一种铝电解槽的防渗方法
【专利摘要】一种铝电解槽的防渗方法，涉及一种有色冶金行业铝电解槽用于抵抗含钾盐低温电解质熔盐对电解槽渗透的防渗方法。其特征在于采用耐火颗粒55%-65wt%、耐火粉料30%-40wt%、添加剂1%-7%均匀混配成防渗料；在电解槽筑炉使用时，防渗料均匀铺在保温材料上方并振实，然后在其表层均匀撒上一层外加剂，再铺内衬材料，完成筑炉。采用本发明的方法，能够有效阻挡含有钾盐低温电解质熔盐对电解槽保温材料的进一步渗透，延长电解槽的寿命。用于普通电解槽，还可以减少防渗料的铺设厚度及使用量，从而能有效降低电解槽建设成本及维修费用。
【专利说明】一种铝电解槽的防渗方法
【技术领域】
[0001]一种铝电解槽的防渗方法，涉及一种有色冶金行业铝电解槽用于抵抗含钾盐低温电解质熔盐对电解槽渗透的防渗方法。
【背景技术】
[0002]防渗料作为铝电解槽的保温防渗材料，其主要利用化学防渗原理，与通过阴极炭块渗透下来的电解质反应生成一层致密的玻璃状霞石层，从而有效阻止和抑制液体电解质对电解槽下部保温层的破坏，提高电解槽寿命，降低槽底压降，延长电解槽工作周期。
[0003]在传统铝电解过程中，采用的电解质主要为钠冰晶石，其熔点高，高温下粘度大，普通的防渗料即能阻挡其进一步渗透。申请号为96120239.4的中国专利《一种铝电解槽用抗侵蚀耐火材料及其制备方法》公开了一种铝电解槽用抗侵蚀耐火材料及其制备方法，其能阻挡电解液渗透，延长电解槽使用寿命；申请号为201210090353.6的中国专利《一种环保节能型防渗料及其制造方法》公开了一种环保节能型防渗料及其制造方法，其主要是利用粉煤灰制备防渗料，降低成本，节约能源。上述专利技术针对的电解质主要为钠冰晶石，在传统电解槽取得了较好的应用效果。
[0004]随着铝工业的发展以及节能降耗要求的进一步提高，低温铝电解技术逐步走向工业化的应用。低温铝电解的主要特征就是采用低温电解质体系。低温电解质体系一般具有相对较低的熔点和初晶温度，并且低温电解质在使用过程中一般需要相对较高的过热度，以保证低温电解质具有良好的导电性以及对氧化铝的溶解能力。
[0005]在低温电解质体系中，大都通过在钠冰晶石中添加AlF3、KF、LiF、CaF2、KCl、AlCl3、NaCUBaCl2等来实现。而目前惰性阳极铝电解技术中，采用KF-AlF3、NaF_KF_AlF3体系的较多。这种电解质在高温下粘度小，再加上过热度大，其渗透能力极强。并且由于钾盐的存在，当电解质与防渗料接触后 ，影响了霞石的生成量及粘度，使电解质的渗透深度大幅提高，严重时会使防渗料失去防渗作用。因此，对于采用含钾盐低温电解质的电解槽，仍采用普通防渗料和原有的使用方法，已经不能满足筑炉要求，漏炉风险会大幅增加。
[0006]然而，关于这方面的应用研究也未见有公开的报导。因此，有必要开发一种防渗料制备及使用技术，用于抵抗含钾盐低温电解质熔盐对电解槽的渗透，以满足低温铝电解工艺或惰性电极铝电解工艺要求。
[0007]
【发明内容】
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种用于抵抗含钾盐低温电解质熔盐对电解槽的渗透，以满足低温铝电解工艺或惰性电极铝电解工艺需要的铝电解槽的防渗方法。
[0008]为实现上述目的，本发明采用如下的方法实现。
[0009]一种铝电解槽的防渗方法，其特征在于采用耐火颗粒55%_65wt%、耐火粉料30%-40wt%、添加剂1%_7%均匀混配成防渗料；在电解槽筑炉使用时，防渗料均匀铺在保温材料上方并振实，然后在其表层均匀撒上一层外加剂，再铺内衬材料，完成筑炉。[0010]本发明的一种铝电解槽的防渗方法，其特征在于混配防渗料过程是将耐火颗粒、耐火粉料、添加剂混合均匀，并控制其Al2O3与SiO2综合质量含量的比值为0.85-1.LAl2O3与SiO2综合质量含量之和大于85wt%，自然堆积密度为1.55-1.65 g/cm3，振实密度大于
1.9g/Cm30
[0011]本发明的一种铝电解槽的防渗方法，其特征在于所述的耐火颗粒选自焦宝石熟料、招帆土熟料、烧结莫来石、硬质粘土熟料中的一种或任意组合，其粒度为0-8mm ;采用0-lmm、0.5-lmm、l_2mm、l-3mm、3-5mm、3-6mm、6-8mm粒度中的3种或3种以上进行粒级配或自然级配。
[0012]本发明的一种铝电解槽的防渗方法，其特征在于所述的耐火粉料选自焦宝石熟料、铝矾土熟料、烧结莫来石、粘土熟料、钠长石粉、石英粉中两种或任意组合，其粒度小于 0.2mm。采用细粉(粒度0.1_0.2mm)、微粉(粒度小于0.1mm)进行粒级配或自然级配。
[0013]本发明的一种铝电解槽的防渗方法，其特征在于所述的添加剂由氧化硼、硼酐、硼砂中的一种或两种组合，其纯度大于95%,粒度小于0.2mm。
[0014]本发明的一种铝电解槽的防渗方法，其特征在于所述防渗料配制完长期放置或明显潮湿的，在使用前需要进行干燥处理，干燥温度小于200°C。
[0015]本发明的一种铝电解槽的防渗方法，其特征在于所述的外加剂选自氧化硼、硼酐、硼砂、工业纯碱、氟化钠、氧化钙粉末、碳酸钙粉末、镁砂、硅微粉、石英粉中的一种或多种组合，并且其撒在防渗料上面的平均厚度大于0.5mm。
[0016]本发明的一种铝电解槽的防渗方法，其特征在于所述的外加剂为工业氧化铝，并且其撒在防渗料上面的平均厚度大于5mm。
[0017]本发明的一种铝电解槽的防渗方法，其特征在于所述的外加剂由80wt%以上的工业氧化铝和20wt%以下选自氧化硼、硼酐、硼砂、工业纯碱、氧化钙粉末、碳酸钙粉末、氟化钠、镁砂、硅微粉、石英粉中的一种或多种组合混配而成，并且其撒在防渗料上面的平均厚度大于1mm。
[0018]本发明的一种铝电解槽的防渗方法，能够有效阻挡含有钾盐低温电解质熔盐的进一步渗透，延长电解槽的寿命，减少筑炉，维修费用。此外，还可以用于常规电解槽，能有效减少防渗料的铺设厚度及使用量，从而降低筑炉和电解槽建设成本。
【具体实施方式】
[0019]一种铝电解槽的防渗方法，用于抵抗含钾盐低温电解质熔盐对电解槽保温层的渗透，其采用耐火颗粒55-65wt%、耐火粉料30-40wt%、添加剂1_7%均匀混配成Al2O3与SiO2综合质量含量的比值为0.85-1.LAl2O3与SiO2综合含量之和大于85wt%的防渗料；在电解槽筑炉时，将干燥处理后的防渗料均匀铺在保温材料上方并振实，然后在其表层均匀撒上一层外加剂，然后再铺内衬等材料完成筑炉。
[0020]所述的耐火颗粒选自焦宝石熟料、铝矾土熟料、烧结莫来石、硬质粘土熟料中的一种或任意组合，其粒度为 0_8mm。米用 0-lmm、0.5_lmm、l_2mm、l-3mm、3-5mm、3-6mm、6-8mm 粒度中的3种或3种以上进行粒级配或自然级配。
[0021]所述的耐火粉料选自焦宝石熟料、铝矾土熟料、烧结莫来石、粘土熟料、钠长石粉、石英粉中两种或任意组合，其粒度小于0.2mm。采用细粉(粒度0.1-0.2mm)、微粉(粒度小于0.1mm)进行粒级配或自然级配。
[0022]所述的添加剂由氧化硼、硼酐、硼砂中的一种或两种组合，其纯度大于95%，粒度小于 0.2mmο
[0023]将耐火颗粒、耐火粉料、添加剂混合均匀，自然堆积密度为1.55-1.65 g/cm3，振实密度大于1.9g/cm3。长期放置后或明显潮湿的防渗料，在使用前需要小于200°C的干燥处理。
[0024]所述的外加剂选自氧化硼、硼酐、硼砂、工业纯碱、氟化钠、氧化钙粉末、碳酸钙粉末、镁砂、硅微粉、石英粉中的一种或多种组合，并且其撒在防渗料上面的平均厚度大于
0.Smnin
[0025]所述的外加剂为工业氧化铝，并且其撒在防渗料上面的平均厚度大于5mm。
[0026]所述的外加剂由80wt%以上的工业氧化铝和20wt%以下选自氧化硼、硼酐、硼砂、工业纯碱、氟化钠、氧化钙粉末、碳酸钙粉末、镁砂、硅微粉、石英粉中的一种或多种组合混配而成，并且其撒在防渗料上面的平均厚度大于1mm。
[0027]下面结合实施例对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
[0028]实施例1
用焦宝石熟料、烧结莫来石做耐火颗粒，粒度分为0-lmm、l-3mm、3-6mm三种级配，总比例为60wt%;用焦宝石熟料、铝矾土熟料、钠长石粉、石英粉做耐火粉料，最大粒度小于
0.2mm,总比例为33wt% ;硼砂纯度为95%，最大粒度小于0.2mm,总比例为7%。将其均匀混配制得防渗料。
[0029]防渗料中Al2O3与SiO2综合质量含量的比值为0.92，Al2O3与SiO2综合质量含量之和大于90wt%,自然堆积密度为1.64 g/cm3,振实密度2.01g/cm3。
[0030]在一个直径为60mm的刚玉坩埚中，底部用防渗料铺设并振实，厚度6cm。上面均匀撒上外加剂(纯碱)，平均厚度0.5mm (利用所添加外加剂的总体积除以坩埚横截面积获得)。上面再盖上致密度较低、有微孔(电解质熔体能顺利渗透)，且尺寸大小恰好能够放入刚玉坩埚的氧化铝陶瓷片，厚度2mm。在氧化铝陶瓷片上放入200g含有KF的低温电解质，电解质初晶温度小于780V。再用刚玉盖子盖住刚玉坩埚，并将坩埚放入800-850°C的加热炉中，保温8h。试验完后，将刚玉坩埚纵向切开，观察并测量电解质剩余情况和渗入防渗料中的厚度。
[0031]本实施例最后结果为:氧化铝陶瓷片上方还有较多电解质；防渗料中电解质渗入总深度26mm。说明防渗料起到了较好的阻挡作用。
[0032]实施例2
用招帆土熟料、硬质粘土熟料做耐火颗粒，粒度分为0-lmm、l-3mm、3-6mm、6-8mm四种级配，总比例为65wt% ;用焦宝石熟料、钠长石粉、石英粉做耐火粉料，并采用粒度为
0.1-0.2mm和小于0.1mm两种级配，总比例为34wt% ;氧化硼纯度为98%,最大粒度小于
0.1_，总比例为1%。将其均匀混配制得防渗料。
[0033]防渗料中Al2O3与SiO2综合质量含量的比值为0.85，Al2O3与SiO2综合质量含量之和大于85.5wt%,自然堆积密度为1.55g/cm3,振实密度1.92g/cm3。
[0034]在一个直径为60mm的刚玉坩埚中，底部用防渗料铺设并振实，厚度6cm。上面均匀撒上外加剂(氧化硼和纯碱混合物，各占50wt%)，平均厚度0.5mm (利用所添加外加剂的总体积除以坩埚横截面积获得)。上面再盖上致密度较低、有微孔(电解质熔体能顺利渗透)，且尺寸大小恰好能够放入刚玉坩埚的氧化铝陶瓷片，厚度2mm。在陶瓷片上放入200g含有KF的低温电解质，电解质初晶温度小于780V。再用刚玉盖子盖住刚玉坩埚，并将坩埚放入800-850°C的加热炉中，保温8h。试验完后，将刚玉坩埚纵向切开，观察并测量电解质剩余情况和渗入防渗料中的厚度。
[0035]本实施例最后结果为:氧化铝陶瓷片上方还有较多电解质；防渗料中电解质渗入总深度24mm。说明防渗料起到了较好的阻挡作用。
[0036]实施例3
用焦宝石熟料、招帆土熟料做耐火颗粒，粒度分为0-lmm、l-3mm、3-6mm、6-8_四种级配，总比例为55wt% ;用焦宝石熟料、铝矾土熟料、钠长石粉、石英粉做耐火粉料，最大粒度小于0.2mm,总比例为40wt% ;硼酐纯度为98%，最大粒度小于0.2mm,总比例为5%。将其均匀混配制得防渗料。
[0037]防渗料中Al2O3与SiO2综合质量含量的比值为1.LAl2O3与SiO2综合质量含量之和大于90wt%,自然堆积密度为1.61 g/cm3,振实密度1.98g/cm3。
[0038]在一个直径为60mm的刚玉坩埚中，底部用防渗料铺设并振实，厚度6cm。上面均匀撒上外加剂(氧化硼、碳酸钙粉末、硅微粉)，平均厚度0.5_ (利用所添加外加剂的总体积除以坩埚横截面积获得)。上面再盖上致密度较低、有微孔(电解质熔体能顺利渗透)，且尺寸大小恰好能够放入刚玉坩埚的氧化铝陶瓷片，厚度2mm。在氧化铝陶瓷片上放入200g含有KF的低温电解质，电解质初晶温度小于780V。再用刚玉盖子盖住刚玉坩埚，并将坩埚放入800-850°C的加热炉中，保温8h。试验完后，将刚玉坩埚纵向切开，观察并测量电解质剩余情况和渗入防渗料中的厚度。
[0039]本实施例最后结果为:氧化铝陶瓷片上方还有较多电解质；防渗料中电解质渗入总深度25mm。说明防渗料起到了较好的阻挡作用。
[0040]实施例4
用焦宝石熟料、招帆土熟料做耐火颗粒，粒度分为0-lmm、0.5-lmm、l-3mm、3-6mm四种级配，总比例为60wt% ;用烧结莫来石、粘土熟料、钠长石粉、石英粉做耐火粉料，并采用粒度为0.1-0.2mm和小于0.1mm两种级配,总比例为39wt% ;氧化硼纯度为98%,最大粒度小于
0.2mm，总比例为1%。将其均匀混配制得防渗料。
[0041]防渗料中Al2O3与SiO2综合质量含量的比值为0.9，Al2O3与SiO2综合质量含量之和大于90wt%,自然堆积密度为1.62 g/cm3,振实密度2.01g/cm3。
[0042]在一个直径为60mm的刚玉坩埚中，底部用防渗料铺设并振实，厚度6cm。上面均匀撒上外加剂(氟化钠、氧化钙、石英粉、氧化硼混合物)，平均厚度0.5mm (利用所添加外加剂的总体积除以坩埚横截 面积获得)。上面再盖上致密度较低、有微孔(电解质熔体能顺利渗透)，且尺寸大小恰好能够放入刚玉坩埚的氧化铝陶瓷片，厚度2mm。在氧化铝陶瓷片上放入200g含有KF的低温电解质，电解质初晶温度小于780°C。再用刚玉盖子盖住刚玉坩埚，并将坩埚放入800-850°C的加热炉中，保温8h。试验完后，将刚玉坩埚纵向切开，观察并测量电解质剩余情况和渗入防渗料中的厚度。
[0043]本实施例最后结果为:氧化铝陶瓷片上方还有较多电解质；防渗料中电解质渗入总深度28mm。说明防渗料起到了较好的阻挡作用。[0044]实施例5
用焦宝石熟料、招帆土熟料做耐火颗粒，粒度分为0-lmm、l-3mm、3-6mm三种级配，总比例为60wt% ;用烧结莫来石、粘土熟料、钠长石粉、石英粉做耐火粉料，并采用粒度为
0.1-0.2mm和小于0.1mm两种级配，总比例为38wt% ;氧化硼纯度为98%,最大粒度小于
0.1mm，总比例为2%。将其均匀混配制得防渗料。
[0045]防渗料中Al2O3与SiO2综合质量含量的比值为0.9，Al2O3与SiO2综合质量含量之和大于90wt%,自然堆积密度为1.61 g/cm3,振实密度2.01g/cm3。
[0046]在一个直径为60mm的刚玉坩埚中，底部用防渗料铺设并振实，厚度6cm。上面均匀撒上外加剂(工业氧化铝)，平均厚度5mm(利用所添加外加剂的总体积除以坩埚横截面积获得)。上面再盖上致密度较低、有微孔(电解质熔体能顺利渗透)，且尺寸大小恰好能够放入刚玉坩埚的氧化铝陶瓷片，厚度2mm。在氧化铝陶瓷片上放入200g含有KF的低温电解质，电解质初晶温度小于780V。再用刚玉盖子盖住刚玉坩埚，并将坩埚放入800-850°C的加热炉中，保温8h。试验完后，将刚玉坩埚纵向切开，观察并测量电解质剩余情况和渗入防渗料中的厚度。
[0047]本实施例最后结果为:氧化铝陶瓷片上方还有较多电解质；防渗料中电解质渗入总深度27mm。说明防渗 料起到了较好的阻挡作用。
[0048]实施例6
用焦宝石熟料、招帆土熟料做耐火颗粒，粒度分为0-lmm、l-3mm、3-6mm、6-8_四种级配，总比例为60wt% ;用烧结莫来石、粘土熟料、钠长石粉、石英粉做耐火粉料，并采用粒度为0.1-0.2mm和小于0.1mm两种级配，总比例为38wt% ;氧化硼纯度为98%,最大粒度小于
0.2mm，总比例为2%。将其均匀混配制得防渗料。
[0049]防渗料中Al2O3与SiO2综合质量含量的比值为0.9，Al2O3与SiO2综合质量含量之和大于90wt%,自然堆积密度为1.61 g/cm3,振实密度2.01g/cm3。
[0050]在一个直径为60mm的刚玉坩埚中，底部用防渗料铺设并振实，厚度6cm。上面均匀撒上外加剂(用80wt%工业氧化招与5wt%氧化硼、10wt%纯碱、5wt%镁砂混配),平均厚度Imm(利用所添加外加剂的总体积除以坩埚横截面积获得)。上面再盖上致密度较低、有微孔(电解质熔体能顺利渗透)，且尺寸大小恰好能够放入刚玉坩埚的氧化铝陶瓷片，厚度2mm。在氧化铝陶瓷片上放入200g纯钾冰晶石(KA1F4)，初晶温度小于680°C。再用刚玉盖子盖住刚玉坩埚，并将坩埚放入750-800°C的加热炉中，保温8h。试验完后，将刚玉坩埚纵向切开，观察并测量电解质剩余情况和渗入防渗料中的厚度。
[0051]本实施例最后结果为:氧化铝陶瓷片上方还有较多电解质；防渗料中电解质渗入总深度29mm。说明电解质并没有完全渗透，防渗料起到了较好的阻挡作用。
[0052]实施例7
采用市面上能够买到的普通防渗料，经分析其中Al2O3与SiO2综合质量含量的比值为
0.849，Al2O3与SiO2综合质量含量之和大于84wt%，自然堆积密度为1.51 g/cm3，振实密度
1.86g/cm3。
[0053]在一个直径为60mm的刚玉坩埚中，底部用防渗料铺设并振实，厚度6cm。上面不添加外加剂。盖上致密度较低、有微孔(电解质熔体能顺利渗透)，且尺寸大小恰好能够放入刚玉坩埚的氧化铝陶瓷片，厚度2mm。在氧化铝陶瓷片上放入200g纯钾冰晶石(KA1F4)，初晶温度小于680°C。再用刚玉盖子盖住刚玉坩埚，并将坩埚放入750-800°C的加热炉中，保温Sh0试验完后，将刚玉坩埚纵向切开，观察并测量电解质剩余情况和渗入防渗料中的厚度。[0054] 本实施例 最后结果为:氧化铝陶瓷片上方仅有少量电解质剩余；防渗料中电解质渗入总深度达52mm。说明电解质几乎完全渗透，普通防渗料没有起到较好的阻挡作用。
【权利要求】
1.一种铝电解槽的防渗方法，其特征在于采用耐火颗粒55%-65wt%、耐火粉料30%-40wt%、添加剂1%_7%均匀混配成防渗料；在电解槽筑炉使用时，防渗料均匀铺在保温材料上方并振实，然后在其表层均匀撒上一层外加剂，再铺内衬材料，完成筑炉。
2.根据权利要求1所述的一种铝电解槽的防渗方法，其特征在于混配防渗料过程是将耐火颗粒、耐火粉料、添加剂混合均匀，并控制其Al2O3与SiO2综合质量含量的比值为0.85-1.1，Al2O3与SiO2综合质量含量之和大于85wt%,自然堆积密度为1.55-1.65 g/cm3，振实密度大于1.9g/cm3。
3.根据权利要求1所述的一种铝电解槽的防渗方法，其特征在于所述的耐火颗粒选自焦宝石熟料、铝矾土熟料、烧结莫来石、硬质粘土熟料中的一种或任意组合，其粒度为0_8mm ;米用 0-lmm、0.5_lmm、l_2mm、l-3mm、3-5mm、3-6mm、6-8mm 粒度中的 3 种或 3 种以上进行粒级配或自然级配。
4.根据权利要求1所述的一种铝电解槽的防渗方法，其特征在于所述的耐火粉料选自焦宝石熟料、铝矾土熟料、烧结莫来石、粘土熟料、钠长石粉、石英粉中两种或任意组合，其粒度小于0.2mm。
5.根据权利要求1所述的一种铝电解槽的防渗方法，其特征在于所述的添加剂由氧化硼、硼酐、硼砂中的一种或两种组合，其纯度大于95%,粒度小于0.2mm。
6.根据权利要求1所述的一种铝电解槽的防渗方法，其特征在于所述防渗料配制完长期放置或明显潮湿的，在使用前需要进行干燥处理，干燥温度小于200°C。
7.根据权利要求1所述的一种铝电解槽的防渗方法，其特征在于所述的外加剂选自氧化硼、硼酐、硼砂、工业纯碱、氟化钠、氧化钙粉末、碳酸钙粉末、镁砂、硅微粉、石英粉中的一种或多种组合，并且其撒在防渗料上面的平均厚度大于0.5mm。
8.根据权利要求1所述的一种铝电解槽的防渗料方法，其特征在于所述的外加剂为工业氧化铝，并且其撒在防渗料上面的平均厚度大于5mm。
9.根据权利要求1所述的一种铝电解槽的防渗方法，其特征在于所述的外加剂由80wt%以上的工业氧化铝和20wt%以下选自氧化硼、硼酐、硼砂、工业纯碱、氧化钙粉末、碳酸钙粉末、氟化钠、镁砂、硅微粉、石英粉中的一种或多种组合混配而成，并且其撒在防渗料上面的平均厚度大于1mm。
【文档编号】C25C3/08GK103726072SQ201310670153
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】李晓星, 包生重, 杨建红, 李致远 申请人:中国铝业股份有限公司