一种用于碳素阳极高温防氧化的涂层材料制造技术

本发明专利技术提出了一种用于碳素阳极高温防氧化的涂层材料，由以下组分组成：35

【技术实现步骤摘要】
一种用于碳素阳极高温防氧化的涂层材料


[0001]本专利技术涉及电解铝
，尤其涉及一种用于碳素阳极高温防氧化的涂层材料，用于提高电解铝用预焙阳极高温抗氧化性能，延长预焙阳极的使用周期。

技术介绍

[0002]在熔盐电解冶炼金属铝的过程中，预焙碳素阳极起着导电作用，同时参与电化学反应而不断被消耗，碳素阳极的质量好坏直接影响电解铝的质量和生产经济指标。电解槽熔盐电解质温度为930～960℃，预焙碳素阳极在电解槽中的温度高达450℃～900℃。碳素材料在450℃以上就会和周围的空气二氧化碳反应，生成二氧化碳，在电解槽内部主要充斥着大量空气以及阳极反应产生的高热二氧化碳，在高温条件下，一部分预焙碳素阳极被空气以及二氧化碳氧化，另外由于阳极内部选择性氧化造成部分炭颗粒脱落形成炭渣，因此造成了阳极额外消耗，降低了阳极使用周期，增加了生产成本。理论上生产1吨金属铝的碳阳极消耗量为334kg，但实际生产过程中由于阳极氧化消耗的存在，导致阳极净耗高达410
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450kg/t
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Al。在阳极表面涂覆一防氧化涂层以隔绝空气，降低阳极氧化是一种经济有效、简便易行的方法。
[0003]一般陶瓷或玻璃基体材料与碳素膨胀系数有较大的差异，具有脆性大、韧性不足的特点，因此由陶瓷或玻璃材料构成涂层应用在在碳素阳极高温防氧化领域有非常明显的缺点和不足，限制其防氧化效果。
[0004]申请号为200410022671.4名称为《铝电解用碳素阳极的抗氧化方法、抗氧化层及其涂覆方法》的中国专利技术专利，公开了一种防氧化涂层的制备方法，其配方以重量份计包括：5～60份以固含量计的氧化铝溶胶，粒径小于165μm的Al2O3粉末16～35份，粒径小于165μm的氧化硼粉末1～3份。该专利技术抗氧化涂层，虽然降低了一定的碳耗，但在电解槽高温环境下，涂层与基体碳的热膨胀率还有一定的差异，导致高温下涂层局部开裂氧化，由于阳极碳块为多孔材料，开裂氧化点会不断扩散，最终导致涂层失效，使其高温抗氧化性能的应用受到制约。
[0005]申请号为CN200710050550.4名称为《一种铝电解用碳素阳极抗氧化层及其涂覆方法》公开了一种包含底层、阻挡层和表层三种组份防氧化涂层配方，主要成分为：水性环氧树脂、含硼物质、氧化铝溶胶、氧化铝、拟薄水铝石，消泡剂等。该涂层使用较复杂，分为上中下三种组分涂层，每一层涂层需要喷涂2～3遍，每一遍需要间隔2～3小时，操作繁琐，处理时间较长，在工业应用阶段难以操作实施。所采用的粘接剂为水性环氧树脂，常温具有良好的粘接性能，但是其耐高温和持久性较差，150℃开始挥发，在400℃开始碳化挥发出有毒气体，破坏涂层致密性，产生微孔，影响涂层性能，同时对环境造成不良影响。高温下挥发性组分充分挥发后，残余氧化铝成分脆性大、缺乏韧性，因此长时间承受高温后，抗热震性能会显著降低。预焙阳极周期一般为30天以上，要求涂层材料在电解槽500～950℃高温环境长达一个月的时间范围内有效，该涂层体系持久性较差，影响工业应用效果。

技术实现思路

[0006]为了克服现有涂层材料膨胀系数与碳素不匹配，抗热振性能差、涂层持久性差，防氧化效果不明显等问题，本专利技术提出一种用于碳素阳极高温防氧化的涂层材料，具有良好的韧性、较强的结合力以及较强的抗热震性能，同时具有施工方便，常温固化、低温致密化、无毒环保、持久有效等特点，能够显著降低碳素阳极高温氧化烧损，延长阳极使用周期。
[0007]本专利技术的技术方案是这样实现的：一种用于碳素阳极高温防氧化的涂层材料，由以下组分组成：35
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55wt％无机结合剂、30
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60wt％复合陶瓷填料、1
‑
10wt％催化剂、0
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1wt％烧结剂和1
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10wt％增韧剂。
[0008]进一步地，所述无机结合剂包括40～70wt％铝溶胶、0～50wt％硅溶胶和0～30wt％复合硅酸盐溶液；所述复合硅酸盐溶液包括25～35wt％硅酸钠、0.5～2wt％氢氧化铝和63～74.5wt％水。
[0009]进一步地，所述复合硅酸盐溶液的制备方法如下：将25～35wt％硅酸钠、0.5～2wt％氢氧化铝和63～74.5wt％水混合后，在100℃～120℃时，搅拌反应10～20h，获得复合硅酸盐溶液。
[0010]进一步地，硅酸钠的模数为2～3，氢氧化铝的中值粒径D50均小于10μm；铝溶胶：纯度≥99.99％，固体含量30％，PH值2～3，粒径5～10纳米；硅溶胶：固体含量25％，粒径≤10纳米，PH值2～4。
[0011]进一步地，所述复合陶瓷填料包括氧化铝粉、氢氧化铝粉、蓝晶石粉、珍珠陶土、埃洛石、莫来石粉、硅酸铝粉和钠长石粉中的一种或多种。
[0012]进一步地，氧化铝粉粒度为0.5～150μm，中值粒径D50＝1μm，α晶型含量98％以上；氢氧化铝粉、蓝晶石粉、珍珠陶土、埃洛石、莫来石粉、硅酸铝粉、钠长石粉的中值粒径D50均小于20μm。
[0013]进一步地，所述催化剂包括70～100wt％冰晶石、0～30wt％氟化铝和0～30wt％氟化锂；冰晶石、氟化铝、氟化锂均为粉体，且中值粒径D50<20μm。
[0014]进一步地，所述烧结剂为纳米氧化钇，纳米氧化钇的中值粒径D50<800nm。
[0015]进一步地，所述增韧剂包括50～80wt％莫来石晶须、0～20wt％硅酸钇晶须和0～50wt％硅酸铝纤维。
[0016]进一步地，莫来石晶须直径0.5
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10μm，长度50
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100μm；硅酸钇晶须直径5
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10μm，长度50
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150μm；硅酸铝纤维直径10
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20μm，长度300
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500μm。
[0017]一种用于碳素阳极高温防氧化的涂层材料的制备方法，包括以下步骤：将无机结合剂、复合陶瓷填料、催化剂、烧结剂和增韧剂混合均匀，得到涂层材料。混合时间为10～20分钟。
[0018]本专利技术的有益效果：
[0019]1、本专利技术显著提高了涂层材料与碳素基底的膨胀系数匹配性，抗热振性能差以及涂层持久性；本专利技术采用催化剂、烧结剂、增韧剂、无机结合剂与复合陶瓷填料在一定温度下协同作用的方式，全面提升涂层性能。复合陶瓷填料中氢氧化铝粉、蓝晶石粉、珍珠陶土、埃洛石、莫来石粉、硅酸铝粉、钠长石粉等组分都具有耐高温的特点，且具有不同的热膨胀特性，通过上述组分协同配合制备的复合陶瓷填料，可使涂层材料的热膨胀特性适应碳素基底。例如，蓝晶石粉体具有耐火度高，体积膨胀性大，高温一次永久性膨胀特性，适量添加
可以减少涂层材料降温收缩，进而提高涂层抗热震性能。
[0020]2、采用莫来石晶须、硅酸钇晶须、硅酸铝纤维都具有耐高温性能，同时具有较高的长径比，呈现纤维状，具有较高韧性，在高温下能够和涂层组分充分烧结，作为增韧剂，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于碳素阳极高温防氧化的涂层材料，其特征在于，由以下组分组成：35
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55wt％无机结合剂、30
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60wt％复合陶瓷填料、1
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10wt％催化剂、0
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1wt％烧结剂和1
‑
10wt％增韧剂。2.根据权利要求1所述的一种用于碳素阳极高温防氧化的涂层材料，其特征在于，所述无机结合剂包括40～70wt％铝溶胶、0～50wt％硅溶胶和0～30wt％复合硅酸盐溶液；所述复合硅酸盐溶液包括25～35wt％硅酸钠、0.5～2wt％氢氧化铝和63～74.5wt％水。3.根据权利要求2所述的一种用于碳素阳极高温防氧化的涂层材料，其特征在于，所述复合硅酸盐溶液的制备方法如下：将25～35wt％硅酸钠、0.5～2wt％氢氧化铝和63～74.5wt％水混合后，在100℃～120℃时，搅拌反应10～20h，获得复合硅酸盐溶液。4.根据权利要求1所述的一种用于碳素阳极高温防氧化的涂层材料，其特征在于，所述复合陶瓷填料包括氧化铝粉、氢氧化铝粉、蓝晶石粉、珍珠陶土、埃洛石、莫来石粉、硅酸铝粉和钠长石粉中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种用于碳素阳极高温防氧化的涂层材料，其特征在于，所述催化剂包括70～100wt％冰晶石、0～30wt％氟化铝和0～30wt％氟化锂；冰...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡国静，冯刚军，
申请(专利权)人：河南绿添和节能环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：