一种环保型预焙阳极炭块及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种环保型预焙阳极炭块及制备方法。包括如下步骤：将炭质材料、碳纤维、沥青分别进行破碎、筛分后混合，恒温搅拌，经振动成型或挤压成型，放入焙烧炉后经低温预热阶段、黏结剂成焦阶段、高温烧结阶段和冷却阶段，得成品。本发明专利技术具有提高阳极炭块抗撕裂强度，减少阳极表面炭颗粒的剥落、掉粒，并可延迟剥落颗粒的掉落时间，已剥落颗粒燃烧的粒径更小，大大减少了火眼炭渣这种含氟危险废弃物的产生，大幅减少了阳极炭块的破损率和在电解槽使用消耗过程中阳极掉块的产生率，降低了炭素材料的消耗，节约了生产成本，有良好的经济效益和环保效益的特点。

An environmentally friendly pre-baked anode carbon block and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种环保型预焙阳极炭块及制备方法
本专利技术涉及一种环保型预焙阳极炭块及制备方法，属于阳极炭块

技术介绍
现代电解铝工业，均采用预焙阳极生产电解铝。预焙阳极一般为长方体，具有稳定的几何形状，以石焦油、沥青焦为骨料，以煤沥青为粘结剂，根据电解槽电流的大小和工艺的不同而有不同的尺寸，其电流密度一般在0.68-0.9A/cm2范围内，每个炭块使用周期一般在30天左右。在电解铝生产过程中，阳极炭块与氧化铝电解分解出来的氧气在高温下不断反应，释放二氧化碳气体而不断消耗，需要定时更换，更换下来的炭块行业中称之为阳极残极。预焙铝电解生产必定产生大量阳极残极，无残极产生是上世纪60～70年代，预焙铝电解工艺成熟以来一直没有实现的行业梦想。铝电解的主要生产方式是电解，生产流程是在铝电解槽中进行的，电解所用原料为氧化铝，电解质为熔融冰晶石，阳极为炭素阳极，阴极为石墨炭块。电解过程中阴极得到熔融铝，阳极析出二氧化碳，不断消耗，需要定期更换阳极炭块。中国专利200910235985.5公开了一种碳纤维增强型阴极炭块及其制备方法，在阴极炭块中加入碳纤维，增强阴极炭块机械强度，达到有效增强阴极炭块抗折强度、抗电解质侵蚀和抗铝液冲刷能力等效果，但对于阳极炭块的加强，没有相关技术公开。现有的预焙阳极炭块为一次性生产、消耗材料产品，现有炭块工艺决定其内应力较大常有开裂、掉块、掉粒现象。开裂为横纹时，电流无法通过，就视为不合格产品，只能直接报废，收回作为原料使用。炭块燃烧过程中也会应为内应力的变化，经常造成槽内掉块和裂纹产生。在配合本专利技术人专利技术的铝水浇铸--机械式复合钢爪（专利号201710088066.4）及相应结构的炭块使用时，必定会造成漏铝水，造成泄漏了铝水的炭碗、钢爪不导电，电解质浸入横向裂纹后也会造成断电。现有预焙阳极炭块的主要原料为沥青焦、石油焦，含灰分都低于1%，但抗钠浸蚀能力差。阳极炭块在电解槽上工作时不断地被氧化消耗，由粘接剂沥青、焦油炭化形成的粘接层还优于炭颗粒被氧化，容易产生大量掉粒现象，落在电解质中的炭颗粒部分从火眼吹出，产生许多火眼炭渣（电解铝火眼炭渣已从2017年8月1日起被列为321-025-48危险废弃物管理）。但仍有大量的炭颗粒混杂在电解质中，造成电流空耗。一般情况下阳极残极的产生量为铝锭产量的10-15％，由此产生了极大的浪费，按现在我国年产约4000万吨电解铝计算，阳极残极高达400--600万吨/年，按照阳极炭块3700元/吨价值计算每年浪费的阳极炭块价值约达150--220亿元，全世界的浪费更多，阳极残极长时间在电解槽的熔融电解质中浸泡，因为预焙阳极有15%--18%的孔隙率，熔融的电解质在长时间的浸泡下，大量的渗透到了炭块的孔隙中，当残极从电解槽上被移除时，其表面还牢固的粘附了许多含氟化盐的保温料。被弃用的残极含有大量氟化盐，不仅造成炭素材料和氟化盐的浪费，还严重污染环境。对于阳极炭块，电解铝行业缺乏建立在对阳极破损机理与规律透彻掌握基础上的"精细设计"技术和提高阳极寿命的综合技术措施，电解铝阳极达不到延长使用寿命效果，破损率高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种环保型预焙阳极炭块及制备方法。本专利技术具有提高阳极炭块抗撕裂强度，减少阳极表面炭颗粒的剥落、掉粒，并可延迟剥落颗粒的掉落时间，已剥落颗粒燃烧得更小，大大减少了火眼炭渣这种含氟危险废弃物的产生，大幅减少了阳极炭块的破损率和在电解槽使用消耗过程中阳极掉块的产生率，降低了碳纤维的消耗，节约了生产成本，有良好的经济效益和环保效益的特点。本专利技术的技术方案：一种环保型预焙阳极炭块及制备方法，包括如下步骤：a、按重量份计，将炭质材料82-85份、碳纤维0.5-5份、沥青14-18份分别进行破碎、筛分后混合，恒温搅拌，得A品环保型阳极糊料；b、将A品经振动成型或挤压成型，得B品环保型阳极炭块的生块；c、将B品放入焙烧炉后，经低温预热阶段，得C品；d、将焙烧炉中的C品经黏结剂成焦阶段，得D品；e、将焙烧炉中的D品经高温烧结阶段，得E品；f、将焙烧炉中的E品经冷却阶段，得成品。前述的环保型预焙阳极炭块及制备方法中，所述步骤a中，按重量份计，炭质材料为石油焦颗粒和阳极残极颗粒的混合物,阳极残极颗粒占炭质材料重量百分比为0-10%。前述的环保型预焙阳极炭块及制备方法中，所述步骤a中，碳纤维材料是石墨纤维，碳纤维材料的长度为5-20mm。前述的环保型预焙阳极炭块及制备方法中，所述步骤a中，在温度为160-180℃下，搅拌1-3h；A品环保型阳极糊料的粒径大小为0.075-1mm。前述的环保型预焙阳极炭块及制备方法中，所述步骤b中，振动成型，是将A品均匀地装入模具内，振动成型、脱模，冷却后得B品环保型阳极炭块的生块。前述的环保型预焙阳极炭块及制备方法中，所述步骤b中，挤压成型，是将A品装入挤压机的缸体内，用液压装置将其通过压咀挤出，冷却后B品环保型阳极炭块的生块。前述的环保型预焙阳极炭块及制备方法中，所述步骤c中，低温预热阶段，是B品放入在焙烧炉后，焙烧炉内火道温度按5-8℃/min升温速度至300-350℃，此时焙烧炉内的制品温度为180-200℃。前述的环保型预焙阳极炭块及制备方法中，所述步骤d中，黏结剂成焦阶段，是焙烧炉内火道温度按2-5℃/min继续升温速度至750-800℃，此时焙烧炉内的制品温度为680-720℃。前述的环保型预焙阳极炭块及制备方法，所述e步骤中，高温烧结阶段，是焙烧炉内火道温度按10-15℃/min继续升温速度至1150-1200℃，此时焙烧炉内的制品温度为1000-1100℃，烧结24-36h。前述的环保型预焙阳极炭块及制备方法中，所述f步骤中，冷却阶段，是焙烧炉内火道温度按5-8℃/min速度降温至750-800℃，在按照按10-20℃/min继续速度降至室温。本专利技术的环保型阳极炭块与阴极炭块和阳极炭块原材料不同，用途不同，理化性能也不同。阴极炭块为煤基，属于半石墨化产品，用于构筑电解槽和导电，使用寿命长达4--5年，消耗量每生产一吨铝，大约产生20-30kg废阴极；阳极炭块为石油焦制品，是一次性消耗品，在日常使用过程中不断的燃烧，寿命只有30天左右。与阴极炭块相比一吨电解铝要消耗400kg…500kg的阳极炭块，目前的价格是4700元/吨左右。.阳极消耗计算反应式为2Al2＋3C＝4AL＋3CO2,计算理论阳极炭块消耗量为：44×1000÷27×2＝334Kg/t--AL,即一吨铝要消耗334kg的阳极炭块。实际上阳极炭块的消耗远大于理论消耗量，是由于阳极炭块的氧化、掉渣、产生掉极和残极等过量消耗引起的。由此可见，电解铝阳极炭块的消耗远大于阴极的消耗。阴极炭块中碳纤维加入量大，可达30%以上主要是防止阴极炭块在长期高温使用情况下的变形，可增强阴极炭块抗钠浸蚀，变形和钠浸蚀都严重破坏电解槽的正常使用和寿命。阳极炭块中加入的碳纤维量不能过大，因为碳纤维相比阳极炭块抗氧化，燃烧时少量的可随阳极炭块同步燃烧尽，即使有微量的未燃烧完全的碳纤维残留物，也不会影响电解槽的正常工作，如碳纤维加入量过大，有以下几个方面的负面：1、碳纤维燃烧不完全的残留物过多，使电解槽产生电流空耗，电耗成本激增。2、碳纤维价格高，加入量大会本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环保型预焙阳极炭块及制备方法，其特征在于：包括如下步骤：a、按重量份计，将炭质材料82‑85份、碳纤维0.5‑5份、沥青14‑18份分别进行破碎、筛分后混合，恒温搅拌，得A品环保型阳极糊料；b、将A品经振动成型或挤压成型，得B品环保型阳极炭块的生块；c、将B品放入焙烧炉后，经低温预热阶段，得C品；d、将焙烧炉中的C品经黏结剂成焦阶段，得D品；e、将焙烧炉中的D品经高温烧结阶段，得E品；f、将焙烧炉中的E品经冷却阶段，得成品。

【技术特征摘要】
1.一种环保型预焙阳极炭块及制备方法，其特征在于：包括如下步骤：a、按重量份计，将炭质材料82-85份、碳纤维0.5-5份、沥青14-18份分别进行破碎、筛分后混合，恒温搅拌，得A品环保型阳极糊料；b、将A品经振动成型或挤压成型，得B品环保型阳极炭块的生块；c、将B品放入焙烧炉后，经低温预热阶段，得C品；d、将焙烧炉中的C品经黏结剂成焦阶段，得D品；e、将焙烧炉中的D品经高温烧结阶段，得E品；f、将焙烧炉中的E品经冷却阶段，得成品。2.根据权利要求1所述的环保型预焙阳极炭块及制备方法，其特征在于：所述步骤a中，炭质材料为石油焦颗粒和阳极残极颗粒的混合物,阳极残极颗粒占炭质材料重量百分比为0-10%。3.根据权利要求1所述的环保型预焙阳极炭块及制备方法，其特征在于：所述步骤a中，碳纤维材料是石墨纤维，碳纤维材料的长度为5-20mm。4.根据权利要求1所述的环保型预焙阳极炭块及制备方法，其特征在于：所述步骤a中，在温度为160-180℃下，搅拌1-3h；A品环保型阳极糊料的粒径大小为0.075-1mm。5.根据权利要求1所述的环保型预焙阳极炭块及制备方法，其特征在于：所述步骤b中，振动成型，是将A品均匀地装入模具内，振动成型、脱模，冷却后得B品环...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹铜华，邹建明，
申请(专利权)人：贵州铝城铝业原材料研究发展有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州,52