一種提高電解鋁用炭陽極抗氧化性的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高電解鋁用炭陽極抗氧化性的方法，屬于制造鋁用炭陽極的方法。將成型好的炭陽極生坯或焙燒之后的炭陽極浸入H3BO3或含B的化合物溶液中，使H3BO3或含B的化合物能夠到達電解鋁炭陽極表面及其表面的開口氣孔中，使一定濃度H3BO3或含B的化合物溶液進入炭陽極表層一定的深度微孔中，起到覆蓋和填充的作用，在隨后的焙燒或電解溫度下生成類似玻璃狀的B2O3封閉了炭表面上的活性部位，阻止空氣和CO2的高溫擴散反應，減少優(yōu)質(zhì)碳素資源消耗和降低碳排放，減輕電解槽操作工的勞動強度，降低原鋁的生產(chǎn)成本。本方法形成的抗氧化保護膜非常致密，和炭陽極結(jié)合強度高，且實施非常簡單，基本上不需要改變現(xiàn)有的炭陽極生產(chǎn)工藝。
【專利說明】—種提高電解鋁用炭陽極抗氧化性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制造鋁用炭陽極的方法，特別涉及一種提高電解鋁用炭陽極抗氧化性的方法。
技術(shù)背景
[0002]目前純鋁的生產(chǎn)主要采用Hall-Heroult的冰晶石一氧化鋁熔鹽電解法，其陽極材料是一種消耗性的炭素制品，是電解鋁的“心臟”。炭素陽極消耗是電解鋁生產(chǎn)的主要成本之一，約占總成本的15%左右。在電解鋁生產(chǎn)過程中，炭素陽極消耗包括電化學消耗、化學消耗和機械消耗等。其中炭素陽極與CO2和空氣在高溫下發(fā)生的氧化反應引起的化學消耗是陽極過量消耗的最主要原因，約 占整個炭耗的7%~20%。而且陽極的過快消耗，會導致陽極的更換頻率增加，這不僅會增加工人的勞動強度，而且會導致以低陽極效應為主要特征的現(xiàn)代高效節(jié)能工藝技術(shù)難以順利實施，電解槽的效率降低。如果能夠減緩炭陽極的高溫氧化速率，將有利于降低生產(chǎn)成本，降低工人勞動強度，減少二氧化碳排。
[0003]從目前的研究結(jié)果來看，國內(nèi)外提高炭陽極抗氧化性的方法有以下幾類:(1)通過控制石油焦質(zhì)量的方法提高炭陽極的抗氧化性，主要控制石油焦中對氧化反應具有催化作用的雜質(zhì)元素的含量。(2)對煤浙青進行改性研究，通過調(diào)整煤浙青的軟化點、甲苯不溶物含量及β樹脂含量三項來改善煤浙青的結(jié)焦性質(zhì)，提高煤浙青焦的抗氧化性。(3)對炭陽極進行改性，采用添加劑降低炭陽極的氧化活性。(4)表面涂層的方法，包括采用熔融或噴涂鋁薄膜作為保護膜、采用在炭陽極表面涂覆一層復合抗氧化薄膜等方法阻止空氣與炭陽極接觸。(5)目前工業(yè)生產(chǎn)中通常采用在陽極頂部覆蓋氧化鋁原料保護層的工藝以減少陽極的氧化。但是，氧化鋁原料保護層疏松、孔隙大、不均勻，再加上陽極側(cè)部仍然暴露在電解反應所產(chǎn)生的CO2中，減少因陽極氧化而引起的陽極過量消耗的作用有限。而涂層的方法也很難在工業(yè)上得到成功應用，這主要是因為涂層在冰晶石熔鹽中會發(fā)生溶解，并析出會污染鋁業(yè)的雜質(zhì)。其次，涂層與炭材料之間的粘結(jié)性較差。最重要的是，空氣和CO2通常會擴散至炭陽極表層5cm~IOcm的深度進行氧化反應，石油焦骨料自身具有一種多孔隙的結(jié)構(gòu)，薄涂層僅能封閉表面的孔隙，而對此擴散反應的阻止作用甚微。因此，更好的解決辦法就是使這種保護層在高溫情況下能形成致密的保護膜，隔絕空氣和CO2與碳的接觸，降低氧化反應。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是要克服已有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種能夠覆蓋炭陽極表面以及表面開口微孔的內(nèi)表面的涂層，使炭陽極在高溫下具有抵抗空氣和CO2擴散及反應的能力，降低炭陽極的消耗，節(jié)省生產(chǎn)成本，提高電解鋁用炭陽極抗氧化性的方法。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明提高電解鋁用炭陽極抗氧化性的方法，將成型后的炭陽極生坯立即浸入H3BO3或含B的化合物溶液中進行冷卻，或者將焙燒之后的炭陽極浸入H3BO3或含B的化合物溶液中，使溶液能夠到達電解鋁炭陽極表面及其表面的開口氣孔中，對炭陽極生坯在進行焙燒過程中形成保護薄膜；或?qū)μ筷枠O在電解溫度為950°C~970°C下形成保護薄膜；炭陽極抗氧化保護薄膜的實施包括配置H3BO3或含B的化合物溶液、浸潰、焙燒或干燥，具體步驟如下:
[0006](I)配制H3BO3或含B的化合物溶液:將H3BO3或含B的化合物溶解于水中，溶液濃度為I~20wt.%，溶液溫度為20~70°C，將其攪拌均勻，使H3BO3或含B的化合物全部溶解；
[0007](2)浸潰:將擠壓成型或振動成型 后的炭陽極生坯立即浸入配制好的H3BO3或含B的化合物溶液中進行冷卻，或?qū)⒈簾蟮奶筷枠O浸入H3BO3或含B的化合物溶液中，浸泡10-60分鐘取出，使溶液能夠到達電解鋁炭陽極表面及其表面的開口氣孔中；
[0008](3)焙燒或干燥:炭陽極生坯自然干燥之后按照常規(guī)焙燒過程進行焙燒；焙燒之后的炭陽極則采用自然干燥或加熱烘干的方式。
[0009]有益效果，由于采用了上述方案，經(jīng)過焙燒(對于炭陽極生坯)或者在電解溫度下(對于焙燒之后的炭陽極)的反應，在炭陽極表面及表面開口氣孔中形成一層含B的化合物，這層化合物在高溫下形成類似玻璃狀物質(zhì)，封閉了炭表面上的活性部位，這就阻隔了炭陽極與空氣和CO2的接觸反應以及由它們的擴散帶來的氧化反應，減少優(yōu)質(zhì)碳素資源消耗和降低碳排放，減輕電解槽操作工的勞動強度，降低原鋁的生產(chǎn)成本。該抗氧化層還可在一定程度上減薄現(xiàn)在電解鋁槽炭陽極上氧化鋁覆蓋層，滿足電解槽頂部散熱要求，優(yōu)化電解槽熱平衡，增加槽壽命。
[0010]優(yōu)點:使H3BO3或含B的化合物溶液進入炭陽極表層的深度微孔中，起到覆蓋和填充的作用，在隨后的焙燒過程(對于炭陽極生坯)或電解溫度下(對于焙燒之后的炭陽極)生成類似玻璃狀的B2O3封閉了炭表面上的活性部位，阻止空氣和CO2的高溫擴散反應，減少了優(yōu)質(zhì)碳素資源消耗和降低碳排放，減輕了電解槽操作工的勞動強度，降低了原鋁的生產(chǎn)成本。本方法形成的抗氧化保護膜非常致密，和炭陽極結(jié)合強度高，且實施簡單，基本上不需要改變現(xiàn)有的炭陽極生產(chǎn)工藝。
【具體實施方式】:
[0011]本發(fā)明提高電解鋁用炭陽極抗氧化性的方法，將成型后的炭陽極生坯立即浸入H3BO3或含B的化合物溶液中進行冷卻，或者將焙燒之后的炭陽極浸入H3BO3或含B的化合物溶液中，使溶液能夠到達電解鋁炭陽極表面及其表面的開口氣孔中，炭陽極生坯在進行焙燒過程中形成保護薄膜或炭陽極在電解溫度為950°C~970°C下形成保護薄膜；炭陽極抗氧化保護薄膜的實施方式包括配置H3BO3或含B的化合物溶液、浸潰、焙燒(對于炭陽極生坯)或干燥(對于焙燒之后的炭陽極)，具體步驟如下:
[0012](I)配制H3BO3或含B的化合物溶液:將H3BO3或含B的化合物溶解于水中，溶液濃度為I~20wt.%，溶液溫度為20~70°C，將其攪拌均勻，使H3BO3或含B的化合物全部溶解；
[0013](2)浸潰:將擠壓成型或振動成型后的炭陽極生坯立即浸入配制好的H3BO3或含B的化合物溶液中進行冷卻，或?qū)⒈簾蟮奶筷枠O浸入H3BO3或含B的化合物溶液中，浸泡10-60分鐘取出，使溶液能夠到達電解 鋁炭陽極表面及其表面的開口氣孔中；[0014](3)焙燒或干燥:炭陽極生坯自然干燥之后按照常規(guī)焙燒過程進行焙燒；焙燒之后的炭陽極則采用自然干燥或加熱烘干的方式。
[0015]實施例1:將振動成型的炭陽極生坯立即浸入濃度為15%wt.%、溫度為601:的!^03溶液中進行冷卻，浸泡30分鐘，撈出自然干燥后，安照常規(guī)的炭陽極焙燒升溫曲線進行焙燒后備用，進行焙燒過程中形成保護薄膜。采用等溫熱重法測量炭陽極的空氣氧化性與CO2反應性，與未浸潰炭陽極的對比試驗表明，炭陽極550°C空氣氧化性降低了 70%，炭陽極970 0C CO2反應性降低了 15%。
[0016]實施例2:將振動成型的炭 陽極生坯立即浸入濃度為IOwt.%、溫度為50°C的H3BO3溶液中進行冷卻，浸泡25分鐘，撈出自然干燥后，安照常規(guī)的炭陽極焙燒升溫曲線進行焙燒后使用。采用等溫熱重法測量炭陽極的空氣氧化性與CO2反應性，與未浸潰炭陽極的對比試驗表明，降低炭陽極550°C空氣氧化性67%，降低炭陽極970°C CO2反應性13%。
[0017]實施例3:將振動成型的炭陽極生坯立即浸入濃度為2wt.%、溫度為35°C的H3BO3溶液中進行冷卻，浸泡30分鐘，撈出自然干燥后，安照常規(guī)的炭陽極焙燒升溫曲線進行焙燒后使用。采用等溫熱重法測量炭陽極的空氣氧化性與CO2反應性，與未浸潰炭陽極的對比試驗表明，降低炭陽極550°C空氣氧化性15%，降低炭陽極970°C CO2反應性10%。
[0018]實施例4:將焙燒之后的炭陽極浸入濃度為5wt.%、溫度為45°C的H3BO3溶液中，浸泡60分鐘，撈出自然干燥后使用。采用等溫熱重法測量炭陽極的空氣氧化性與CO2反應性，與未浸潰炭陽極的對比試驗表明，降低炭陽極550°C空氣氧化性65%，降低炭陽極970°C CO2反應性20%。
[0019]實施例5:將焙燒之后的炭陽極浸入濃度為IOwt.%、溫度為50°C的H3BO3溶液中，浸泡40分鐘，撈出采用熱風烘干后使用。采用等溫熱重法測量炭陽極的空氣氧化性與CO2反應性，與未浸潰炭陽極的對比試驗表明，降低炭陽極550°C空氣氧化性53%，降低炭陽極970 0C CO2 反應性 16%。
【權(quán)利要求】
1.一種提高電解鋁用炭陽極抗氧化性的方法，其特征是:將成型后的炭陽極生坯立即浸入H3BO3或含B的化合物溶液中進行冷卻，或者將焙燒之后的炭陽極浸入H3BO3或含B的化合物溶液中，使溶液能夠到達電解鋁炭陽極表面及其表面的開口氣孔中，對炭陽極生坯在進行焙燒過程中形成保護薄膜；或?qū)μ筷枠O在電解溫度為950°C~970°C下形成保護薄膜；炭陽極抗氧化保護薄膜的實施包括配置H3BO3或含B的化合物溶液、浸潰、焙燒或干燥，具體步驟如下: (1)配制H3BO3或含B的化合物溶液:將H3BO3或含B的化合物溶解于水中，溶液濃度為I~20wt.%，溶液溫度為20~70°C，將其攪拌均勻，使H3BO3或含B的化合物全部溶解； (2)浸潰:將擠壓成型或振動成型后的炭陽極生坯立即浸入配制好的H3BO3或含B的化合物溶液中進行冷卻，或?qū)⒈簾蟮奶筷枠O浸入H3BO3或含B的化合物溶液中，浸泡10-60分鐘取出，使溶液能夠到達電解鋁炭陽極表面及其表面的開口氣孔中； (3)焙燒或干燥:炭陽極生坯自然干燥之后按照常規(guī)焙燒過程進行焙燒；焙燒之后的炭陽極則采用自然干 燥或加熱烘干的方式。
【文檔編號】C25C3/12GK103741167SQ201310724749
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】任耀劍, 孫智, 權(quán)改革 申請人:中國礦業(yè)大學