专利名称：一种陶瓷基惰性阳极铝电解槽的焦粒焙烧启动方法
技术领域：
一种陶瓷基惰性阳极铝电解槽的焦粒焙烧启动方法，涉及一种铝电解槽， 特别是采用陶瓷基惰性阳极的铝电解槽的焙烧启动方法。
背景技术：
目前，铝电解槽焙烧启动的方法有铝液焙烧法、焦粒焙烧法、火焰焙烧法、 固体铝焙烧法等，但针对采用惰性阳极的铝电解槽而言，目前尚无有效的方法 直接实现其电解槽的焙烧启动，通常的做法是采用碳素阳极先将电解槽启动， 然后再采用惰性阳极依次替换碳素阳极，最终实现铝电解槽的惰性阳极电解。 当前，铝电解槽常用的焙烧启动方法是焦粒焙烧法，其原理是在阳极和槽底炭 块之间铺设焦炭粒(或石墨碎)，使阳极和阴极实现电连接，然后通电，借助 于阳极、焦粒层和阴极间产生的焦耳热来加热焙烧电解槽，然而对陶瓷基惰性 阳极(特别是氧化物基惰性阳极)而言，其在大量碳素材料或碳气氛条件下易 发生分解反应而导致电极失效。因此，要采用焦粒焙烧启动的方法实现陶瓷基 惰性阳极电解槽的正常启动，需要开发新的焙烧启动方法，不但要对惰性阳极 采取较好的防护措施，避免惰性阳极还原现象的发生，而且需要幵发适用于惰 性阳极的焦粒焙烧启动工艺，实现陶瓷基惰性阳极电解槽的平稳焙烧启动。
发明内容
本发明的目的是针对上述陶瓷基惰性阳极电解槽焙烧启动时所存在的问 题，提供一种陶瓷基惰性阳极防护措施和能够高效、平稳启动陶瓷基惰性阳极 电解槽的焙烧启动方法。
本发明针对陶瓷基惰性阳极易被炭及碳气氛还原的特点，预先采用电镀、
化学镀等方法对惰性阳极进行表面金属化，起到对阳极的保护作用；然后选用 石墨粉、冶金焦和煅后石油焦以一定的比例混合作为发热层，严格控制各种焦 粒的粒度范围，主要理化性能指标以及混合料在装炉时的铺设厚度。在电解槽 启动时控制焙烧升温曲线，使电流以阶梯递增进入电解槽内焙烧，进而达到高 效、平稳启动惰性阳极电解槽的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
3一种陶瓷基惰性阳极铝电解槽的焦粒焙烧启动方法，在电解槽焙烧启动 前，采用化学镀、电镀等方法预先对陶瓷基惰性阳极进行表面金属化处理，起 到保护陶瓷基惰性阳极免受炭及碳氛还原的作用，该金属层将在惰性阳极正常
电解工作过程中自动消失；陶瓷基惰性阳极表面金属化层的材料为Cu、 Ni、 Fe、 Co、 Pt、 Au、 Ag中的一种或多种成分所构成的合金，镀层厚度为0. 05-2. 0mm。 在阳极和槽底炭块之间铺设石墨粉或冶金焦与煅后石油焦的混合料作为 发热层进行焙烧启动；其混合料中石墨粉/煅后石油焦重量比比值为1-4，或采 用冶金焦/煅后石油焦的混合物，混合重量比比值为1-4，混合料铺设厚度10-20 毫米，预热焙烧时间为48 -96小时；分流器的拆除为通电18h后每2-6小 时拆除一组分流片，电流以阶梯递增进入电解槽内焙烧。
本发明适用于所有采用陶瓷基惰性阳极作为阳极的铝解槽，所述陶瓷基惰 性阳极，包括氧化物陶瓷或复合氧化物(AxOy)陶瓷阳极，其中复合氧化物陶 瓷主要包括尖晶石型氧化物(AB204)，以及由上述氧化物添加金属或合金所构 成的金属陶瓷(m%AxOy + n%C， m%AB204+ n%C)，其中 A为Ni， Mg， Al, Co, Zn， Sn， Cu， Li或Fe中的至少一种； B为Fe， Al， Co， Mn， Cr或Ge中的至少一种； C为A和B中所述金属中的一种或几种成分所构成的合金； x代表数字l一6; y代表数字l一6; m代表数字0—100; n代表数字0—100; m+n = 100。
本发明适用于所有采用陶瓷基惰性阳极作为阳极的电极槽型，槽型包括普 通预焙槽、导流槽、星形结构槽、立式槽等。
本发明方法解决了陶瓷基惰性阳极易被炭及碳气氛还原而无法直接实现 其铝电解槽正常焙烧启动的问题,突破了铝电解惰性阳极应用过程中的关键技 术难题，该方法操作简便，成本低廉，可靠性高。
具体实施例方式
一种陶瓷基惰性阳极铝电解槽的焦粒焙烧启动方法，主要涉及陶瓷基惰性 阳极的表面金属化处理和电解槽的焦粒焙烧启动两部分。阳极表面金属化采用 化学镀、电镀等方法，陶瓷基惰性阳极表面金属化层的材料为Cu、 Ni、 Fe、 Co、Pt、 Au、 Ag中的一种或多种成分所构成的合金，镀层厚度为0. 05-2. 0mm。惰 性阳极铝电解槽启动操作时，先在阳极和槽底炭块之间铺设石墨粉、冶金焦和 煅后石油焦混合的混合料作为发热层；其混合料的粒度为lmm-6mm，混合料中 石墨粉/煅后石油焦或冶金焦/煅后石油焦的重量比为1-4。混合料铺炉厚度 15-20毫米。根据电解槽采用阴极材料的不同，其预热过程中放出的电阻热也 不同，因此电解槽的预热焙烧控制在48-96小时。分流器的拆除方法为通电 18h后每4-6小时拆除一组分流片，从而实现电流以阶梯递增进入电解槽内焙 烧。
实施例l
陶瓷基惰性阳极表面金属化(化学镀铜)基本工艺过程为惰性阳极表 面处理一化学除油一化学粗化一敏化一活化一化学镀。化学粗化液配方及工艺 条件H2S04 1 25 ml/L ， HF 125m 1/L，温度15 60 。C，粗化时间10-30min; 敏化液成分及工艺条件SnCl2 '2H20 15g/L ， HC1 40ml/L ，锡粒若干，温 度室温，时间5 10 m in;活化液成分及工艺条件AgN03 2 5g/L ，氨水加 至溶液透明，温度15-35 °C，时间1 5 m in;化学镀铜镀液的组成及工艺条 件CuS04 8 24g/L，酒石酸钾钠7 21 g/L， EDTA 二钠盐12. 5 27 g/L， NaOH 10 20 g/L，氯化镍l 2g/L， 2-2联吡啶10 20g/L，亚铁氰化钾10 20 mg/L， 37%甲醛10 15ml/L，温度40 50。C， pH值12 13，空气搅拌， 反应时间根据镀层厚度要求进行调整，对于体积大于IOOO cm3的惰性阳极要求 其镀层厚度大于2 mm。
电解槽焙烧启动按照冶金焦为(重量百分比，下同)55%、煅后石油焦 为45%混配，混合料中各物料的主要理化性能指标冶金焦真密度大于2. 15 g/cm3，粒度4-lmm。煅后焦真密度大于2. 05 g/cm3，粒度4-1 mm。混合料铺炉 厚度15毫米。预热焙烧96小时，通电20h后每6小时拆除一组分流片，启动 平稳。
实施例2
陶瓷基惰性阳极表面金属化(电镀铜)基本工艺过程为惰性阳极表面 处理一化学除油一化学粗化一电镀铜。惰性阳极表面处理方法用600目和800 目的金相砂纸打磨至表面有一定的粗糙度；化学粗化液配方及工艺条件H2S04 125 ml/L ， HF 125 ml/L，温度15 60 。C，粗化时间10-30 min;电镀铜镀液 镀液配方及工艺条件CuS04 1 80 220g/L， 98%，浓貼04 60 g/L， KG-5 4ml/L， 温度15 4Q °C,电流密度1 4 A/dm2，阳极铜板含磷量O. 05-0.3 %，电镀时间根据镀层厚度要求进行调整，对于体积大于1000 cm3的惰性阳极要求其镀层 厚度大于2 mm。
电解槽焙烧启动按照石墨粉为(重量百分比，下同)70%、煅后石油焦 为30%混配，混合料中各物料的主要理化性能指标石墨粉的真密度大于2.0 g/cm3，粒度大于4mm。煅后石油焦的真密度大于2. 05 g/cm3，粒度卜4iran。混 合料铺炉厚度18毫米。预热焙烧90小时，通电24h后每5. 5小时拆除一组分 流片，启动平稳。
实施例3
陶瓷基惰性阳极表面金属化(化学镀镍)基本工艺过程为惰性阳极表 面处理一化学除油一化学粗化一敏化一活化一化学镀镍。惰性阳极表面处理方 法用600目和800目的金相砂纸打磨至表面有一定的粗糙度；化学除油将 惰性阳极于1.25 mol/L， NaOH溶液中清洗10min，清洗温度50 。C。化学粗化 液配方及工艺条件铬酸酐50 g/L，浓硫酸125 ml/L， 30°C,粗化时间 5-30min;敏化液成分及工艺条件SnCl2 2H20 15 g/L ， HC1 40 ml/L ，锡 粒若干，温度室温，时间5 10min;活化液成分及工艺条件浓盐酸10ml/L， 氯化钯0.03-0.05 g/L，室温活化处理1 5 min;化学镀镍镀液的组成及工 艺条件硫酸镍20g/L，醋酸钠20g/L，次亚磷酸钠25g/L，柠檬酸钠40 g/L， 稳定剂10ml/L，温度40- 45 。C， pH值为8-9，空气搅拌，反应时间根据镀层厚 度要求进行调整，对于体积大于IOOO cm3的惰性阳极要求其镀层厚度大于lmm。
电解槽焙烧启动按照石墨粉为(重量百分比，下同)50%、煅后石油焦 为50%混配，混合料中各物料的主要理化性能指标石墨粉的真密度大于2.0 g/cm3，粒度大于4mm。煅后石油焦的真密度大于2. 05 g/cm3，粒度l-4mm。混 合料铺炉厚度15毫米。预热焙烧80小时，通电24h后每5小时拆除一组分流 片，启动平稳。
实施例4
陶瓷基惰性阳极表面金属化(电镀镍)基本工艺过程为惰性阳极表面 处理一化学除油一化学粗化一电镀镍。基体处理用600目和800目的金相 砂纸打磨至表面有一定的粗糙度；化学除油将惰性阳极于L25mol/L， 50°C, NaOH溶液中清洗10min。化学粗化液配方及工艺条件铬酸酐50 g/L，浓硫 酸125ml/L， 30°C,粗化时间5-30min;电镀镍镀液的组成及工艺条件硫酸 镍120 g/L，焦磷酸钠65 g/L，亚硫酸氢钠2g/L，拧檬酸钠60 g/L,氯化钠 30 g/L，氨水30-60ml/L，温度25-35 。C， pH值为7.5-9.0，阴极电流密度1-2 A/dm2,电镀时间根据镀层厚度要求进行调整，对于体积大于1000 cm3的 惰性阳极要求其镀层厚度大于lmm。
电解槽焙烧启动按照冶金焦为(重量百分比，下同)70%、石油焦为30% 混配，混合料中各物料的主要理化性能指标冶金焦真密度大于2.15 g/cm3， 粒度2-lmm。煅后焦真密度大于2. 05 g/cm3，粒度2-lmm。混合料铺炉厚度20 毫米。预热焙烧72小时，通电24h后每4小时拆除一组分流片，启动平稳。
权利要求
1.一种陶瓷基惰性阳极铝电解槽的焦粒焙烧启动方法，其特征在于包括陶瓷基惰性阳极的表面金属化处理和电解槽的焦粒焙烧启动；1)陶瓷基惰性阳极的表面金属化处理在电解槽焙烧启动前，在陶瓷基惰性阳极表面镀履金属化层，金属化层厚度为0.05-2.0mm，金属化层所用的材料为Cu、Ni、Fe、Co、Pt、Au或Ag中的一种或多种成分所构成的合金；2)电解槽的焦粒焙烧启动在惰性阳极和槽底炭块之间铺设石墨粉或冶金焦与煅后石油焦的混合料作为发热层，混合料铺设厚度10-20毫米，预热焙烧时间为48-96小时；所述混合料石墨粉与煅后石油焦或冶金焦与煅后石油焦重量比比值为1-4。
2. 根据权利要求1所述的焙烧启动方法，其特征在于所述陶瓷基惰性阳 极，包括氧化物陶瓷或复合氧化物陶瓷阳极。
3. 根据权利要求2所述的焙烧启动方法，其特征在于所述复合氧化物陶瓷包括尖晶石型氧化物，以及由上述氧化物添加金属或合金所构成的金属陶瓷(m%AxOy + n%C， m%AB204+ n%C)，其中 A为Ni， Mg， Al， Co, Zn， Sn， Cu， Li或Fe中的至少一种； B为Fe， Al， Co， Mn, Cr或Ge中的至少一种； C为A和B中所述金属中的一种或几种成分所构成的合金； x代表数字l一6; y代表数字l一6; m代表数字0—100; n代表数字0—100; m+n = 100。
4. 根据权利要求1所述的焙烧启动方法，其特征在于所述陶瓷基惰性阳 极的表面金属化处理采用化学镀或电镀方法对惰性阳极进行表面金属化处理。
5. 根据权利要求1所述的焙烧启动方法，其特征在于本发明适用于所有采用陶瓷基惰性阳极作为阳极的电极槽型，槽型包括普通预焙槽、导流槽、星 形结构槽、立式槽。
全文摘要
一种陶瓷基惰性阳极铝电解槽的焦粒焙烧启动方法。首先在阳极表面镀覆金属化层，电解槽启动操作时，在阳极和槽底炭块之间铺设石墨粉或冶金焦与煅后石油焦的混合料作为发热层；电解槽的预热焙烧控制在48-96小时。本发明方法解决了陶瓷基惰性阳极易被炭及碳气氛还原而无法直接实现其铝电解槽正常焙烧启动的问题，突破了铝电解惰性阳极应用过程中的关键技术难题，该方法操作简便，成本低廉，可靠性高。本发明适用于所有采用陶瓷基惰性阳极作为阳极的电极槽型，槽型包括普通预焙槽、导流槽、星形结构槽、立式槽等。
文档编号C25C3/00GK101550564SQ200910043018
公开日2009年10月7日 申请日期2009年4月3日 优先权日2009年4月3日
发明者周科朝, 雷 张, 李志友, 甘雪萍 申请人:中南大学