一种铝电解用石墨化阴极炭块及其制备方法技术

本申请公开了一种铝电解用石墨化阴极炭块及其制备方法，按照质量份数配比称取原料，电锻无烟煤为15

【技术实现步骤摘要】
一种铝电解用石墨化阴极炭块及其制备方法


[0001]本专利技术属于铝电解
，尤其涉及一种铝电解用石墨化阴极炭块及其制备方法。

技术介绍

[0002]铝电解法作为生产铝的主要方法之一，在铝电解槽内，阴阳极通入强大的电流，在950℃左右的高温下电解生产率。目前主要的阴极材料有普通阴极炭块、半石墨质阴极炭块和全石墨质阴极炭块。
[0003]随着近几年来，铝电解槽朝着高电流密度、大电流强度、大型化方向发展，阴极炭块发展迎合了铝电解槽的发展，主要体现在其导电性、导热性、抗热震性、抗钠侵蚀性、耐磨性、体积密度、真密度、抗压强度的不断改善，同时在规格尺寸上也逐渐满足铝电解槽设计的需要。作为铝电解槽导电体和衬底材料的阴极碳块应具有良好的导电性和对电解液具有较高耐腐蚀性。但是传统的阴极炭块具有较高的电阻率，具有极大的压降，增加了反应能耗。除此之外，传统的阴极炭块其机械强度较低，抵抗电解质溶液的侵蚀能力较差。通常这些阴极炭块的寿命较短，电池的寿命通常取决于阴极块。大型预焙电池的平均寿命较短，从1300天到1500天，甚至小于1000天。因此，为解决上述问题，改变石墨化阴极碳块的制备工艺和配方，提高其热稳定性和化学稳定性高，并使其具有较高的导电性和超导性是当前研究中重点。
[0004]本专利技术旨在制备工艺中添加金属离子和新型助剂，增强石墨化阴极炭块导电性能和抗腐蚀性能，提高阴极炭块整体寿命。这是本专利技术的主要目的。

技术实现思路

[0005]解决的技术问题：
[0006]针对现有技术的不足，本申请提供了一种铝电解用石墨化阴极炭块及其制备方法，解决了目前存在的阴极炭块电阻率较高，抗腐蚀性能较差，阴极炭块整体寿命较短等难题。
[0007]技术方案：
[0008]为实现上述目的，本申请通过以下技术方案予以实现：
[0009]一种铝电解用石墨化阴极炭块，由下述质量份数配比的原料组成：电锻无烟煤15
‑
45份；锻后石油焦40
‑
60份；改质沥青15
‑
20份；石墨碎10
‑
15份；NbN添加剂5
‑
10份；H3BO3添加剂0
‑
10份。
[0010]优选的，所述电锻无烟煤和锻后石油焦粒度≤6mm。
[0011]优选的，所述电锻无烟煤是无烟煤经高温石墨化炉1300
‑
1800℃煅烧得到，锻后石油焦是石油焦经高温石墨化炉2000℃煅烧得到。
[0012]优选的，所述改质沥青为改质沥青β
‑
树脂。
[0013]优选的，所述NbN添加剂和H3BO3添加剂均为化学纯。
[0014]本申请还公开了铝电解用石墨化阴极炭块的制备方法，该方法步骤如下：
[0015]S1：对电锻无烟煤和锻后石油焦进行破碎；
[0016]S2：将破碎后的电锻无烟煤和锻后石油焦筛分到6mm以下；
[0017]S3：按照质量份数配比，将电锻无烟煤，锻后石油焦，NbN添加剂和H3BO3添加剂放入混捏锅；
[0018]S4：在转速为30r/min，温度为130
‑
150℃下干混5
‑
10min；
[0019]S5：将混捏锅升温至180℃时，加入80％的改质沥青，转速30r/min，温度为180
‑
200℃下湿混60
‑
80min；
[0020]S6：将湿混好的样装入振动成型机成型，成型规格为Ф60mm
×
120mm；
[0021]S7：对成型好的样品进行焙烧，一次焙烧温度为1000
‑
1200℃，焙烧时间为12h，然后用20％的改质沥青高压浸渍，二次焙烧温度为1800
‑
1900℃，焙烧时间为10h；
[0022]S8：对焙烧过后的样品进行振动成型机成型，规格为Ф30mm
×
40mm，得到成品。
[0023]优选的，所述高压浸渍压力为1.5
‑
1.8MPa，保压时间为6h。
[0024]专利技术原理：
[0025]阴极炭块中加入有机粘合剂H3BO3，能够提高炭块内部连接的紧密程度，大大增加炭块的机械强度，增强阴极炭块对电解质溶液中钠离子的抗侵蚀能力，显著提高阴极炭块的寿命。向阴极炭块中添加NbN，这是由过渡元素和氮直接化合生成的金属型氮化物。氮原子占据金属晶格中的空位，是典型的B
‑
1型化合物。这种化合物一般都是硬度大、熔点高、化学性质稳定，并有导电性。阴极炭块中加入NbN，能显著提高其热稳定性和化学稳定性高，并使其具有较高的导电性和超导性。
[0026]有益效果：
[0027]本申请提供了一种铝电解用石墨化阴极炭块及其制备方法，具备以下有益效果：
[0028]1、提供一种高电导石墨化阴阴极炭块材料及其应用。首次在阴极炭块内加入NbN，使炭块具有优异的导电性能，减少了阴极的压降，大大减少了功率的消耗。
[0029]2、金属Nb的加入显著提高了阴极炭块的机械强度和耐腐蚀性能，同时提高了其抗磨损性能，减少了铝电解液对其的侵蚀作用。
[0030]3、使用H3BO3作为添加剂，催化材料石墨化，增加了材料的致密性、导电性和强度。
[0031]4、材料的电阻率为能达到3μΩ/m以下，相比目前阴极碳块的30μΩ/m左右的电阻率，能够显著降低，耐压强度最高能达到35MPa，较目前工艺水平有所提升。
附图说明：
[0032]图1为本申请实施例3铝电解用石墨化阴极炭块的电镜图；
[0033]图2为本申请实施例4铝电解用石墨化阴极炭块的电镜图；
[0034]图3为本申请对比例1高电导率石墨化阴极炭块的电镜图；
[0035]图4为本申请对比例2高电导率石墨化阴极炭块的电镜图.
具体实施方式
[0036]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的
实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0037]实施例1：
[0038]一种铝电解用石墨化阴极炭块，由下述质量份数配比的原料组成：电锻无烟煤25份；锻后石油焦45份；改质沥青15份；石墨碎10份；NbN添加剂5份，电锻无烟煤和锻后石油焦粒度≤6mm；锻无烟煤是无烟煤经高温石墨化炉1300
‑
1800℃煅烧得到，锻后石油焦是石油焦经高温石墨化炉2000℃煅烧得到，降低了其电阻率，增加了其密度和强度；改质沥青为改质沥青β
‑
树脂，作为粘结剂，使各组分紧密粘合在一起；NbN添加剂为化学纯。
[0039]本申请还公开了铝电解用石墨化阴极炭块的制备方法，该方法步骤如下：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝电解用石墨化阴极炭块，其特征在于，由下述质量份数配比的原料组成：电锻无烟煤15
‑
45份；锻后石油焦40
‑
60份；改质沥青15
‑
20份；石墨碎10
‑
15份；NbN添加剂5
‑
10份；H3BO3添加剂0
‑
10份。2.根据权利要求1所述铝电解用石墨化阴极炭块，其特征在于：所述电锻无烟煤和锻后石油焦粒度≤6mm。3.根据权利要求1所述铝电解用石墨化阴极炭块，其特征在于：所述电锻无烟煤是无烟煤经高温石墨化炉1300
‑
1800℃煅烧得到，锻后石油焦是石油焦经高温石墨化炉2000℃煅烧得到。4.根据权利要求1所述铝电解用石墨化阴极炭块，其特征在于：所述改质沥青为改质沥青β
‑
树脂。5.根据权利要求1所述的铝电解用石墨化阴极炭块，其特征在于：所述NbN添加剂和H3BO3添加剂均为化学纯。6.一种权利要求1
‑
5任一所述的铝电解用石墨化阴极炭块的制备方法，其特征在于，该方法步骤如下：S1：对电锻无烟煤和锻后石油焦进...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜秉仁，褚睿智，颜智华，马子杰，李晓，李鹏程，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：