专利名称：一种电解铝阳极炭块及其制备方法
一种电解铝阳職妙其制备方法
駄领域
本发明涉及一种电解铝阳丰，:tM其制备方法，尤其是一种用无烟煤替代部 分石油焦制作而成的电解铝阳极炭±^其制备方法。
狱背景
1880年美国的霍尔(Hall)和法国的埃鲁特(Heroult)同时提出冰晶石-氧化 铝溶解炼铝法。1888年美国匹兹堡电解厂应用于工业生产，建成世界上最早的预焙 阳极电解槽。阳*碳±央用木炭作原料，采用，躯法生产，单个阳极面积只有8 10cm2， 质量较差。之后，紙、法国、英国、德国，有了對以的预焙阳极，用电角軒去生产 铝。
1924年，挪MASoderberg发明连续自焙阳极，阳极面积逐步扩大；1934年， 法国彼斯涅(Peckiney)铝业公司研制上插自焙阳极，随后又用多功能天车进行操 作；20世纪50年代之后，用挤压和振动成型机制造大规格预焙阳f碳i央成功，预 焙阳极又逐步被推广应用。20世纪80年代后期，预焙阳极电解系列，电流容m 280 350kA，最新的预焙阳极电角科曹电流&500kA。
20世纟抹，已普3i^用予鹏阳极炼铝。国夕卜用振动成型法生产的阳丰碳块，最 大的尺寸为2250x750x2500ram，单块重为2500kg。
目前电解铝生产用阳极炭块一IS用石油焦、沥青焦作为骨料，煤沥青作为粘 结抓经过煅烧、破碎、酉己料、混捏、成型以及焙烧之后^f顿。
电解铝阳极炭块制鹏的物理指标包括灰分，体积密度，真密度和比电阻；力 對藤为腿鹏。
目frf顿的:nik阳极灰分含量分为三级0.6%以下，o.6 i.o%， 1.0%以上；体
积密度(比重)的范围一般为1. 55 1. 6k/cm3;真密度为2. 04 2. lOg/cm3;比电阻 为50 70微欧米；抗压强度30MPa以上。
虽然有关隋性阳极的研究正在进行中，fS/人国内外盼瞎7诚看，目前基本上仍 然局限于实验室阶段，1990年代美国曾进行过5年的中试，最终宣告娜，最近的试 验也宣告，。专家预测，惰性阳极并不适合于现有的霍尔法。所以在今后的一段
时间之内，炭阳极仍将占主导地位。而我国石油比较短缺，目前石油进口 已达
到42. 在未来的几年内有可育继至顿％以上。而且随着近年来石油资源的紧张，
石油焦的价格在不断的上升，造成电解铝成本的急居鹏加。但是据资料显示，我国
石油的储采比仅为19年，自从1993年成为石油进口国之后，我国的石油依赖度 越大，由于石油价格不断上涨，石油进口压力逐年增大。生产一吨电解铝的阳极毛 耗一般为450-600kg。因此，人们正在努力寻找一种辭刺戈替石油焦作为铝电解焙烧 阳极的原材料和方法，并取得了一些进展。
2007， (12).《轻金属》发表的"应用石油焦压密技术研究开发优质预焙阳极" 文献中将煅前石油焦压密和煅烧，通过体积密度、真密度、显气孔率、粉末电阻率、 颗粒抗压碎纟驢的测试，研究压密煅烧石油焦特性。采用压密煅烧石油焦制成预焙 阳极，通过j祸只密度、真密度、显气 L率、电阻率、耐压5贼、鹏度的测试，结果 表明，压密石油焦能显著地改善预焙阳极的理化性能，使预焙阳极制造过程中沥青 加入量控制在13%，预焙阳极的傳积密度达到1. 65g/cm3， ^驢达到50MPa。
2007， (1).《炭素》发表的"烟煤焦炭制^l吕业预焙阳极的先驱实验分析"和 2007西安禾射支大学硕士论文"电解铝用新型炭^f页焙阳极的制备与性能研究"文 献中研究了以优质低灰烟煤焦炭替代石油焦炭作原料，制备了铝业预焙阳极。 采用正交实验方法，分析了原料组成、粒it)(邻日极性能的影响，并进行了原料成 本核算。实验结果分析表明用烟煤焦炭制备阳极是可行的，并且具有很好的市 场前景。
2005,(4).《甘肃冶金》发表的"煤沥青性能及其对铝用予弥部日极质量的影响" 文献中煤沥青的组分及性f^寸预焙阳极的质量有直接的影响，在预J:咅阳极生产中 繊择繊且分的煤沥青，或舰鹏历青。
2004,(3).《炭素》发表的"石油焦性能与阳极消耗"文献中阳极消耗与电解 工艺参数和阳极质量有关。原料及生产工艺过禾就阳极质量都有很大影响。纟贼阳 极的主要原料是石油焦，因此石油焦盼性能直接影响阳极的质量，尤其是阳极的氧 化性与原料的抗氧化性有直接关系。本文M:分析影响石油焦C02反应f扱空气反 应的因素，说明控制石油焦的杂质含量、提高体积密度、斷氐孔/魏阳极生产的重 要性。
2002,(4).《有色金属设计》发表的"大型铝电解阳极生产技术的进展"文献 中对当今世界上几条大产能阳极工厂的工艺流程作了分析，提出了大产能铝电解 阳极制造的新工艺流程，可供我国新建大型铝电解厂所配套的阳MX厂设计借鉴。
2001， (9).《轻金属》发表的"煤沥青在电解铝用阳极制品生产中的作用"文
献中介绍了煤沥青的种类、质量和工艺性能，i健了电解铝生产对煤沥青的要求， 指出今后需要在煤沥青性能和改性两个方面开展大量研究工作。
1999， (6).《炭素技术》发表的"铝用炭阳极添加齐啲研究与应用"文献中
综述了近几年我国铝用炭阳极生产中采用添加齐啲进展情况，重点i爐了炭阳极掺 杂的基5她开究、碳^f里阳极糊的推广应用、氟化铝的添加作用以及复合添加剂糊应
用机理与效果。添加剂可有效地改善炭阳极的化学特性，改善铝电解工艺^#。
1989， p 541-544 (Warreridale， Pennsylvania)发表的 "Study of physico-chemical processes of formation of microstructure of carbon anodes in the course of thermal transformations of pitch and coke mixes，， 文献中 指出传统的关于电解槽阳极焦炭结构的形成理论重视粘结方式和结构转变之间的关 系，而改善焙烧阳极微见结构的最有效方法是采用具有相似膨胀性能的混合物组织， 激发中间颗粒遊彖的化学键以及提高粘结齐瞧炭的弓贼。限制焦炭中的杂质以及使 用低反应活性的焦炭以保证在氧化气氛中阳极能够均衡的氧化。
国内外关于焙烧制作电解铝阳极研究已有大量的文献报道，但主要是以石油焦 为骨料，煤沥青为粘结剂生产炭阳极，国内夕陶无采用无烟煤替代部分石油焦通过
煤沥箭占结、成型、焙烧帝,电解铝阳极的文献报道。
本
发明内容
本发明的目的是克月艮已有技术中的不A^:，掛共一种用无烟煤与石油焦混合的电 解铝阳,妙其制备方法。
本发明的电解铝阳极炭块，包括石油焦，粘结剂，在石油焦中加入比列为15% 60%的无烟煤作为炭块骨料。
电解铝阳IK^块的制备方法
a. 首先对无烟;K份jfc^处理，除去煤中的奸石以及部分矿物质，使无烟煤的 灰分降低；
b. 用气煅或者电jt^5fe^将的无烟微行煅烧，以降低粉末电阻率，增大密度 和机械强度以及提高无烟煤的抗氧化性；
c. 对煅烧之后的无烟jtit行破碎磨粉，采用化学酸洗的除虹观行脱灰处理， 进一步降低灰分的含量；
d. 将^1处理后的无烟煤按15% 60%的比例加入到石油焦和粘结剂中，使之充分混合均匀，用振动压实或剪切压实法压制成，块。
e.对，块进行焙烧，即得到电解铝阳极炭块。
赠爐处理过的灰力M氐于l. 5%的无烟煤可直^￡行破碎磨粉；顿块焙烧时在
其上部覆盖石油焦和炭;fc^^l斗，^焙皿程中采用还原气氛保护，以防止无烟煤 早期氧化。
本发明的有益效果生产一吨电解铝的炭阳极，一般为450-600kg。用部 分无烟激戈替传统的石油焦制作铝电解阳t，块，有利于扩大无烟煤的禾,途径， 降低炭阳极的成本，缓解石油资源匮乏带来的危机。随着近年来石油资源的紧张， 石油焦的价格在不断的上升，造成电解铝成本的急剧增加。国际价格每吨石油焦比 煅烧无烟煤高约1000元，如果用50%无烟謝戈替石油焦，每B碳块的赫可斷邸OO 元，生产一吨电解铝可降低成本300元以上。按年产1000万吨计，直接节约成本可达 30亿元人民币。而且我国石油的储采比仅为19年，自从1993年成为石油进口国之后， 我国的石油依赖度越来越大，石油进口压力逐年增大，目前石油进口依赖己达到 42. 9%，在未来的几年内有可能达到50%以上，因此节约石油资源具有极大的社会经 济鄉
具体实驗式
本发明的电解铝阳t碳块，由无烟煤、石油焦、粘结剂混合制作而成，其中无 烟煤所占比例为15% 60%，石油焦所占比例为25% 60%，粘结齐1」所占比例为15%
25%。
本发明电解铝阳t，块的制备方法
1、 选料"~^选择灰^^劃氐的舰无烟煤作为原料，最好选用内在矿物质少的 无烟煤，即选用具有可选性的无烟煤；
2、 鹏~~ffi选煤设备除去无烟煤中的石干石以及内在灰分中较彌米姐不均匀 分布的主要成分是二氧化硅、氧化铝、硫^l丐和黄铁矿等；
3、 煅^^r啦S^链的无烟j;I^A煅烧炉中煅烧，采用罐式炉或电煅炉进行
煅烧，煅烧温度为170(TC 200(TC，以使无烟煤的部分灰^4一步的懒军挥发；对 处理过的灰分低于1. 5%的无烟煤可直接进行破碎磨粉；
4、 破碎磨粉~~#煅烧冷却后的无烟煤用破碎机和磨粉机按照阳|碳±央生产工 艺配方要求的粉料粒度进行破碎以及磨粉；
5、 除^ 碎的小颗粒料以_^ 用化学酸洗的除灰工艺进一步脱灰处理，使无烟煤灰^^*斷氐到1%以下；
6、 酉己料~~^照阳丰碳土央原料配方，添加15 60%的无烟激戈替石油焦粉料， 合理的调整级配粒度，以制备合格的阳t碳土央；
7、 阳极炭i央生产~~^巴按照无烟煤所占比例咖5% 60%，石油焦所占比例的 25% 60%和煤沥箭占结齐!]所占比例的15% 250/0经过搅拌混捏，用挤压或者振动成型 工艺^F》，制作成生阳木碳块；
8、 对制做好的線i央进行焙烧，审i恪出符合电解铝生产要求的熟阳丰碳块。焙 烧时在炭i央上部覆盖部分石油焦和炭i央残料以避免无烟煤早期氧化，或者在焙烧过 程中采用还原气氛f尉户，防止无烟煤早期氧化。
实施例h将经处舰的250/0无烟煤(不经过煅烧)、60%石油焦和15繊历謙 结剂混合均匀振动压实，按石油焦炭i央焙烧的常规工艺焙烧，焙烧时覆盖灰料《尉户。 审喊的炭土央指标为灰分1. 18%， 1祸只密度1. 59g/cm3，真密度1. 98g/cm3，耐压强 度55MPa，电阻率43"Q.m，符合当前电解铝生产要求。
实施例2:将经煅烧和处敏咖5%无烟煤，60%石油焦，25%煤沥**占结剂混合 均匀振动压实，按石油焦炭i央焙烧的常MDl艺焙烧，焙烧时覆盖灰料f尉户。帝喊的 炭块指标为灰分l. 12%，体积密度l, 42g/cm3，真密度2.00g/cm3，耐压弓驢37MPa， 电阻率57 u Q. m， f始当前电解铝生产要求。
实施例3:将经处理过的30%无烟煤(不^^段烧)、45%石油焦和25%煤沥青粘结 剂混合均匀振动压实，按石油焦炭i^):皆烧的常规工艺j^烧，*皆烧时覆盖灰料^ 户。 制成的炭±央指标为灰分1.23%，体积密度l. 58g/cm3，真密度l. 92g/cm3，耐压弓贩 56MPa，电阻率43uQ.m，符合当前电解铝生产要求。
实施例4:将经处 的45%无烟煤(不经过煅烧)、30%石油焦和25%煤沥 占结 剂混合均匀振动压实，按石油焦炭块烧晓的常规工艺焙烧，焙^烧时SM灰料^^户。 制成的炭块指标为灰分1.32%，体积密度l. 51g/cm3，真密度l. 85g/cm3，耐压弓鹏 25即a，电阻率44pQ.m，符合当前电解铝生产要求。
实施例5:将经煅烧和处理过的50%无烟煤，15%^油焦，25%煤沥-^f沾结齐嗨合 均匀振动压实，按石油焦炭1央焙烧的常MX艺焙烧，焙烧时覆盖灰料傲户。制成的 炭土射旨标为灰分1. 44%，体积密度1. 36g/cm3，真密度1. 74g/cm3，耐压弓驢25MPa， 电阻率73 u Q. m， f始当前电解铝生产要求。
权利要求
1.一种电解铝阳极炭块，包括石油焦，粘结剂，其特征在于在石油焦中加入一定量的无烟煤作为炭块骨料。
2. 根据权利要求1所述的电解铝阳极炭块，其特征在于所述加入一定量的无烟 煤比例为15% 60%。
3. —种电解铝阳t，块的制备方法，其特征在于a. 首先对无烟煤进行洗选处理，除去煤中的矸石以及部分矿物质，使无烟煤的 灰分斷氐；b. 用气煅或者电煅将洗过的无烟进行行煅烧，以斷氐粉末电阻率，增大密度和机械纟贩以及提高无烟煤的抗氧化性；c. 对煅烧之后的无烟j:魏行破碎磨粉，采用化学酸洗的除灰工规行脱灰处理，进一步降低灰分的含量；d. 将经过处理后的无烟煤按15% 60%的比例加入至柘油焦和粘结剂中，使之充分混合均匀，用振动压实或剪切压实法压制成顿块；e. 对生炭±央按现有技术进行焙烧，即得到电解铝阳丰碳块。
4. 根据权利要求3所述的电解铝阳极炭块的制备方法，其特征在于对, 处理过的灰分低于1. 5%的无烟煤可直接进行破碎磨粉。
5. 根据权利要求3所述的电解铝阳t碳块的制备方法，其特征在于生炭块焙烧时在其上部覆盖石油焦和炭块残料，或在焙烧过程中采用还原气氛保护，以防 止无烟煤早期氧化。
全文摘要
一种电解铝阳极炭块及其制备方法，电解铝阳极炭块由无烟煤、石油焦、粘结剂混合制作而成，其制备方法根据无烟煤灰分含量的不同，用不同比例的无烟煤与相应的石油焦混合，先对无烟煤进行洗选处理，除去煤中的矸石以及部分矿物，使得无烟煤的灰分降低，固定碳的含量增加；用气煅或者电煅，使无烟煤排出挥发分，促使部分灰分分解，降低其粉末电阻率，增大密度和机械强度以及提高原料的抗氧化性；对煅烧或未煅烧的无烟煤进行破碎磨粉，进一步脱灰处理，用振动压实或剪切压实法压制成生炭块；而后进行焙烧即得到产品。用无烟煤代替传统的石油焦制作铝电解阳极炭块，有利于扩大无烟煤的利用途径，降低炭阳极的成本，缓解石油资源匮乏带来的危机。
文档编号C25C3/12GK101343751SQ200810021819
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月15日 优先权日2008年8月15日
发明者任耀剑, 智 孙 申请人:中国矿业大学