专利名称：硼化钛─碳复合层阴极碳块及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种铝电解工业用阴极材料及其制备方法。特别是涉及铝用电解槽的阴极碳块。
电解法制铝是全世界范围内制铝的唯一工业制铝方法，中国专利说明书CN162008A披露了铝电解槽阴极碳块及其制作方法，它主要是采用挤压成型、环式焙烧炉焙烧的方法生产整体为电段煤和煤沥青混合物的阴极碳块。现在还有普遍使用的半石墨碳块是由电煅煤和人造石墨加煤沥青混合焙烧而成，由于普通阴极碳块和半石墨阴极碳块具有电阻率低，热稳定性好，有一定的耐电解质和溶渣铁水腐蚀的能力，被广泛用于铝电解槽和冶金窑炉的内衬，特别是大量用作炼铝业电解槽的阴极材料。众多研究表明，在铝电解槽开动初期，特别是在电解开始的200分钟内钠及电解质对普通阴极碳块和半石墨块的渗透是快速的，它是引起碳块膨胀和变形，导致阴极碳块早期破损的关键原因，同时也是引起炉底电阻增大，阴极电压降升高的因素；再有普通阴极碳块和半石墨碳块其表面不易被铝液湿润，其不湿润性会使电解槽中的大量铝液呈汇聚状态，这种汇聚状态的铝与电磁力和粘滞力相作用，导致铝液的反复无常的波动与涡流旋转，这就容易使铝液层的铝进入电解质而参与二次反应或铝液层瞬间与阳极底掌接触造成短路，使电流效率降低。由此可见，采用整体为普通阴极碳块和半石墨碳块作炼铝电解槽的阴极材料仍具有一定的缺陷，会造成电能消耗高和电解槽使用期限缩短。硼化钛具有很好的导电性、热稳定性、抗腐蚀性能，对铝液的湿润性能好，与铝液的接触电阻小，且几乎不吸收电解质成份，一些厂家对硼化钛应用于铝电解槽阴极进行了研究，具体办法是在整体为普通阴极碳块或半石墨阴极碳块砌成的电解槽工作表面涂覆一层硼化钛糊，然后通过固化，随电解槽一起进行焙烧，使用这种方法的重要缺陷是涂层与碳块基体在电解槽焙烧启动过程中热膨胀收缩不一致，易造成深层剥离、脱落、使槽底不平整，不平整的槽底在铝液的冲刷下，进一步脱落，失去硼化钛的作用，反而造成铝制品品质的下降。
本发明的目的是研制出一种在半石墨碳块基体的铝液接触面一体化成型上一层硼化钛——碳复合层的阴极碳块，使之具有电阻率低、热稳定性好、耐电解质浸蚀，对铝液的湿润性好等特性。
本发明的技术内容主要是解决硼化钛——碳复合层的配方及其阴极碳块的制备方法问题，充分利用硼化钛材料的各种优良特性。第一硼化钛具有良好的惰性和导电性、热稳定性和抗腐蚀性能，一体化成型硼化钛——碳复合层阴极碳块的复合层具有抵抗钠和电解质渗透的持久作用，从而保持电极电阻率的稳定；第二硼化钛易被铝液湿润，使电解槽中的铝液不会呈现汇聚状态，从而避免发生二次反应或短路而降低电流效率，也使电解质沉淀不易吸附在阴极表面，因面不易生成结壳，槽内长期保持规整。
本发明的目的是这样实现的在振动成型生产半石墨阴极碳块过程中，直接在碳块基体面向铝液的表面上均布一硼化钛——碳糊层，经振动成型压制使该层与碳块基体紧密结合在一起，然后装入焙烧炉内一同焙烧，使二者成为结合一致的复合体，硼化钛——碳复合层作为电解槽的工作面。
半石墨阴极碳体基体配方重量百分组成是电煅无烟煤70～80％，人造石墨10～25％，粘结剂5～20％。
硼化钛——碳复合层配方重量百分组成是电煅无烟煤40～60％，硼化钛粉20～45％，粘结剂15～35％。
本发明的制备步骤如下1、取半石墨碳块基体和硼化钛——碳复合层骨料。
2、将上述两类骨料破碎、筛分、制粉、按重量百分比称重配料。
3、将粘结剂溶化后称量加于上述两种骨料中。
4、分别进行混捏。
5、先将半石墨块混料进行初步振动成型加工，再在其上层表面均布一层已混捏好的硼化钛——碳复合层配料，然后再进行一体化整体振动成型。
6、将成型好的硼化钛——碳复合层阴极碳块送入箱式焙烧炉中焙烧。
7、冷却后进行机加工。
8、检验、包装、入库。
其中关键是在半石墨碳块基体表面引入了硼化钛——碳复合层，复合层厚度为8～50mm。硼化钛一碳复合层中电煅无烟煤的粒度应小于2mm。混捏出糊料温度150℃，模具温度155～160℃，焙烧止火温度1300℃。所用粘结剂是由煤沥青、洗油、蒽油、煤焦油等中的两种或几种混合调制而成。
与已有技术相比，本发明有下列特点1、使用硼化钛——碳复合层阴极碳块砌筑的电解槽槽堂规整，使用后槽度无明显沉淀结壳，电解槽的使用寿命延长。
2、硼化钛——碳复合层阴极碳块砌筑的电解槽运行更平稳，电流效率增高，且节能降耗。
实施例半石墨块基体重量配方百分比组成为电煅无烟煤70％，人造石墨15％，粘结剂15％。
硼化钛——碳块复合层重量配方百分组成为电煅无烟煤52.2％，硼化钛粉28.8％，粘结剂19％。
制备步骤如下1、按上述配方的组成取半石墨碳块和硼化钛——碳复合层的骨料。
2、将上述两类骨料破碎、筛分、制粉、并按上述配方的重量百分比称重配料。
3、在两种已配好的的骨料中分别加入已配制好的粘结剂，粘结剂由煤沥青和蒽油各半混合组成，再分别送入混捏锅中充分混捏。
4、先将碳块基体混捏料送入振动成型机进行初步振动成型，再在其上层表面均布一层已混捏好的硼化钛——碳复合层配料，然后再进行一体化整体振动成型。
5、把成型好的硼化钛——碳复合层阴极碳块送入焙烧炉中焙烧。
6、冷却后进行机加工。
7、检验、包装、入库。
工艺控制半石墨碳块基体骨料的颗粒级配为粒级12～8mm，8～4mm，4～2mm，2～0mm，200目以下粉料含量10±2％，17±2％，13±2％，16±2％，44±2％。
硼化钛——碳复合层内电煅无烟煤的粒级为0～2mm。
混捏出糊料温度为150℃，模具温度为155～166℃。
成型后复合层厚度控制在15±5mm。
焙烧止火温度1300℃。
权利要求
1.一种硼化钛——碳复合层阴极碳块，包含有半石墨碳块为基体，其特征在于其硼化钛——碳复合层的组成成份及配比为原 料 配比(WT％)电煅无烟煤 40～60％硼化钛 20～45％粘结剂 15～35％
2.根据权利要求1所述的硼化钛——碳复合层阴极碳块制备方法，其特征是有下列制备步骤a.配制半石墨碳块和硼化钛——碳复合层骨料；b.分别称量加入调配好的粘结剂；c.分别进行混捏；d.先初步振动成型半石墨碳块基体，再在碳块面向铝液的表面均布一层已混捏好的硼化钛——碳复合层配料，然后进行一体化整体振动成型；e.将成型好的硼化钛——碳复合层碳块送入箱式焙烧炉中焙烧；f.冷却后进行机加工；g.检验、包装、入库。
3.根据权利要求1或2所述的硼化钛——碳复合层阴极碳块，其特征在于硼化钛——碳复合层工作面的厚度为8～50mm。
全文摘要
一种铝电解槽用的硼化钛－碳复合层阴极碳块,它是在阴极碳块基体表面制上一层硼化钛复合碳糊层,通过振动成型使硼化钛复合层与阴极碳块基体紧密结合在一起,然后装入焙烧炉内一同焙烧,使二者成为结合一致的复合体,硼化钛－碳复合层作为电解槽的工作面,该硼化钛－碳复合层阴极碳块具有导电性能好,热稳定性高,抗电解质浸蚀性能强,对铝液的湿润性好等特点,能有效延长铝电解槽的使用寿命,提高电池效率,节能降耗。可广泛地应用于作铝电解槽的阴极材料和冶炼高炉的内衬材料。
文档编号C25C3/08GK1273284SQ00113420
公开日2000年11月15日 申请日期2000年5月8日 优先权日2000年5月8日
发明者晏华利, 王国强, 张先胜, 付作礼, 刘济斌, 肖宝田, 张松林 申请人:新化县碳素厂