一种提高电解铝用炭阳极抗氧化性的方法技术

本发明专利技术属于工业催化和有机化学品领域，特别涉及一种提高电解铝用炭阳极抗氧化性的方法。其特征在于：包括以下步骤：(1)改质煤沥青的制备；(2)预焙炭阳极生块的制备；(3)炭阳极的制备；(4)浸渍溶胶；(5)干燥：浸渍溶胶后的炭阳极采用自然风干或加热烘干即可得到炭阳极。本发明专利技术通过对原料进行改性混合，改善骨料的物理性质，并使用复合溶胶进一步的进行浸渍，能有效的填充炭阳极表面的开孔，并且填充的深度相比现有技术更深，从而能提高炭阳极的抗氧化性，并且制备的工艺易懂，可行性高，具有推广价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于工业催化和有机化学品领域，特别涉及一种提高电解铝用炭阳极抗氧化性的方法。
技术介绍
目前纯铝的生产主要采用Hall-Heroult的冰晶石－氧化铝熔盐电解法，其阳极材料是一种消耗性的炭素制品，是电解铝的“心脏”。炭素阳极消耗是电解铝生产的主要成本之一，约占总成本的15％左右。在电解铝生产过程中，炭素阳极消耗包括电化学消耗、化学消耗和机械消耗等。其中炭素阳极与CO2和空气在高温下发生的氧化反应引起的化学消耗是阳极过量消耗的最主要原因，约占整个炭耗的7％-20％。而且阳极的过快消耗，会导致阳极的更换频率增加，这不仅会增加工人的劳动强度，而且会导致以低阳极效应为主要特征的现代高效节能工艺技术难以顺利实施，电解槽的效率降低。如果能够减缓炭阳极的高温氧化速率，将有利于降低生产成本，降低工人劳动强度，减少二氧化碳排。从目前的研究结果来看，国内外提高炭阳极抗氧化性的方法有以下几类：(1)通过控制石油焦质量的方法提高炭阳极的抗氧化性，主要控制石油焦中对氧化反应具有催化作用的杂质元素的含量。(2)对煤沥青进行改性研究，通过调整煤沥青的软化点、甲苯不溶物含量及β树脂含量三项来改善煤沥青的结焦性质，提高煤沥青焦的抗氧化性。(3)对炭阳极进行改性，采用添加剂降低炭阳极的氧化活性。(4)表面涂层的方法，包括采用熔融或喷涂铝薄膜作为保护膜、采用在炭阳极表面涂覆一层复合抗氧化薄膜等方法阻止空气与炭阳极接触。(5)目前工业生产中通常采用在阳极顶部覆盖氧化铝原料保护层的工艺以减少阳极的氧化。但是，氧化铝原料保护层疏松、孔隙大、不均匀，再加上阳极侧部仍然暴露在电解反应所产生的CO2中，减少因阳极氧化而引起的阳极过量消耗的作用有限。而涂层的方法也很难在工业上得到成功应用，这主要是因为涂层在冰晶石熔盐中会发生溶解，并析出会污染铝业的杂质。其次，涂层与炭材料之间的粘结性较差。最重要的是，空气和CO2通常会扩散至炭阳极表层5cm-10cm的深度进行氧化反应，石油焦骨料自身具有一种多孔隙的结构，薄涂层仅能封闭表面的孔隙，而对此扩散反应的阻止作用甚微。因此，更好的解决办法就是使这种保护层在高温情况下能形成致密的保护膜，隔绝空气和CO2与碳的接触，降低氧化反应。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种提高电解铝用炭阳极抗氧化性的方法，通过对原料进行改性混合，改善骨料的物理性质，并使用复合溶胶进一步的进行浸渍，能有效的填充炭阳极表面的开孔，并且填充的深度相比现有技术更深，从而能提高炭阳极的抗氧化性。为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种提高电解铝用炭阳极抗氧化性的方法，包括以下步骤：(1)改质煤沥青的制备：将煤沥青与改性沥青剂A混合，加热升温至180-200℃进行交联熔合1-30min，再将交联熔合后的温度降至90-135℃，然后加入改性沥青剂B并搅拌20-30min，待冷却后即可得到改质煤沥青，备用；按照重量份数计所述煤沥青50-85份，沥青改性剂A 5-15份，沥青改性剂B 3-8份；所述沥青改性剂A按照重量份数计包括改性硅藻土1-5份、改性膨润土2-8份；所述沥青改性剂B按照重量份数计包括硬脂酸正癸酯0.5-1.5份、邻苯二甲酸二丁酯0.1-0.8份、超细石墨粉0.1-3份和氟化物0.5-2份；所述氟化物为碱土金属氟化物或稀土氟化物，所述碱土金属氟化物或稀土氟化物包含氟化钙、氟化镁、氟化锶、氟化钡、氟化镧、氟化镨、氟化铈、氟化铷、氟化钐、氟化铕、氟化钆、氟化铽、氟化镝、氟化钬、氟化铒、氟化铥中的至少一种；(2)预焙炭阳极生块的制备：将煅后焦、添加剂混合后预热，预热温度达到180-190℃时，加入改质煤沥青进行混捏，混捏时间为3-8min，制成预焙炭阳极生块；所述煅后焦、添加剂和改质煤沥青的重量比为10-20:1-3:2-3；(3)炭阳极的制备：将预焙炭阳极生块置于焙烧炉中焙烧，焙烧后得到炭阳极，将炭阳极在密闭容器中抽真空至8KPa，时间35-40min，以排出炭阳极表层一定深度开口孔隙中的气体；(4)浸渍溶胶：抽真空结束后往密闭容器中注入Al2O3/Li2CO3混合溶胶并没过炭阳极，采用气体加压的方式保持压力在0.5-1.0MPa，时间35-40min；(5)干燥：浸渍溶胶后的炭阳极采用自然风干或加热烘干即可得到炭阳极。进一步说明，在步骤(1)中，所述改性硅藻土是将硅藻土在500-600℃下进行煅烧10-30min，冷却后使用超声波进行粉碎至粒度为100-150目即可。进一步说明，在步骤(1)中，所述改性膨润土是将膨润土机械粉碎至50-100目后于蒸汽热裂解装置中进行热裂解2-5s即可；所述蒸汽热裂解装置的温度为350-450℃，所述蒸汽热裂解装置是抽真空后加入氩气。进一步说明，在步骤(1)中，所述改质煤沥青的软化点在102-108℃，β树脂含量值为18-19.5wt％，甲苯不溶物≤12.6wt％。进一步说明，在步骤(2)中，所述添加剂为碳化硼、氟化铝和氧化镁的混合物，按照重量份数计碳化硼1-2份、氟化铝1-2份和氧化镁0.5-1份。进一步说明，在步骤(3)中，所述焙烧的工艺参数是：升温的速度为2-3℃/min，最高样品温度1050℃，气体温度1150℃，保温时间7h。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术从几个点来提高电解铝用炭阳极抗氧化性：第一：本专利技术通过对沥青进行改性得到改质煤沥青，改质煤沥青的软化点、甲苯不溶物含量及β树脂含量均有所下降，综合改善了沥青的结焦性质，提高沥青焦的抗氧化性。本申请分阶段添加沥青改性剂A、沥青改性剂B，首先，在快速升温后将沥青改性剂A(改性膨润土和改性硅藻土)与沥青熔合，对沥青的结构晶体进行了改善，膨润土的性质经过本申请采用的改性技术手段能够具有较高的交联能力，硅藻土的性质经过本申请采用的改性技术手段后不仅具有更好的交联性质还能够降低沥青本身的软化点，在熔合阶段使得沥青焦更加致密；第二，本申请在降温后添加沥青改性剂B(硬脂酸正癸酯、邻苯二甲酸二丁酯、超细石墨粉和氟化物混合物)在中温温度下，沥青改性剂B通过搅拌混合，能紧密的与沥青晶体结构相嵌合，同时进一步的将第一步骤改性后的沥青进行黏度性质的改性，黏度相比未改性的沥青有效的降低了，同时进一步的提高了沥青的高温结焦值，总的来说，改性沥青结构基本不变，其软化点与对比沥青的软化点相比有所降低，改性沥青的晶体结构的最大气孔孔径不超过0.2mm；第三，本申请的制备方法简单易懂，具有一定的推广性。第二：本专利技术将煅后焦作为炭阳极的骨料，通过与添加剂和改质煤沥青预混改性，改变骨料的整体间隙上的大小，进一步的防止当，炭阳极被划伤或有裂痕时，得不到外界涂层的抗氧化涂层保护，加快炭阳极的损耗的问题。首先添加剂是由碳化硼、氟化铝和氧化镁的混合物组成，通过该混合物与煅后焦预混能改变煅后焦内微量元素的组成，提高骨料本身的抗氧化性，外加改质煤沥青的添加能进一步的改善和填充煅后焦骨料中，降低骨料间的间隙，本申请人还发现煅后焦、添加剂和改质煤沥青的重量比为10-20:1-3:2-3结合抗氧化性最好。第三：本专利技术中更进一步使用溶胶进行浸渍，不仅能填充炭阳极表层的开孔，浸渍填充达到10-15cm，还能够在炭阳极表层进一步骐达涂层保护的作用。【具体实施方式】本说明书中公开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高电解铝用炭阳极抗氧化性的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)改质煤沥青的制备：将煤沥青与改性沥青剂A混合，加热升温至180‑200℃进行交联熔合1‑30min，再将交联熔合后的温度降至90‑135℃，然后加入改性沥青剂B并搅拌20‑30min，待冷却后即可得到改质煤沥青，备用；按照重量份数计所述煤沥青50‑85份，沥青改性剂A 5‑15份，沥青改性剂B 3‑8份；所述沥青改性剂A按照重量份数计包括改性硅藻土1‑5份、改性膨润土2‑8份；所述沥青改性剂B按照重量份数计包括硬脂酸正癸酯0.5‑1.5份、邻苯二甲酸二丁酯0.1‑0.8份、超细石墨粉0.1‑3份和氟化物0.5‑2份；所述氟化物为碱土金属氟化物或稀土氟化物，所述碱土金属氟化物或稀土氟化物包含氟化钙、氟化镁、氟化锶、氟化钡、氟化镧、氟化镨、氟化铈、氟化铷、氟化钐、氟化铕、氟化钆、氟化铽、氟化镝、氟化钬、氟化铒、氟化铥中的至少一种；(2)预焙炭阳极生块的制备：将煅后焦、添加剂混合后预热，预热温度达到180‑190℃时，加入改质煤沥青进行混捏，混捏时间为3‑8min，制成预焙炭阳极生块；所述煅后焦、添加剂和改质煤沥青的重量比为10‑20:1‑3:2‑3；(3)炭阳极的制备：将预焙炭阳极生块置于焙烧炉中焙烧，焙烧后得到炭阳极，将炭阳极在密闭容器中抽真空至8KPa，时间35‑40min；(4)浸渍溶胶：抽真空结束后往密闭容器中注入Al2O3/Li2CO3混合溶胶并没过炭阳极，采用气体加压的方式保持压力在0.5‑1.0MPa，时间35‑40min；(5)干燥：浸渍溶胶后的炭阳极采用自然风干或加热烘干即可得到炭阳极。...

【技术特征摘要】
1.一种提高电解铝用炭阳极抗氧化性的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)改质煤沥青的制备：将煤沥青与改性沥青剂A混合，加热升温至180-200℃进行交联熔合1-30min，再将交联熔合后的温度降至90-135℃，然后加入改性沥青剂B并搅拌20-30min，待冷却后即可得到改质煤沥青，备用；按照重量份数计所述煤沥青50-85份，沥青改性剂A 5-15份，沥青改性剂B 3-8份；所述沥青改性剂A按照重量份数计包括改性硅藻土1-5份、改性膨润土2-8份；所述沥青改性剂B按照重量份数计包括硬脂酸正癸酯0.5-1.5份、邻苯二甲酸二丁酯0.1-0.8份、超细石墨粉0.1-3份和氟化物0.5-2份；所述氟化物为碱土金属氟化物或稀土氟化物，所述碱土金属氟化物或稀土氟化物包含氟化钙、氟化镁、氟化锶、氟化钡、氟化镧、氟化镨、氟化铈、氟化铷、氟化钐、氟化铕、氟化钆、氟化铽、氟化镝、氟化钬、氟化铒、氟化铥中的至少一种；(2)预焙炭阳极生块的制备：将煅后焦、添加剂混合后预热，预热温度达到180-190℃时，加入改质煤沥青进行混捏，混捏时间为3-8min，制成预焙炭阳极生块；所述煅后焦、添加剂和改质煤沥青的重量比为10-20:1-3:2-3；(3)炭阳极的制备：将预焙炭阳极生块置于焙烧炉中焙烧，焙烧后得到炭阳极，将炭阳极在密闭容器中抽真空至8KPa，时间35-40min；(4)浸渍溶胶：抽真空结束后往密闭容器中注入Al2O3/Li2C...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵唯皓，杨云坤，罗高强，黄海燕，李永锋，周勇，农增宏，
申请(专利权)人：广西强强碳素股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45