专利名称：一种提高预焙阳极质量的方法
技术领域：
本发明涉及铝电解技术领域，尤其涉及一种提高预焙阳极质量的方法。
背景技术：
电解铝行业生产预焙阳极块时，需要使用煤浙青作为粘结剂；煤浙青浸润性、流动 性、渗透性、结焦性等性能的好坏对碳素阳极质量有一定影响。目前，多使用煤浙青中的改质浙青(modified pitch)作为粘结剂。改质浙青是以 煤焦油或普通煤浙青经深度加工所得的一种优质煤浙青，具有比较好的黏结性、流变性和 较高的结焦值。常温下，改质浙青为黑色脆性块状物，有光泽；有臭味，有毒，沸点小于470°C，闪 点204. 4°C，相对密度(水=1) :1. 15 1. 25。YB/T5194-93改质浙青标准中规定，改质浙 青的软化点(环球法)为100-115°C。使用改质浙青生产出的预焙阳极的体积密度、真密度、结焦值、导电性都较好，但 加工过程中的软化点温度和同温度煤浙青粘度也相应提高，对预焙阳极生块的混捏过程有 不利影响，影响到煤浙青对煅后石油焦的均勻性、渗透性，导致碳颗粒内部孔隙的填充率偏 低，使得后续制成的阳极碳块掉渣过多，影响电解生产质量。因此，急迫需要找到优化改质浙青浸润骨料颗粒性能，从而提高预焙阳极质量的 方法。
发明内容
本发明实施例提供了一种提高预焙阳极质量的方法，通过在改质浙青中添加了质 量分数为50-90%的中温浙青，降低浙青整体的软化点，改善浙青流动性，加强预焙阳极生 块的粘结性，从而降低预焙阳极的电阻率，并且提高整体强度。为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案一种提高预焙阳极质量的方法，阳极糊料中的中温浙青添加量为浙青总质量的 50-90%。进一步地，阳极糊料中的中温浙青添加量为浙青总质量的55-75%。进一步地，阳极糊料中的中温浙青添加量为浙青总质量的55-65%。进一步地，阳极干料与所述浙青混合均勻后，加热至150-200°C，40-100分钟后取 出冷却成型。本发明实施例还包括将混勻后的阳极糊料倒入模具进行压样以及焙烧，其中焙烧 的温度分为以下阶段采用75°C /h的速率，3. 5h后升温至270°C ；采用50°C /h的速率，8h 后升温至670°C ；采用60°C /h的速率，7h后升温至1100°C。本发明实施例还包括在1100°C保温2h。与现有的技术相比，本发明在改质浙青中添加了质量分数为50-70%的中温浙青， 降低浙青整体的软化点，改善浙青流动性，加强预焙阳极生块的粘结性，实现以下有益效果1、降低电阻率中温浙青充分浸润碳颗粒内部孔隙，在碳化时能将各颗粒牢固粘 结在一起，提高预焙阳极的石墨化程度，可降低预焙阳极的电阻率6-9μ Ω .m；2、提高强度中温浙青将本身强度较大的改质浙青的高分子基团粘结在一起，提 高整体强度，可将抗压强度提高3-9MPa ；3、减少阳极毛耗值在同等条件下，加入中温浙青的阳极残极高度高于未加入中 温浙青的阳极残极8-12mm，说明中温浙青的加入使得阳极毛耗值减少，使用寿命延长。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获 得其他的附图。图1是本发明实施例制得阳极的21. 5h焙烧曲线图；图2是本发明实施例制得阳极的室温电阻率与中温浙青添加比例的关系图；图3是本发明实施例制得阳极的耐压强度与中温浙青添加比例的关系图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。中温浙青和改质浙青的主要性能指标对比如下 可从上表看出，改质浙青软化点比中温浙青高14-25°C，可能带来粘结剂粘度增大 和流变性能变差的问题；改质浙青喹啉不溶物含量比中温浙青高1_5%，喹啉不溶物对炭 质骨料没有润湿和粘结作用，是浙青炭化后形成粘结焦的成分。适量的喹啉不溶物有利于 提高炭材料的密度和机械强度，但过量时将会降低浙青的粘结性能。因此，本发明实施例通过在改质浙青中加入一定比例的中温浙青，不仅降低预焙 阳极的电阻率，改善预焙阳极的强度，减少阳极毛耗值，延长阳极使用寿命，全面提升预焙 阳极质量，并且可降低生产成本；原理分析如下1、降低电阻率根据研究结果，煤浙青的QI (喹啉不溶物)含量越低，越有利于形 成流线型结构，反之，则形成镶嵌型结构。流线型结构的煤浙青碳易石墨化，镶嵌型结构的
4煤浙青碳难石墨化。中温浙青的Y组份(低分子量)含量较高，软化点较低，流动性好，可充分浸润碳 颗粒内部孔隙，在碳化时能将各颗粒牢固粘结在一起，为半镶嵌半流线型，其石墨化程度优 于改质浙青。而石墨化程度是反映导电性的重要特性，石墨化程度越高导电性越好，电阻率 越低，所以在改质浙青中加入一定比例的中温浙青，有利于降低预焙阳极的电阻率。2、提高强度中温浙青流动性好，能够较好地浸润骨料颗粒，而改质浙青正好相 反，其高分子基团含量较大，焦化时气孔相对较少，浙青碳本身强度较高。两种浙青的关系 好比水泥与沙石，中温浙青好比水泥，流动性好，改质浙青好比沙石，本身强度好，因此，在 改质浙青中加入一定比例的中温浙青，优势互补，整体强度更佳。3、降低成本A、采购成本降低2008年，国内33家煤化工厂的中温浙青平均市场价格为2159 元/吨，而改质浙青的平均价格为2300元/吨，价格差为141元/吨左右。B、电阻率降低带来的电耗降低。C、阳极毛耗降低，使用寿命延长带来的效益。以下为本发明的对比实施例，即未在改质浙青中加入中温浙青，步骤如下。本发明实施例采用的阳极配方为行业内常用的物质和含量，是本领域技术人员熟 知技术，在此不再赘述。将改质浙青经破碎机破碎后通过3mm格筛筛分，备用。按阳极配方称取各级骨料3Kg，倒入混捏机中混捏均勻，10分钟后加入改质浙青 粉，再混捏10分钟，然后加热至160°C，80分钟后取出。糊料静置1小时后，烘烤至180°C，同时将压样模具升温烘模，50分钟后取出糊料 及压样模具。1分钟之内将糊料倒入压样模具的凹模腔内捣实并平整表面，置于液压机下， 按0. 5N/mm2 · s的速度压样，达到体积密度1. 65g/cm3的刻度线后关闭液压机油门，保压至 30KN时进行脱模。将本实施例制得的阳极进行焙烧，参见图1，可采用21. 5h焙烧曲线，终温1100°C:
温度区间升温速率升温时间室温-270°C75 0C /h3. 5h270-670 °C50 0C /h8h670-1IOO0C60 0C /h7h1100°C保温O0C /h2h1100°C -室温自由降温48h以上上述焙烧曲线设置遵循“两头快，中间慢”原则，在保证样品不开裂的前提下，尽量提高升温速率，这样有利于提高碳块产量，降低碳块生产能耗。测得本对比实施例制得的阳极焙烧前体积密度为1. 67g/cm3,焙烧后体积密度为 1. 51g/cm3，抗压强度为 23. 40MPa,电阻率为 55. 11 μ Ω · m。本发明所有实施例采用《YS/T 63. 1-2006铝用碳素材料检测方法第1部分阴极 糊试样焙烧方法、焙烧失重的测定及生坯试样表观密度的测定》中的方法测量体积密度；采 用《YS/T 63. 15-2006铝用碳素材料检测方法第15部分耐压强度的测定》中的方法测量 阳极耐压强度；采用《YS/T63. 2-2006铝用碳素材料检测方法第2部分阴极碳块和预焙 阳极室温电阻率的测定》中的方法测量阳极电阻率。以下为具体实施例。实施例一、将55 %的改质浙青和45 %的中温浙青混合，经破碎机破碎后通过3mm格筛筛分，按阳极配方称取各级骨料3Kg，倒入混捏机中混捏均勻，10分钟后加入混合浙青 粉，再混捏10分钟，然后加热至155°C，50分钟后取出。糊料静置1小时后，烘烤至180°C，同时将压样模具升温烘模，50分钟后取出糊料 及压样模具。1分钟之内将糊料倒入压样模具的凹模腔内捣实并平整表面，置于液压机下， 按0. 5N/mm2 · s的速度压样，达到体积密度1. 65g/cm3的刻度线后关闭液压机油门，保压至 30KN时进行脱模。 将本实施例制得的阳极进行焙烧，焙烧时采用的焙烧曲线与对比实施例相同。测得本对比实施例制得的阳极焙烧前体积密度为1. 65g/cm3,焙烧后体积密度为 1. 52g/cm3，抗压强度为 24. 40MPa,电阻率为 54. 49 μ Ω · m。实施例二、将50 %的改质浙青和50 %的中温浙青混合，经破碎机破碎后通过3mm格筛筛分，按阳极配方称取各级骨料4Kg，倒入混捏机中混捏均勻，10分钟后加入混合浙青 粉，再混捏10分钟，然后加热至150°C，75分钟后取出。糊料静置1小时后，烘烤至180°C，同时将压样模具升温烘模，50分钟后取出糊料 及压样模具。1分钟之内将糊料倒入压样模具的凹模腔内捣实并平整表面，置于液压机下， 按0. 5N/mm2 · s的速度压样，达到体积密度1. 65g/cm3的刻度线后关闭液压机油门，保压至 30KN时进行脱模。将本实施例制得的阳极进行焙烧，焙烧时采用的焙烧曲线与对比实施例相同。测得本对比实施例制得的阳极焙烧前体积密度为1. 68g/cm3,焙烧后体积密度为 1. 51g/cm3，抗压强度为 25. OOMPa,电阻率为 54. 15μ Ω · m。实施例三、将45 %的改质浙青和55 %的中温浙青混合，经破碎机破碎后通过3mm格筛筛分，按阳极配方称取各级骨料3Kg，倒入混捏机中混捏均勻，10分钟后加入混合浙青 粉，再混捏10分钟，然后加热至180°C，40分钟后取出。糊料静置1小时后，烘烤至180°C，同时将压样模具升温烘模，50分钟后取出糊料及压样模具。1分钟之内将糊料倒入压样模具的凹模腔内捣实并平整表面，置于液压机下， 按0. 5N/mm2 · s的速度压样，达到体积密度1. 65g/cm3的刻度线后关闭液压机油门，保压至 30KN时进行脱模。将本实施例制得的阳极进行焙烧，焙烧时采用的焙烧曲线与对比实施例相同。测得本对比实施例制得的阳极焙烧前体积密度为1. 64g/cm3,焙烧后体积密度为 1. 50g/cm3，抗压强度为 27. 8IMPa,电阻率为 54. 06 μ Ω · m。实施例四、将40 %的改质浙青和60 %的中温浙青混合，经破碎机破碎后通过3mm格筛筛分，按阳极配方称取各级骨料3Kg，倒入混捏机中混捏均勻，10分钟后加入混合浙青 粉，再混捏10分钟，然后加热至185°C，90分钟后取出。糊料静置1小时后，烘烤至180°C，同时将压样模具升温烘模，50分钟后取出糊料 及压样模具。1分钟之内将糊料倒入压样模具的凹模腔内捣实并平整表面，置于液压机下， 按0. 5N/mm2 · s的速度压样，达到体积密度1. 65g/cm3的刻度线后关闭液压机油门，保压至 30KN时进行脱模。将本实施例制得的阳极进行焙烧，焙烧时采用的焙烧曲线与对比实施例相同。测得本对比实施例制得的阳极焙烧前体积密度为1. 65g/cm3,焙烧后体积密度为 1. 51g/cm3，抗压强度为 31. 90MPa,电阻率为 53. 86 μ Ω · m。实施例五、将35 %的改质浙青和65 %的中温浙青混合，经破碎机破碎后通过3mm格筛筛分，按阳极配方称取各级骨料3Kg，倒入混捏机中混捏均勻，10分钟后加入混合浙青 粉，再混捏10分钟，然后加热至190°C，60分钟后取出。糊料静置1小时后，烘烤至180°C，同时将压样模具升温烘模，50分钟后取出糊料 及压样模具。1分钟之内将糊料倒入压样模具的凹模腔内捣实并平整表面，置于液压机下， 按0. 5N/mm2 · s的速度压样，达到体积密度1. 65g/cm3的刻度线后关闭液压机油门，保压至 30KN时进行脱模。将本实施例制得的阳极进行焙烧，焙烧时采用的焙烧曲线与对比实施例相同。测得本对比实施例制得的阳极焙烧前体积密度为1. 66g/cm3,焙烧后体积密度为 1. 51g/cm3，抗压强度为 33. 26MPa，电阻率为 53. 77 μ Ω · m。实施例六、将30 %的改质浙青和70 %的中温浙青混合，经破碎机破碎后通过3mm格筛筛分，按阳极配方称取各级骨料3Kg，倒入混捏机中混捏均勻，10分钟后加入混合浙青 粉，再混捏10分钟，然后加热至175°C，45分钟后取出。糊料静置1小时后，烘烤至180°C，同时将压样模具升温烘模，50分钟后取出糊料 及压样模具。1分钟之内将糊料倒入压样模具的凹模腔内捣实并平整表面，置于液压机下， 按0. 5N/mm2 · s的速度压样，达到体积密度1. 65g/cm3的刻度线后关闭液压机油门，保压至 30KN时进行脱模。
将本实施例制得的阳极进行焙烧，焙烧时采用的焙烧曲线与对比实施例相同。测得本对比实施例制得的阳极焙烧前体积密度为1. 64g/cm3,焙烧后体积密度为 1. 50g/cm3，抗压强度为 32. 47MPa，电阻率为 53. 62 μ Ω · m。实施例七、将25 %的改质浙青和75 %的中温浙青混合，经破碎机破碎后通过3mm格筛筛分，按阳极配方称取各级骨料3Kg，倒入混捏机中混捏均勻，10分钟后加入混合浙青 粉，再混捏10分钟，然后加热至165°C，100分钟后取出。糊料静置1小时后，烘烤至180°C，同时将压样模具升温烘模，50分钟后取出糊料 及压样模具。1分钟之内将糊料倒入压样模具的凹模腔内捣实并平整表面，置于液压机下， 按0. 5N/mm2 · s的速度压样，达到体积密度1. 65g/cm3的刻度线后关闭液压机油门，保压至 30KN时进行脱模。将本实施例制得的阳极进行焙烧，焙烧时采用的焙烧曲线与对比实施例相同。测得本对比实施例制得的阳极焙烧前体积密度为1. 68g/cm3,焙烧后体积密度为 1. 52g/cm3，抗压强度为 26. 33MPa,电阻率为 53. 16 μ Ω · m。实施例八、将20 %的改质浙青和80 %的中温浙青混合，经破碎机破碎后通过3mm格筛筛分，按阳极配方称取各级骨料3Kg，倒入混捏机中混捏均勻，10分钟后加入混合浙青 粉，再混捏10分钟，然后加热至200°C，85分钟后取出。糊料静置1小时后，烘烤至180°C，同时将压样模具升温烘模，50分钟后取出糊料 及压样模具。1分钟之内将糊料倒入压样模具的凹模腔内捣实并平整表面，置于液压机下， 按0. 5N/mm2 · s的速度压样，达到体积密度1. 65g/cm3的刻度线后关闭液压机油门，保压至 30KN时进行脱模。将本实施例制得的阳极进行焙烧，焙烧时采用的焙烧曲线与对比实施例相同。测得本对比实施例制得的阳极焙烧前体积密度为1. 67g/cm3,焙烧后体积密度为 1. 53g/cm3，抗压强度为 26. 46MPa，电阻率为 53. 79 μ Ω · m。实施例九、将10 %的改质浙青和90 %的中温浙青混合，经破碎机破碎后通过3mm格筛筛分，按阳极配方称取各级骨料3Kg，倒入混捏机中混捏均勻，10分钟后加入混合浙青 粉，再混捏10分钟，然后加热至195°C，80分钟后取出。糊料静置1小时后，烘烤至180°C，同时将压样模具升温烘模，50分钟后取出糊料 及压样模具。1分钟之内将糊料倒入压样模具的凹模腔内捣实并平整表面，置于液压机下， 按0. 5N/mm2 · s的速度压样，达到体积密度1. 65g/cm3的刻度线后关闭液压机油门，保压至 30KN时进行脱模。将本实施例制得的阳极进行焙烧，焙烧时采用的焙烧曲线与对比实施例相同。测得本对比实施例制得的阳极焙烧前体积密度为1. 65g/cm3,焙烧后体积密度为 1. 52g/cm3，抗压强度为 23. 35MPa,电阻率为 53. 93 μ Ω · m。
综上，各实施例制得的阳极性能如下表所示
实施例中温源青 配料比例 (%)焙烧前 体积密度 (g/cm3)焙烧后 体积密度 (g/cm3)抗压强度 (MPa)电阻率 (μΩ · m )平均残 极高度 (mm)对比01. 671. 5123. 4062. 961221451. 651. 5224. 4057. 34130. 92501. 681. 5127. 0055. 15131. 23551. 641. 5028. 8155. 06133. 34601. 651. 5131. 9055. 36134.05651. 661. 5133. 2655. 77134. 86701. 641. 5029. 4755. 62135. 17751. 681. 5226. 3355. 16135. 78801. 671. 5326. 4654. 79135. 49901. 651. 5223. 3553. 93134. 9参见图2，可看出阳极电阻率与中温浙青配料比例呈现反向趋势，即中温浙青加 入比例越高，阳极电阻率越低，关系曲线整体呈现明显的下降趋势。最低值为90%时的 53. 93 μ Ω. m，比空白样低9. 03 μ Ω . m ；平均降低预焙阳极的电阻率6-9 μ Ω · m。参见图3，可看出阳极耐压强度与中温浙青配料比例呈现正向趋势，即中温浙青加 入比例越高，阳极耐压强度越低，关系曲线整体呈现明显的上升趋势，平均将抗压强度提高 3-9MPa。特别是50-65%区间，阳极耐压强度增长较快，效果突出。平均残极高度为阳极炭块在铝电解槽上使用30天后剩余的阳极高度，平均残极 高度越高，说明阳极消耗得越慢，使用寿命更长。从上表中可看出，在同样的时间、试验条件 下，未加入中温浙青的平均阳极残极高度为122mm，加入了中温浙青的阳极残极高度普遍高 于未加入中温浙青的阳极残极8-12mm，说明中温浙青的加入使得阳极毛耗值减少，使用寿 命延长。以上对本发明实施例提供的一种提高预焙阳极质量的方法进行了详细介绍，本文 中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮 助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思 想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上可知，本说明书内容不应理解为对 本发明的限制。
权利要求
一种提高预焙阳极质量的方法，其特征在于，阳极糊料中的中温沥青添加量为沥青总质量的50 90％。
2.根据权利要求1所述的提高预焙阳极质量的方法，其特征在于，阳极糊料中的中温 浙青添加量为浙青总质量的55-75%。
3.根据权利要求1所述的提高预焙阳极质量的方法，其特征在于，阳极糊料中的中温 浙青添加量为浙青总质量的55-65%。
4.根据权利要求1至3任一项所述的提高预焙阳极质量的方法，其特征在于，阳极干料 与所述浙青混合均勻后，加热至150-200°C，40-100分钟后取出冷却成型。
5.根据权利要求4所述的提高预焙阳极质量的方法，其特征在于，还包括将混勻后的 阳极糊料倒入模具进行压样以及焙烧。
6.根据权利要求4所述的提高预焙阳极质量的方法，其特征在于，所述焙烧的温度分 为以下阶段采用75°C /h的速率，3. 5h后升温至270°C ；采用50°C /h的速率，8h后升温至 6700C ；采用60°C /h的速率，7h后升温至1100°C。
7.根据权利要求6所述的提高预焙阳极质量的方法，其特征在于，还包括在1100°C保 温2h。
全文摘要
本发明公开了一种提高预焙阳极质量的方法，技术方案为电解铝行业使用的阳极糊料中的中温沥青添加量为沥青总质量的50-90％。通过在改质沥青中添加了一定比例的中温沥青，降低沥青整体的软化点，改善沥青流动性，加强预焙阳极生块的粘结性，从而降低预焙阳极的电阻率，并且提高整体强度。
文档编号C25C3/12GK101922020SQ20101024272
公开日2010年12月22日 申请日期2010年8月3日 优先权日2010年8月3日
发明者江林涛, 肖小兵, 高小明 申请人:湖南创元铝业有限公司