодного блока, изготовленным по примеру 1, общая пористость снизилась с 29 до 16%, кажущаяся плотность повысилась с 1,55 до 1,7 г/см3, истинная плотность повысилась с 1,93 до 2,1 г/см3, прочность при изгибе повысилась с 8 до 9 МПа, а удельное электрическое сопротивление понизилось с 25 до 24 мкОм⋅м. Увеличение содержания модифицирующей добавки с 6,5 до 7,5 мас. %, что приводит к повышение удельного электросопротивления по сравнению с примерами изготовления образцов 3-6, из-за высокого содержания образовавшегося оксида кремния по реакции (2) на стадии карбонизации.
При изучении полученных проб установлено, что образцы катодного блока при использовании модифицирующей добавки, состоящей из смеси карбоната лития и кристаллического кремния в массовом соотношении 4:1 в количестве от 2,5 до 6,0 мас. %, отличаются более высокими физико-техническими характеристиками по сравнению с образцом катодного блока без использования модифицирующей добавки.
Так, например, общая пористость снижается с 29 до 20-24%, кажущаяся плотность повысилась от 1,55 до 1,66-1,69 г/см3, истинная плотность повышается от 1,93 до 2,04-2,08 г/см3, прочность при изгибе увеличивается от 8 до 9-11 МПа, а удельное электрическое сопротивление снижается от 25 до 17-23 мкОм⋅м.
Выход за заявленные пределы содержания модифицирующей добавки не удовлетворяет требуемому техническому результату.
Таким образом, при использовании предлагаемого способа изготовления катодного блока для алюминиевого электролизера снижается степень абразивного износа поверхности катодного блока, увеличивается стойкость к адсорбции электролита и проникновения натрия, происходит снижение расхода электроэнергии за счет уменьшения удельного электросопротивления катодного блока, а также увеличивается срок службы и производительность электролизера, а также повышается сортность первичного алюминия.
Claims (1)
- Способ изготовления катодного блока для алюминиевого электролизера, включающий подготовку исходных материалов, формование заготовки, ее карбонизацию, графитацию и охлаждение с получением катодного блока, отличающийся тем, что подготовка исходных материалов включает прокалку антрацита и нефтяного кокса в электрокальцинаторе при температуре от 1200 до 1300°С в течение от 2 до 3 ч, перемешивание полученного продукта с искусственным графитом, каменноугольным пеком и модифицирующей добавкой в количестве от 2,5 до 6,0 мас.%, состоящей из смеси карбоната лития и кристаллического кремния при их массовом соотношении 4:1, при этом карбонизацию заготовки ведут в кольцевой печи с газовым обогревом при температуре в газовой среде не ниже 1100°С в течение от 2 до 3 ч, а графитацию заготовки ведут в печи прямого нагрева путем нагрева заготовки до температуры от 2800 до 3000°С в течение от 2 до 3 ч.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018104610A RU2682732C1 (ru) | 2018-02-06 | 2018-02-06 | Способ изготовления катодного блока для алюминиевого электролизера |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018104610A RU2682732C1 (ru) | 2018-02-06 | 2018-02-06 | Способ изготовления катодного блока для алюминиевого электролизера |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2682732C1 true RU2682732C1 (ru) | 2019-03-21 |
Family
ID=65858532
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018104610A RU2682732C1 (ru) | 2018-02-06 | 2018-02-06 | Способ изготовления катодного блока для алюминиевого электролизера |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2682732C1 (ru) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4224128A (en) * | 1979-08-17 | 1980-09-23 | Ppg Industries, Inc. | Cathode assembly for electrolytic aluminum reduction cell |
US4308115A (en) * | 1980-08-15 | 1981-12-29 | Aluminum Company Of America | Method of producing aluminum using graphite cathode coated with refractory hard metal |
RU2401885C1 (ru) * | 2009-03-23 | 2010-10-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" | Способ защиты катодного устройства алюминиевого электролизера |
RU2443623C1 (ru) * | 2010-10-14 | 2012-02-27 | Закрытое акционерное общество "Институт новых углеродных материалов и технологий" (ЗАО "ИНУМиТ") | Способ получения графитированного материала с повышенной абразивной стойкостью |
RU2557177C2 (ru) * | 2010-09-30 | 2015-07-20 | Гуанси Цянцян Карбон Ко., Лтд | Графитированное фасонное катодное устройство для получения алюминия и его графитированный замедлительный катодный блок |
RU2568542C2 (ru) * | 2010-07-29 | 2015-11-20 | Сгл Карбон Се | Способ изготовления катодного блока для ячейки алюминиевого электролизера и катодный блок |
RU2586381C2 (ru) * | 2011-02-11 | 2016-06-10 | Сгл Карбон Се | Графитизированный катодный блок с износостойкой поверхностью |
-
2018
- 2018-02-06 RU RU2018104610A patent/RU2682732C1/ru active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4224128A (en) * | 1979-08-17 | 1980-09-23 | Ppg Industries, Inc. | Cathode assembly for electrolytic aluminum reduction cell |
US4308115A (en) * | 1980-08-15 | 1981-12-29 | Aluminum Company Of America | Method of producing aluminum using graphite cathode coated with refractory hard metal |
RU2401885C1 (ru) * | 2009-03-23 | 2010-10-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" | Способ защиты катодного устройства алюминиевого электролизера |
RU2568542C2 (ru) * | 2010-07-29 | 2015-11-20 | Сгл Карбон Се | Способ изготовления катодного блока для ячейки алюминиевого электролизера и катодный блок |
RU2557177C2 (ru) * | 2010-09-30 | 2015-07-20 | Гуанси Цянцян Карбон Ко., Лтд | Графитированное фасонное катодное устройство для получения алюминия и его графитированный замедлительный катодный блок |
RU2443623C1 (ru) * | 2010-10-14 | 2012-02-27 | Закрытое акционерное общество "Институт новых углеродных материалов и технологий" (ЗАО "ИНУМиТ") | Способ получения графитированного материала с повышенной абразивной стойкостью |
RU2586381C2 (ru) * | 2011-02-11 | 2016-06-10 | Сгл Карбон Се | Графитизированный катодный блок с износостойкой поверхностью |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104649263A (zh) | 炭石墨复合材料的制备方法 | |
Ragan et al. | Science and technology of graphite manufacture | |
CN101158048A (zh) | 一种铝电解槽用石墨化可湿润阴极炭块及其生产方法 | |
CN111138207A (zh) | 一种直拉单晶硅炉用石墨热场材料制备方法 | |
US9534845B2 (en) | Method for manufacturing a refractory for an inner lining of a blast furnace and blast furnace having the inner lining | |
CN100494507C (zh) | 高体密半石墨质阴极炭块及其生产方法 | |
JP2010507550A (ja) | 高純度原子炉用黒鉛 | |
Wang et al. | Effect of pitch powder addition on the microstructure and properties of carbon blocks for blast furnace | |
RU2682732C1 (ru) | Способ изготовления катодного блока для алюминиевого электролизера | |
CN101591190A (zh) | 一种铝电解槽侧墙用新型Si3N4-SiC-C耐火砖及其制备方法 | |
KR102176380B1 (ko) | 석유 또는 석탄으로부터 유래된 코크스를 위한 촉매 활성 첨가제 | |
CN102924103A (zh) | 一种炭砖及其制造方法与应用 | |
JPS6229367B2 (ru) | ||
JP2000007436A (ja) | 黒鉛材及び黒鉛材の製造方法 | |
JPH0826709A (ja) | 炭素材の製造方法 | |
CN104884588B (zh) | 型煤制造方法及型煤制造装置 | |
US3567808A (en) | Production of low density-high strength carbon | |
JP5631492B2 (ja) | アルミニウム電解セル用のカソードブロックの製造方法およびカソードブロック | |
CN101665957B (zh) | 铝电解槽用耐磨蚀石墨化阴极炭块及其制造方法 | |
JPS5978914A (ja) | 特殊炭素材の製造方法 | |
RU2400521C2 (ru) | Способ получения самоспекающегося мезофазного порошка для конструкционных материалов | |
KR20140116019A (ko) | 흑연 재료의 제조 방법 | |
RU2476374C2 (ru) | Способ получения графита | |
RU2814568C1 (ru) | Способ получения композитных материалов на основе углерода | |
Bahtli et al. | The Effect of Carbon Sources on the Thermal Shock Properties of MgO-C Refractories |