一种高效硅硼体系浸渍剂配方及其制备与应用工艺组成比例

本发明专利技术公开了一种硅硼体系浸渍剂，是由0.001%

【技术实现步骤摘要】
一种高效硅硼体系浸渍剂配方及其制备与应用工艺


[0001]本专利技术涉及以煤炭、碳粉、石油焦、沥青焦等无定型碳原料中的一种或多种原料混合压制成型并经烧结定型的碳素或石墨材料的浸渍剂
，尤其是一种电解铝阳极炭块用浸渍剂，具体涉及一种高效硅硼体系浸渍剂配方及其制备与应用工艺。

技术介绍

[0002]电解铝使用的阳极是以石油焦、沥青焦为骨料，煤沥青为黏结剂制造而成，这种炭块经过长时间焙烧，具有稳定的几何形状，所以也称预焙阳极炭块。在电解铝中预焙阳极被业内人士称为铝电解槽的“心脏”，吨铝消耗500公斤，在行业总成本中预焙阳极占比10.29%。研究表明，在阳极消耗中有33%为无效消耗，无效消耗主要来源于以下几个方面：1、热阳极表面在空气中的氧化；2、阳极局部物质反应能力的差别造成的掉渣与粉尘现象；3、气体侵入多孔的炭阳极内部时，在气孔处发生的无效反应；4、最终的残极损耗量。
[0003]在预焙阳极炭块烧结成型后，为降低阳极无效消耗，提高预焙阳极炭块的使用寿命，还需对阳极炭块进行进一步的处理，这些处理方法包括：1、浸渍增重，利用浸渍剂填充阳极炭块中的间隙，增加单位体积中阳极炭块的重量，从而变相的延长炭块的使用寿命；2、涂层隔绝，通过铝基材料涂层喷涂在阳极上形成不渗透的物理屏障；或者换新阳极后将液浴涂在表面，凝固后形成涂层；利用涂层隔绝气体以减少无效反应；3、通过添加硼等化学物质降低碳固有的反应性。上述三种处理方案中，前两者主要是采用物理方式进行封堵或隔绝。第三种则主要利用化学方式，利用了硼对石墨氧化的化学影响，其作用机制大致可概括如下：1、石墨上的电位被硼取代从而降低反应活性；2、硼促进更大的石墨晶体形成，而较大石墨晶体对氧的反应性弱；3、石墨表面形成了氧化硼膜，使得活性位点被堵塞。然而，研究表明要通过第三种方案达到预期效果，硼的添加水平需要非常高，至少在1000ppm以上，这将使得生产成本大大增加。同时，从上述机理性分析可知，硼是在石墨化结构中进行替代来发挥作用，而在炭阳极的制造过程中，由于阳极焙烧温度远低于石墨化温度，无法发生明显的石墨化，因此该过程中硼的作用是有限的。
[0004]而通过氧化硼涂层来保护炭阳极，实际工艺过程可以用水溶液浸渍炭阳极，在现有技术中，已经实现通过含硼浸渍剂在阳极表面涂覆形成保护膜来达到保护阳极的作用，其通过形成覆盖炭阳极表面以及表面开口微孔的内表面的涂层，使炭阳极在高温下具有抵抗空气和 CO2扩散及反应的能力，但在应用过程中我们发现该方法保护效果有限，其根源在于，现有的含硼浸渍剂无法有效的浸入到阳极炭块的内部，只能停留在阳极炭块的表面或者较浅的表层形成保护膜，且现有的浸渍技术难以使浸渍剂深入到阳极的核心中，一般只能通过延长浸渍时间来增加浸渍的深度，但这些方法不仅增加了生产成本，降低了生产效率，且处理时间过长还会导致阳极对硼的吸收率过高，从而影响到最终产品的纯度，无法达到工业化生产。
[0005]因此，本申请旨在提供一种新的浸渍剂，使用该浸渍剂并配合相应的工艺，可以使浸渍剂深入到阳极的内部中，大副度降低阳极炭块的无效反应，节约资源。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是解决上述的技术问题而提供一种高效硅硼体系浸渍剂配方及其制备与应用工艺，使用该浸渍剂，并利用真空浸渍的方式，可以将形成硅硼体系的浸渍剂有组织的完全浸入到炭阳极的内部孔隙中去，克服现有技术中浸渍时间过长、浸渍深度不够、原料成本过高和产品纯度不理想的问题，并有效处理阳极炭块内部孔隙通道所带来的无效氧化问题，以及阳极炭块掉渣现象。
[0007]本专利技术为解决技术问题所采取的技术方案是：一种高效硅硼体系浸渍剂配方，按质量分数计，主要由以下组分组成：硅系物0.001
‑
10wt%；硼系物0.001
‑
10wt%；助剂不大于10wt%；剩余量均为水。
[0008]进一步的，浸渍剂主要由以下组分组成：硅系物0.1
‑
5wt%；硼系物0.1
‑
5wt%；助剂不大于10wt%；剩余量均为水。
[0009]进一步的，硅系物为硅酸盐、硅胶、胶体二氧化硅中的一种或多种。
[0010]进一步的，硼系物为硼砂、硼酸、偏硼酸盐中的至少一种。
[0011]进一步的，助剂为增稠剂，具体为氯化铵、二乙醇胺氯化物中的一种或多种。根据实际要求通过调整增稠剂用量使浸渍剂粘度控制在0.01
‑
10Pa
·
s。
[0012]本专利技术中的高效硅硼体系浸渍剂为一种溶液，是由硅系物、硼系物以及其他助剂经过一定配比进行调和而成，溶液具有合适的粘度，使得在浸渍时，浸渍剂能够深入到阳极炭块的内部核心处，且干燥后浸渍剂组分不易从炭块孔隙中溢出。在高温下，浸渍剂可在阳极炭块内部空隙处形成致密的氧化硼抗氧化薄膜，该薄膜具有一定的粘结力，而浸渍剂中的硅系物则可以通过改善氧化硼薄膜与炭阳极的粘附性来增强（氧化硼薄膜）抗氧化性，能够有效防止孔隙通道内氧气与阳极炭块接触，降低阳极炭块的空气反应性，高温下聚合反应形成的硅硼碳体系在阳极炭块孔隙内形成了稳定的网状结构，从而有效防止阳极炭块掉渣的现象。
[0013]本专利技术的技术方案还包括上述高效硅硼体系浸渍剂的制备方法，具体包括如下步骤：第一步，根据浸渍剂中各组份的质量分数要求计算出各组份所需原料的质量，称量出相应重量的原料，并分别保存备用；第二步，在室温下先将硼系物原料与适量水混合均匀，并以30
‑
150rpm的搅拌速度进行搅拌，得到溶液Ⅰ；第三步，保持上一步的搅拌速度，将称量好后的硅系物原料平均分为多份，向溶液Ⅰ中分批次加入硅系物，每次加入的间隔时间为6分钟，加入完毕后得到溶液Ⅱ；第四步，向溶液Ⅱ中加入助剂使溶液的粘度达到0.01
‑
10Pa
·
s，再以30
‑
200rpm进行搅拌5
‑
60min，即得到硅硼体系浸渍剂。
[0014]本专利技术的技术方案还包括上述高效硅硼体系浸渍剂的应用方法，包括如下步骤：第一步、将预焙阳极炭块置于真空罐内，抽真空使真空度为0.01
‑
500Pa；第二步、向罐内注入所述浸渍剂，浸渍剂体积控制在超过浸渍体液面部分体积大于浸渍量的5%以上；所述浸渍体液面是指在容器内能够刚好淹没整个阳极炭块时的浸渍剂液面。第三步、向真空罐内施加小于0.6MPa的正压力，加压速率不小于4KPa/min，并保持该压力值浸渍0.1
‑
3h，在有效时间内使浸渍剂充填至整个阳极孔隙；进一步的，还包括第四步，即在第三步处理完成后，将阳极炭块取出，并以0.1—10 kg水/(h
·
kg无水物料)的干燥速率进行干燥，保证阳极表面及其以下不小于5cm的深度被完全干燥。
[0015]进一步的，还包括第五步，将经上一步处理后的阳极炭块转移至铝电解槽中，利用电解槽工作时槽内的高温继续处理阳极炭块。正常运作时，铝电解槽内不同高度的温度不同，其中底部温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效硅硼体系浸渍剂配方，其特征在于，按质量分数计主要由以下组分组成：硅系物0.001wt%
‑
10wt%；硼系物0.001wt%
‑
10wt%；助剂不大于10wt%；余物为水。2.根据权利要求1所述的一种高效硅硼体系浸渍剂配方，其特征在于，按质量分数计主要由以下组分组成：硅系物0.1wt%
‑
5wt%；硼系物0.2wt%
‑
5wt%；助剂不大于10wt%；剩余量均为水。3.根据权利要求1所述的一种高效硅硼体系浸渍剂配方，其特征在于，所述硅系物为硅酸盐、硅胶、胶体二氧化硅中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种高效硅硼体系浸渍剂配方及制备，其特征在于，所述硼系物为硼砂、硼酸、偏硼酸盐、硼硅酸盐中的至少一种。5.根据权利要求1所述的一种高效硅硼体系浸渍剂配方，其特征在于，所述助剂起到改性及增稠作用，助剂为无机盐类和无机凝胶矿物类试剂中的一种或多种。6.一种高效硅硼体系浸渍剂的制备方法，其特征在于：采用如权利要求1
‑
5任一项所述的高效硅硼体系浸渍剂配方，制备方法包括如下步骤：第一步，根据浸渍剂配方中各组份的质量分数要求计算出各组份所需原料的质量，称量出相应重量的原料，并分别保存；第二步，在室温下先将硼系物原料与水混合均匀，并以30
‑
200rpm的搅拌速度进行搅拌，得到溶液Ⅰ；第三步，保持上一步的搅拌速度，将称量好的硅系物原料分为多份，向溶液Ⅰ中分批次加入硅系物，每次加入间隔时间为6分钟，加入完毕后得到溶液Ⅱ...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄强，卢丰玉，黄治齐，
申请(专利权)人：湖南国发控股有限公司，
类型：发明
国别省市：