一种铝电解阴极焙烧及启动过程用高温抗氧化涂层及其制备方法
【专利摘要】本发明公开一种铝电解阴极焙烧及启动过程用高温抗氧化涂层及其制备方法，将铝电解阴极生坯或阴极内衬表面清洗干净后，把功能材料、碳质骨料、粘结剂、固化剂、溶剂、增强剂和其它添加剂按比例进行混合，配制成浆料，采用喷涂或刷涂的方法把该浆料涂覆在阴极生坯或铝电解槽阴极内衬表面，利用生坯焙烧或电解槽焙烧启动过程中的高温，在线形成一层致密的，具有自牺牲功能的高温抗氧化涂层。该涂层高温导电性能良好，既可用于普通炭素阴极，也可用于可润湿性阴极。该工艺简单易行，实用性强，可有效降低阴极在生坯焙烧和在电解槽焙烧启动过程中出现的氧化，保护阴极原有的结构强度与功能，延长阴极炭块和阴极内衬的使用寿命，降低铝电解生产成本。
【专利说明】—种铝电解阴极焙烧及启动过程用高温抗氧化涂层及其制备方法
【【技术领域】】
[0001]本发明属于熔盐铝电解领域，特别涉及一种熔盐铝电解阴极焙烧及启动过程用高温抗氧化涂层及其制备方法。
【【背景技术】】
[0002]在铝电解生产过程中，阴极作为铝电解槽的最内层衬里，直接盛装着熔融铝液和电解质，并将直流电流导出槽外。它不仅是铝电解槽最重要的组成部分之一，而且是影响电解槽使用寿命的关键部位。在铝电解槽高容量、大电流的发展趋势下，电解槽的使用寿命愈来愈受到业内的关注。阴极内衬一但破损，电解槽就将被迫停产大修,直接造成原铝生产成本的提高。因此，提高阴极使用寿命，缩短电解槽大修周期十分必要。目前，国际先进的铝电解槽平均寿命已经达到了 2500天~3000天，不仅有效地提高了原铝产量，而且大大的减少了因废旧内衬材料造成的环境污染。但在我国，大型预焙槽的平均使用寿命仍不足2000天(1800天)，与国际先进指标的差距甚远，直接导致我国原铝生产成本甚高。
[0003]众所周知,影响电解槽寿命的因素较多,但阴极自身质量和焙烧启动质量是影响槽寿命的关键之一。对于阴极的质量控制，除了对原料组成、结构特性等方面进行优化外，还要防止阴极生坯或阴极内衬焙烧过程中因布多尔反应和空气氧化反应造成阴极结构强度和后续电解过程中耐腐蚀性能的下降。特别是铝电解槽采用燃料焙烧法焙烧时，炭素阴极内衬的氧化明显，严重时阴极表面会出现脱皮现象；对于惰性可润湿性TiB2阴极，因在高温焙烧过程中，容易出现氧化生成TiO2,使TiB2阴极失去了与铝液可润湿性的功能，且TiO2导电性差，导致炉底压降明显上升。如果惰性可润湿阴极使用炭质粘结剂，氧化作用同时还会造成炭质粘结剂的氧化失效，引起TiB2颗粒脱落或阴极开裂。可见，生坯焙烧及电解槽焙烧过程中阴极是否遭受氧化性破坏对于提高阴极的质量，降低原铝生产成本，提高后续电解槽的运行稳定性，改善工艺参数，延长电解槽使用寿命都有着至关重要的作用。
[0004]为了减少阴极生坯焙烧或电解槽焙烧启动过程中阴极内衬的氧化性破坏，国内外铝电解企业及研究机构采取了以下几项措施。(I)在隔绝空气的条件下对阴极生坯进行热处理，通常的办法是将阴极生坯填埋在炭质粉末(石墨、煅后石油焦)之中，以此来阻断阴极生坯和空气的接触，减少阴极的氧化。这种方法简单易行，可操作性强。但目前所使用的炭质粉末，疏松多孔，加之阴极生坯自身的特性，无法对用以填埋的炭质粉末进行夯实作业，这便不能确保阴极生坯与空气的完全隔绝。(2)在真空设备或可控气氛设备中对阴极生坯进行焙烧，这种方法效果显著，可以在很大程度上减小阴极生坯焙烧过程中的氧化。但设备要求高，成本过大，所制备的阴极难以大型化，目前只停留在实验室研究阶段。(3)在电解槽焙烧启动过程中，当前大型预焙铝电解槽采用焦粒(石墨粉)焙烧法或燃料焙烧法，尽管在焦粒(石墨粉)焙烧法中阴极表面铺设了一层焦粒，但厚度仅有I 一 3cm，且疏松不密实，并不能完全隔绝空气，而采用燃料焙烧法时，通过控制槽内氧分压，燃烧重油或燃气等燃料，实现阴极内衬的焙烧，但是，高温烟气的氧含量控制以及燃烧空间的密封问题难以解决，阴极内衬表面被烟气和空气氧化难以避免，严重时会导致阴极炭块和扎糊燃烧。总之，无论是在阴极制备过程还是在电解槽焙烧过程中，氧化现象始终存在，若阴极为炭素阴极，阴极表面氧化导致阴极材料厚度降低，阴极表面耐磨损性能下降，缩短了电解槽的使用寿命；如阴极为惰性可润湿性阴极，氧化将使阴极失去原有的与铝液可润湿的功能，且降低电解槽的使用寿命。
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【发明内容】
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[0005]本发明的目的在于提供一种铝电解阴极焙烧及启动过程用高温抗氧化涂层及其制备方法，该涂层主要目的是为降低铝电解阴极在生坯焙烧或在电解槽焙烧启动过程中出现的氧化，有效保护阴极，延长阴极使用寿命和槽寿命，降低铝电解生产成本。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]—种铝电解阴极焙烧及启动过程用高温抗氧化涂层，该高温抗氧化涂层由功能材料、碳质骨料、粘结剂、固化剂、溶剂、增强剂和增塑剂七中组分制备而成，各组分分别包含下列物质:[0008]功能材料:1182、2池2、11(:、21'(:、8、活性炭41、11中的一种或多种；
[0009]碳质骨料:兰炭、石墨、石油焦以及电煅无烟煤中的一种或多种；
[0010]粘结剂:浙青、呋喃树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚酰胺树脂和聚酯树脂中的一种或多种复合而成；
[0011]固化剂:乙酸丁酯、乙二胺、偏苯二胺、磷酸乙酯中的一种或多种；
[0012]溶剂:乙醇、丙酮和醋酸甲酯中的一种或多种；
[0013]增强剂:碳纤维、碳纤维粉和碳化硅纤维中的一种或多种；
[0014]增塑剂:亚磷酸三苯酯和邻苯二甲酸二丁酯中的一种或两种。
[0015]本发明进一步的改进在于:功能材料、碳质骨料、粘结剂、固化剂、溶剂、增强剂和增塑剂等各部分在涂层中的含量、各物质的规格及其在各部分中的含量如下表所示:
[0016]
【权利要求】
1.一种铝电解阴极焙烧及启动过程用高温抗氧化涂层，其特征在于，该高温抗氧化涂层由功能材料、碳质骨料、粘结剂、固化剂、溶剂、增强剂和增塑剂七种组分制备而成，各组分分别包含下列物质: 功能材料:!^2、2沖2、11(:、21'(:、8、活性炭、六1、11中的一种或多种； 碳质骨料:兰炭、石墨、石油焦以及电煅无烟煤中的一种或多种； 粘结剂:浙青、呋喃树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚酰胺树脂和聚酯树脂中的一种或多种复合而成； 固化剂:乙酸丁酯、乙二胺、偏苯二胺、磷酸乙酯中的一种或多种； 溶剂:乙醇、丙酮和醋酸甲酯中的一种或多种； 增强剂:碳纤维、碳纤维粉和碳化硅纤维中的一种或多种； 增塑剂:亚磷酸三苯酯和邻苯二甲酸二丁酯中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的一种铝电解阴极焙烧及启动过程用高温抗氧化涂层，其特征在于，功能材料、碳质骨料、粘结剂、固化剂、溶剂、增强剂和增塑剂在涂层中的含量、各物质的规格及其在各部分中的含量如下表所示:
3.根据权利要求1所述的一种铝电解阴极焙烧及启动过程用高温抗氧化涂层，其特征在于:所述高温抗氧化涂层用于铝电解炭素阴极或可润湿性阴极生坯焙烧过程或阴极焙烧启动过程中的高温抗氧化，其中:所述炭素阴极为半石墨质阴极炭块、半石墨化阴极炭块、石墨化阴极炭块、无定形炭质阴极炭块中一种；可润湿性阴极为TiB2陶瓷阴极、TiB2涂层阴极或TiB2复合阴极。
4.根据权利要求1所述的一种铝电解阴极焙烧及启动过程用高温抗氧化涂层，其特征在于，七种组分的质量百分含量为:功能材料40~60%、碳质骨料3~38%、粘结剂15~30%、固化剂I~5%、溶剂5~30%、增强剂0.5~2%、增塑剂0.5~2%。
5.权利要求1至4中任一项所述的一种铝电解阴极焙烧及启动过程用高温抗氧化涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:将各组分混合均匀，制成浆料，采用喷涂或刷涂法把所制备的浆料涂覆在清洗干净的阴极或其生坯表面，涂层涂覆完毕后，利用阴极或其生坯焙烧或电解槽焙烧启动过程中的高温，在线固化形成高温抗氧化层。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，涂层的厚度为2~4mm时，采用喷涂法涂覆，所使用的空气压力为8~12KPa，浆料粘度控制在0.5Pa.s~20Pa.s的范围内；涂层的厚度为5~IOmm时，采用刷涂法涂覆，浆料粘度控制在2MPa.s~20MPa.s的范围内。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，采用多次多层涂覆的方法涂覆至设定厚度，各次涂覆间隔时间为0.5~1小时。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于:涂覆前采用压缩空气或无水乙醇清洗阴极或其生坯表面， 确保涂覆面洁净无尘、无油垢。
【文档编号】C25C3/08GK103936333SQ201410159994
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月21日 优先权日:2014年4月21日
【发明者】方钊, 李林波, 俞娟, 武小雷, 高建雄, 孔海林 申请人:西安建筑科技大学