铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖及其制备方法。其技术方案是：以75~87wt%的氧化铁粉、7~16wt%的氧化镁粉和6~12wt%的氧化镍粉为原料，外加所述原料1.0~3.0wt%的氧化铜粉和0.5~2.0wt%的氧化钴粉，搅拌均匀，置入电弧炉内，在1830~1870℃保温60~80分钟，在2130~2170℃保温25~35分钟；再吹氧两次，两次吹氧的时间间隔为20~30分钟，所述吹氧是在4.0~6.0个大气压下保持2.0~4.0分钟；待炉温降至1850~1890℃时浇注，补浇，浇铸与补浇的时间间隔为6~14分钟；然后在隧道窑内退火7~12天，于35~75℃出窑，即得铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖。本发明专利技术所制制品显气孔率低、抗氧化性能好、抗电解质渗透优异和抗侵蚀性能优良。

By casting nickel magnesium iron composite spinel brick and aluminum electrolytic cell system side wall preparation method

The invention relates to the use of cast iron composite nickel magnesium spinel brick and a preparation method of aluminum electrolytic cell wall. The technical scheme is: with magnesium oxide and 6~12wt% oxide powder, 75~87wt% 7~16wt% nickel oxide powder as raw material, and cobalt oxide powder, copper oxide powder and 0.5~2.0wt% of the raw materials of 1.0~3.0wt% mixing in arc furnace, at 1830~1870 Deg. C for 60~80 minutes at 2130~2170 Deg. C for 25~35 minutes; and then blowing two second, two times the oxygen blowing time interval for 20~30 minutes, the oxygen in 4.0~6.0 under atmospheric pressure to maintain 2.0~4.0 minutes; the temperature dropped to 1850~1890 DEG C when pouring, repouring, casting and repouring the time interval for 6~14 minutes; then annealing 7~12 days in the tunnel kiln, kiln at 35~75 deg.c, i.e. to the side of aluminum electrobath with nickel iron casting magnesium spinel compound brick. The products made by the invention have low apparent porosity, good oxidation resistance, excellent anti electrolyte permeability and excellent corrosion resistance.

【技术实现步骤摘要】
铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖及其制备方法
本专利技术属于铝电解槽侧壁用复合尖晶石砖
具体涉及一种铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖及其制备方法。
技术介绍
铝电解槽中侧壁材料决定了铝电解槽的稳定性和使用寿命。传统铝电解槽的侧壁采用导热率很高的Si3N4结合SiC质材料砌筑，电解过程中大量的热通过该侧壁材料快速耗散，使得其表面形成一层保护性的凝固电解质，即炉帮。炉帮的形成避免了侧壁材料与氧化性气体和强腐蚀性的熔融电解质直接接触，因而Si3N4结合SiC质材料作为铝电解槽侧壁材料已成功使用多年。但维持炉帮的形成需通过侧壁耗散热量巨大，约占整个电解过程能耗的35%，因此铝电解工业能源效率仅为40~45%。为实现铝工业节能降耗的目标，可采用添加钾冰晶石(K3AlF6)的低温电解质进行电解炼铝，同时在电解槽外部砌筑保温材料，有望实现节能30%。但在此情况下因没有大量的热通过侧壁快速耗散，在侧壁表面不能形成炉帮，若仍采用氮化硅结合碳化硅作为侧壁材料，将会直接与熔融电解质和氧化性气体接触。由于Si3N4结合SiC侧壁材料显气孔率较高，抗氧化能力较差，在没有炉帮保护的情况下，会与电解槽内的氧化性气体反应生成SiO2；SiO2与腐蚀性很强的高温熔融电解质反应生成SiF4气体，使得铝电解槽侧壁材料留下孔洞，导致Si3N4结合SiC侧壁材料严重损毁。由上述可知，Si3N4结合SiC侧壁材料由于抗氧化性和抗电解质侵蚀性能较差，已不能满足基于低温电解质的节能新电解工艺条件下电解槽内的稳定维持，制约了铝电解新工艺的应用和发展。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种显气孔率低、抗氧化性能好、抗电解质渗透优异和抗侵蚀性能优良的铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案的步骤是：步骤一、以75~87wt%的氧化铁粉、7~16wt%的氧化镁粉和6~12wt%的氧化镍粉为原料，外加所述原料1.0~3.0wt%的氧化铜粉和0.5~2.0wt%的氧化钴粉，搅拌均匀，得到混合粉。步骤二、将所述混合粉置入电弧炉内，先升温至1830~1870℃，保温60~80分钟；再升温至2130~2170℃，保温25~35分钟；然后进行两次吹氧，两次吹氧的时间间隔为20~30分钟，氧枪的插入深度为溶液面下250~350mm，所述吹氧是在4.0~6.0个大气压条件进行，两次吹氧的时间均为2.0~4.0分钟。步骤三、第二次吹氧完毕，炉温降至1850~1890℃时，将溶液浇注到刚玉模具中，浇铸后再进行补浇，浇铸与补浇的时间间隔为6~14分钟；然后在隧道窑内退火7~12天，于35~75℃出窑，即得铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖。所述氧化铁粉的Fe2O3含量＞97wt%，粒径＜100μm。所述氧化镁粉的MgO含量＞95wt%，粒径＜100μm。所述氧化镍粉的NiO含量＞97wt%，粒径＜75μm。所述氧化铜粉的CuO含量＞96wt%，粒径＜75μm。所述氧化钴粉的Co2O3含量＞97wt%，粒径＜75μm。由于采用上述技术方案，本专利技术与现有技术相比具有如下积极效果：本专利技术采用的主要原料及添加剂均为氧化物，所制备的铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖在高温下抗氧化性能优良；采用两次吹氧工艺，保证了浇铸前溶液的纯净及均匀，提高了铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖的均质性和稳定性；另采用补浇工艺，促使铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖内部气体排除，故制品结构非常致密和显气孔率很低。本专利技术在铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖的制备过程中：高温下氧化铁和氧化镁反应生成镁铁尖晶石（MgFe2O4）；氧化铁与氧化镍反应生成镍铁尖晶石（NiFe2O4）；镁铁尖晶石与镍铁尖晶石均具备优良的抗侵蚀性能，且晶体结构相同，两者将相互扩散形成镍镁铁复合尖晶石（(Ni,Mg)Fe2O4）。镍镁铁复合尖晶石的形成可以降低各离子活性，促进物质传输及铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖致密化，提高铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖的抗电解质侵蚀性能。本专利技术采用的氧化铜和氧化钴添加剂会固溶于镍镁铁复合尖晶石晶格中，降低各离子与电解质中离子间的结合活性，进一步提高铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖在电解质中的化学稳定性。侵蚀过程中Co2O3与侵蚀反应生成的Al2O3、NiO及Fe2O3反应，在铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖表面原位形成NiCo2O4-NiAl2O4-NiFe2O4复合尖晶石致密层，阻止电解质对铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖的进一步渗透及侵蚀。本专利技术所制备的铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖经检测：体积密度为4.2~5.1g/cm3；显气孔率为1.5~3.5%；抗折强度为45~55MPa；耐压强度为200~235MPa；能有效抵挡电解质的渗透和侵蚀19000~22000小时。因此，本专利技术所制备的铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖具有显气孔率低、抗氧化性能好和抗电解质渗透优异和抗侵蚀性能优良的特点。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。本具体实施方式中：所述氧化铁粉的Fe2O3含量＞97wt%，粒径＜100μm。所述氧化镁粉的MgO含量＞95wt%，粒径＜100μm。所述氧化镍粉的NiO含量＞97wt%，粒径＜75μm。所述氧化铜粉的CuO含量＞96wt%，粒径＜75μm。所述氧化钴粉的Co2O3含量＞97wt%，粒径＜75μm。实施例中不再赘述。实施例1一种铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖及其制备方法。本实施例所述制备方法是：步骤一、以75~79wt%的氧化铁粉、13~16wt%的氧化镁粉和6~9wt%的氧化镍粉为原料，外加所述原料1.0~1.4wt%的氧化铜粉和0.5~1.0wt%的氧化钴粉，搅拌均匀，得到混合粉。步骤二、将所述混合粉置入电弧炉内，先升温至1830~1840℃，保温60~65分钟；再升温至2130~2140℃，保温25~28分钟；然后进行两次吹氧，两次吹氧的时间间隔为20~24分钟，氧枪的插入深度为溶液面下250~280mm，所述吹氧量是在4.0~4.5个大气压条件下进行，两次吹氧的时间均为2.0~2.5分钟。步骤三、第二次吹氧完毕，炉温降至1850~1860℃时，将溶液浇注到刚玉模具中，浇铸后再进行补浇，浇铸与补浇的时间间隔为6~8分钟；然后在隧道窑内退火7~9天，于35~45℃出窑，即得铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖。本实施例1所制备的铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖经检测：体积密度为4.2~4.5g/cm3；显气孔率为1.5~2.0%；抗折强度为45~48MPa；耐压强度为200~210MPa；能有效抵挡电解质的渗透和侵蚀19000~19500小时。实施例2一种铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖及其制备方法。本实施例所述制备方法是：步骤一、以79~83wt%的氧化铁粉、10~13wt%的氧化镁粉和6~9wt%的氧化镍粉为原料，外加所述原料1.3~1.7wt%的氧化铜粉和0.9~1.4wt%的氧化钴粉，搅拌均匀，得到混合粉。步骤二、将所述混合粉置入电弧炉内，先升温至1835~1845℃，保温63~本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖的制备方法，其特征在于所述制备方法是：步骤一、以75~87wt%的氧化铁粉、7~16wt%的氧化镁粉和6~12wt%的氧化镍粉为原料，外加所述原料1.0~3.0wt%的氧化铜粉和0.5~2.0wt%的氧化钴粉，搅拌均匀，得到混合粉；步骤二、将所述混合粉置入电弧炉内，先升温至1830~1870℃，保温60~80分钟；再升温至2130~2170℃，保温25~35分钟；然后进行两次吹氧，两次吹氧的时间间隔为20~30分钟，氧枪的插入深度为溶液面下250~350mm，所述吹氧是在4.0~6.0个大气压条件进行，两次吹氧的时间均为2.0~4.0分钟；步骤三、第二次吹氧完毕，炉温降至1850~1890℃时，将溶液浇注到刚玉模具中，浇铸后再进行补浇，浇铸与补浇的时间间隔为6~14分钟；然后在隧道窑内退火7~12天，于35~75℃出窑，即得铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖。

【技术特征摘要】
1.一种铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖的制备方法，其特征在于所述制备方法是：步骤一、以75~87wt%的氧化铁粉、7~16wt%的氧化镁粉和6~12wt%的氧化镍粉为原料，外加所述原料1.0~3.0wt%的氧化铜粉和0.5~2.0wt%的氧化钴粉，搅拌均匀，得到混合粉；步骤二、将所述混合粉置入电弧炉内，先升温至1830~1870℃，保温60~80分钟；再升温至2130~2170℃，保温25~35分钟；然后进行两次吹氧，两次吹氧的时间间隔为20~30分钟，氧枪的插入深度为溶液面下250~350mm，所述吹氧是在4.0~6.0个大气压条件进行，两次吹氧的时间均为2.0~4.0分钟；步骤三、第二次吹氧完毕，炉温降至1850~1890℃时，将溶液浇注到刚玉模具中，浇铸后再进行补浇，浇铸与补浇的时间间隔为6~14分钟；然后在隧道窑内退火7~12天，于35~75℃出窑，即得铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复合尖晶石砖。2.根据权利要求1所述的铝电解槽侧壁用熔铸镍镁铁复...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐义彪，李亚伟，桑绍柏，王庆虎，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42