一种电解铝预焙阳极钢爪防腐涂料及制备方法与流程

本发明涉及新材料领域，具体涉及一种电解铝预焙阳极钢爪防腐涂料及制备方法。

背景技术：

电解铝所用的阳极钢爪的爪腿插入嵌固在碳素阳极的碳碗之中，向碳碗与阳极钢爪的缝隙中浇铸磷铁水，作为连接阳极与铝导杆的强电流导体，同时起到支撑和联接铝导杆的作用。阳极钢爪在300-950℃高温下处在空气、氟化氢及高浓度CO₂的气氛中，不断受到强腐蚀性熔融冰晶石蒸汽的腐蚀，缩短了钢爪的使用周期，有研究表明阳极钢爪氧化腐蚀自700℃就进入了加速腐蚀状态。在阳极钢爪与碳电极中，磷铁环结合部以上的爪腿部分是最容易被腐蚀、氧化的部位，最终生成氧化铁与四氧化三铁，二者混合形成黑色的氧化物，黑色氧化物易脱落并混合于铝电解槽覆盖料之中，随着覆盖料在电解槽中的循环往复最终进入铝液，使铝液中铁含量升高，铝液品位下降，降低了阳极钢爪的使用周期，同时Fe³⁺与Fe²⁺离子的循环放电，一定程度的降低了电流效率，给生产带来了不利影响。

针对阳极钢爪氧化腐蚀的问题，常见的有碳素保护环、氧化铝保护环、铝管保护等多种方法。碳素保护环和氧化铝保护环都是为了提高阳极使用周期，减少换极数量，降低阳极残极剩余量，提高阳极利用率为目的。虽然碳素保护环能较好的保护阳极钢爪，但是引入系统的碳素会污染电解质，增加电解质电阻，使电解铝能耗增加；氧化铝保护环采用电解铝生产用原料氧化铝做保护环基材，虽然解决了碳素保护环对电解质冰晶石再利用的碳污染问题，但氧化铝保护环结构较疏松，并不能很好的隔离钢爪与空气、高浓度二氧化碳及强腐蚀电解质蒸汽，因此对阳极钢爪的保护作用有限，所以一种能够克服上述缺陷的、解决阳极钢爪氧化腐蚀问题的方法可以有效延长阳极钢爪的寿命，消除钢爪氧化腐蚀对生产的不利影响。

技术实现要素：

本发明的目的是针对目前铝电解存在的问题，提供一种电解铝预焙阳极钢爪防腐涂料及其制备方法，该涂料可解决铝电解生产过程中钢爪使用周期短以及铝液中铁含量偏高以及阳极钢爪的高温氧化消耗和电解质蒸汽腐蚀的问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种电解铝预焙阳极钢爪防腐涂料的制备方法,包括原料的选取和加工，所述原料按重量百分比由陶瓷基组元28-42%、催化成膜组元18-28%、碱金属协同催化组元8-12%、稀土催化组元0.5-1%和余量的水组成；其中陶瓷基组元为三氧化二铝，催化成膜组元由钾长石粉和氟化钠加工而成，碱金属协同催化组元为氢氧化钠,稀土催化组元为含钇稀土矿。

作为优选的，所述催化成膜组元的制作工艺是：将钾长石、氟化钠和含钇稀土矿混合，并对混合物依次进行球磨、煅烧、冷却、加水球磨水洗、离心脱水和干燥得到催化成膜组元与稀土催化组元的混合物A。

作为优选的，所述钾长石和氟化钠按质量比3：1混合。

作为优选的，将混合物首先进行1-3h的球磨至粒度小于3000目，再在830-850℃煅烧4h，然后冷却至250℃以下。

作为优选的，所述干燥是在120℃干燥1-2h至水含量低于0.5%，然后再次球磨1-3h。

作为优选的，向混合物A中加入碱金属协同催化组元得到混合物B，对混合物B进行球磨、熔烧和水淬得到水淬珠。

作为优选的，所述对混合物B进行球磨、熔烧是对混合物B进行1-3h的球磨至粒径小于325目后，在900-1100℃进行高温熔烧。

作为优选的，将水淬珠与水混合后，经热压水热溶出，得到液相产物：催化成膜组元、稀土催化组元、碱金属协同催化组元与水的混合物C，将混合物C与陶瓷基组元搅拌混合，制得电解铝预焙阳极钢爪防腐涂料。

作为优选的，所述热压水热的温度为270℃-350℃，压力为5.5-16.5MPa。

一种电解铝预焙阳极钢爪防腐涂料，按重量百分比由陶瓷基组元28-42%、催化成膜组元18-28%、碱金属协同催化组元8-12%、稀土催化组元0.5-1%和余量的水组成；其中陶瓷基组元为三氧化二铝，催化成膜组元由钾长石粉和氟化钠加工而成，碱金属协同催化组元为氢氧化钠,稀土催化组元为含钇稀土矿。

本发明防腐涂料在常温下涂覆在阳极钢爪表面，固化后启动铝电解装置，固化后的涂料在高温下被烧结为致密结构，形成一个完整的高强度烧结隔离层，从而阻隔空气、氟化氢及高浓度CO₂。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明公开的阳极钢爪防腐涂料是一种涂覆在阳极钢爪表面的防腐涂料，在钢爪表面被烧结为致密结构，形成一个完整的高强度烧结隔离层，本发明具备常温固化、施工方便、无毒、耐高温、防腐性能优异，致密度高、附着力好、不粘等优点，随着温度的逐渐升高，晶粒收缩晶缝降低，最终形成致密的网状结构，抵御空气、氟化氢气体及高浓度CO₂的侵蚀，达到防止钢爪腐蚀的目的。

附图说明

图1为本发明电解铝预焙阳极钢爪防腐涂料制备的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

一种电解铝预焙阳极钢爪防腐涂料的制作方法，其中原料包括：

陶瓷基组元：280kg 三氧化二铝；

催化成膜组元：210kg钾长石粉和70kg氟化钠的混合物；

碱金属协同催化组元：120kg氢氧化钠；

稀土催化组元： 10kg钪钇石；

水：310kg。

制作方法是将称取的钪钇石、钾长石粉和氟化钠在常温下投加于球磨机中，连续球磨2h至粒度小于3000目，再将其置于回转窑中在830-850℃煅烧4h，产物冷却至250℃以下后，投入球磨水洗机，将可溶部分溶解，最后离心脱水，在120℃下干燥1-2h至水含量低于0.5%，然后再次球磨1-3h，得到催化成膜组元与稀土催化组元的混合物；

将氢氧化钠120kg加入上述混合物中，并进行混合球磨至粒径小于325目，投入回转窑中900-1100℃熔烧2h，熔烧产物倒入冷水中，水淬制得水淬珠；

将310kg水与约410kg水淬珠混合后装入压力搅拌釜中热压水热溶出反应4h，反应条件270-350℃，5.5-16.5MPa，制得催化成膜组元、稀土催化组元、碱金属协同催化组元与水的混合液相产物约720kg；

将上述制得的催化成膜组元、稀土催化组元、碱金属协同催化组元的混合液相产物720kg，与280kg陶瓷基组元三氧化二铝投入混合搅拌釜，充分搅拌1h，得到产品电解铝预焙阳极钢爪防腐涂料1000kg。

实施例2：

一种电解铝预焙阳极钢爪防腐涂料的制作方法，其中原料包括：

陶瓷基组元：350kg三氧化二铝；

催化成膜组元：172.5kg 钾长石粉和57.5kg氟化钠的混合物；

碱金属协同催化组元：100kg氢氧化钠；

稀土催化组元： 5kg钪钇石；

水：315kg。

制作方法是将称取的钪钇石、钾长石粉和氟化钠在常温下投加于球磨机中，连续球磨2h至粒度小于3000目，再将其置于回转窑中在830-850℃煅烧4h，产物冷却至250℃以下后，投入球磨水洗机，将可溶部分溶解，最后离心脱水，在120℃下干燥1-2h至水含量低于0.5%，然后再次球磨1-3h，得到催化成膜组元与稀土催化组元的混合物；

将氢氧化钠100kg加入上述混合物中，并进行混合球磨至粒径小于325目，投入回转窑中900-1100℃熔烧2h，熔烧产物倒入冷水中，水淬制得水淬珠；

将315kg水与约335kg水淬珠混合后装入压力搅拌釜中热压水热溶出反应4h，反应条件270-350℃，5.5-16.5MPa，制得催化成膜组元、稀土催化组元、碱金属协同催化组元与水的混合液相产物约650kg；

将上述制得的催化成膜组元、稀土催化组元、碱金属协同催化组元的混合液相产物650kg，与350kg陶瓷基组元三氧化二铝投入混合搅拌釜，充分搅拌1h，得到产品电解铝预焙阳极钢爪防腐涂料1000kg。

实施例3：

一种电解铝预焙阳极钢爪防腐涂料的制作方法，其中原料包括：

陶瓷基组元：420kg 三氧化二铝；

催化成膜组元：135kg钾长石粉和45kg氟化钠的混合物；

碱金属协同催化组元：80kg氢氧化钠；

稀土催化组元：7.5kg钪钇石；

水：312.5kg。

制作方法是将称取的钪钇石、钾长石粉和氟化钠在常温下投加于球磨机中，连续球磨2h至粒度小于3000目，再将其置于回转窑中在830-850℃煅烧4h，产物冷却至250℃以下后，投入球磨水洗机，将可溶部分溶解，最后离心脱水，在120℃下干燥1-2h至水含量低于0.5%，然后再次球磨1-3h，得到催化成膜组元与稀土催化组元的混合物；

将氢氧化钠80kg加入上述混合物中，并进行混合球磨至粒径小于325目，投入回转窑中900-1100℃熔烧2h，熔烧产物倒入冷水中，水淬制得水淬珠；

将312.5kg水与约267.5kg水淬珠混合后装入压力搅拌釜中热压水热溶出反应4h，反应条件270-350℃，5.5-16.5MPa，制得催化成膜组元、稀土催化组元、碱金属协同催化组元与水的混合液相产物约580kg；

将上述制得的催化成膜组元、稀土催化组元、碱金属协同催化组元的混合液相产物580kg，与420kg陶瓷基组元三氧化二铝投入混合搅拌釜，充分搅拌1h，得到产品电解铝预焙阳极钢爪防腐涂料1000kg。

实施例4：

一种电解铝预焙阳极钢爪防腐涂料的制作方法，其中原料包括：

陶瓷基组元：350kg 三氧化二铝；

催化成膜组元：172.5kg 钾长石粉和57.5kg氟化钠的混合物；

碱金属协同催化组元：100kg氢氧化钠；

稀土催化组元： 5kg钪钇石；

水：315kg。

制作方法是将称取的钪钇石、钾长石粉和氟化钠在25℃下投加于球磨机中，连续球磨2h至粒度小于3000目，再将其置于回转窑中在840℃煅烧4h，产物冷却至250℃后，投入球磨水洗机，将可溶部分溶解，最后离心脱水，在120℃干燥1.5h至水含量为0.5%，然后再次球磨2h，得到催化成膜组元与稀土催化组元的混合物；

将氢氧化钠100kg加入上述混合物中，并进行混合球磨至粒径小于325目，投入回转窑中1000℃熔烧2h，熔烧产物倒入冷水中，水淬制得水淬珠；

将315kg水与约335kg水淬珠混合后装入压力搅拌釜中热压水热溶出反应4h，反应条件300℃，10.5MPa，制得催化成膜组元、稀土催化组元、碱金属协同催化组元与水的混合液相产物约650kg；

将上述制得的催化成膜组元、稀土催化组元、碱金属协同催化组元的混合液相产物650kg，与350kg陶瓷基组元三氧化二铝投入混合搅拌釜，充分搅拌1h，得到产品电解铝预焙阳极钢爪防腐涂料1000kg。

实施例5：

一种电解铝预焙阳极钢爪防腐涂料的制作方法，其中原料包括：

陶瓷基组元：350kg 三氧化二铝；

催化成膜组元：172.5kg 钾长石粉和57.5kg氟化钠的混合物；

碱金属协同催化组元：100kg氢氧化钠；

稀土催化组元： 5kg钪钇石；

水：315kg。

制作方法是将称取的钪钇石、钾长石粉和氟化钠在常温下投加于球磨机中，连续球磨2h至粒度小于3000目，再将其置于回转窑中在830℃煅烧4h，产物冷却至2450℃后，投入球磨水洗机，将可溶部分溶解，最后离心脱水，在120℃干燥1h至水含量0.5%，然后再次球磨1h，得到催化成膜组元与稀土催化组元的混合物；

将氢氧化钠100kg加入上述混合物中，并进行混合球磨至粒径小于325目，投入回转窑中900℃熔烧2h，熔烧产物倒入冷水中，水淬制得水淬珠；

将315kg水与约335kg水淬珠混合后装入压力搅拌釜中热压水热溶出反应4h，反应条件270℃，5.5MPa，制得催化成膜组元、稀土催化组元、碱金属协同催化组元与水的混合液相产物约650kg；

将上述制得的催化成膜组元、稀土催化组元、碱金属协同催化组元的混合液相产物650kg，与350kg陶瓷基组元三氧化二铝投入混合搅拌釜，充分搅拌1h，得到产品电解铝预焙阳极钢爪防腐涂料1000kg。

实施例6：

一种电解铝预焙阳极钢爪防腐涂料的制作方法，其中原料包括：

陶瓷基组元：350kg 三氧化二铝；

催化成膜组元：172.5kg 钾长石粉和57.5kg氟化钠的混合物；

碱金属协同催化组元：100kg氢氧化钠；

稀土催化组元： 5kg钪钇石；

水：315kg。

制作方法是将称取的钪钇石、钾长石粉和氟化钠在常温下投加于球磨机中，连续球磨2h至粒度小于3000目，再将其置于回转窑中在850℃煅烧4h，产物冷却至250℃后，投入球磨水洗机，将可溶部分溶解，最后离心脱水，在120℃下干燥2h至水含量0.45%，然后再次球磨3h，得到催化成膜组元与稀土催化组元的混合物；

将氢氧化钠100kg加入上述混合物中，并进行混合球磨至粒径小于325目，投入回转窑中1100℃熔烧2h，熔烧产物倒入冷水中，水淬制得水淬珠；

将315kg水与约335kg水淬珠混合后装入压力搅拌釜中热压水热溶出反应4h，反应条件350℃，16.5MPa，制得催化成膜组元、稀土催化组元、碱金属协同催化组元与水的混合液相产物约650kg；

将上述制得的催化成膜组元、稀土催化组元、碱金属协同催化组元的混合液相产物650kg，与350kg陶瓷基组元三氧化二铝投入混合搅拌釜，充分搅拌1h，得到产品电解铝预焙阳极钢爪防腐涂料1000kg。

涂有本发明防腐涂料的阳极钢爪在实际生产中应用了三个月无任何被腐蚀的痕迹，相比于现有技术中的碳素保护环、氧化铝保护环、铝管保护等多种方法均有显著地优势，其防腐能力甚至优于现有的专门防腐的涂料。在上述6个实施例中，实施例4方法得到的电解铝预焙阳极钢爪防腐涂料防腐效果最好，在300-950℃高温下以及空气、氟化氢及高浓度CO2的气氛中1年也无任何被腐蚀的痕迹。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。