一种铝电解槽新型侧壁材料的制备方法与流程

本发明涉及铝电解槽，具体涉及一种铝电解槽新型侧壁材料的制备方法。

背景技术：

1、电解槽既是金属铝冶炼最为关键的设备，也是盛装铝液的重要容器。铝电解槽由多种不同材质、规格的材料按施工工艺砌筑而成。在电解槽中，侧部炭块是用于调节热平衡的重要组成部分。目前用于铝电解槽侧部炭块材质分为两大类，分别是碳质材料和氮化硅结合碳化硅材质。氮化硅结合碳化硅材料因其优异的高温力学性能、高的热传导率、散热快、抗化学侵蚀、抗氧化等特性，是目前大部分铝企电解槽侧部结构的首选材料；其较高的导温系数和超强的耐腐蚀性能，能够成功解决大型槽热量过剩的电解热平衡难题。对于前期在较高电压环境下生产热收入大于支出的槽型非常有利；但是，随着国家对铝电解行业节能减排日益严峻的要求，电解低能耗技术和能源利用率不断提升的要求下，低电压低电耗生产的电解槽是各大铝企升级改造的方向。此种类型的电解槽由于热量收入减小，为保持槽内热平衡，侧部需要保温功能，而氮化硅结合碳化硅材质炭块电解槽散热造成大量的能耗空耗，侧部热量散失的弊端日益显现，更成为低能耗电解槽需要熔池保温的技术障碍。

2、再者来说，经过长期铝冶炼过程的槽衬材料由于受熔盐的化学侵蚀、氧化、高温、渗透等作用及日常的管理水平等因素的影响，电解槽的使用寿命远远小于其设计寿命。当电解槽达到使用寿命或破损时，需要将原有内衬材料刨除，替换新的内衬材料，而被刨除的侧部炭块因没有合适的处理方法，基本处于堆弃状态。碳化硅结合氮化硅材料导温系数远高于碳质材质材料。目前侧部炭块的处理方法的弊端：一是随着电解槽更新换代的速度，需要空间及场地堆放，占用各种资源。二是从本质上，无适当的处理方法，堆放易造成资源的浪费。

3、针对上述氮化硅结合碳化硅材质炭块电解槽的弊端，少部分铝企电解槽侧部结构材料使用以无烟煤为主要原料生产的普通炭块或无定形炭块、石墨炭块、半石墨质炭块结构材料等。一般铝电解温度在920～950℃左右，电解槽侧部结构不仅要具有耐高温耐腐蚀、抗氧化性能，而且要求可以调整电解热平衡，以形成正常槽帮满足生产需要。但传统电解生产受材料制造、生产工艺等技术限制，均采用槽底保温、侧部散热的槽型，采用较厚碳质侧部碳块用于加强散热，造成侧部漏电严重，电能消耗增大。这类材料最致命的缺点是容易被高温的冰晶石电解质浸蚀，金属钠的嵌入使碳晶格的层间距增大，导致体积膨胀，强度降低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种铝电解槽新型侧壁材料的制备方法，所制备的新型材料能够满足和适应低温低耗电解技术侧部热平衡需求，同时能够解决废侧部炭块资源闲置及对环境造成的危害等问题，实现废旧侧部炭块资源化循环利用。

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种铝电解槽新型侧壁材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

4、(1)将废旧碳化硅结合氮化硅耐火块破碎为粒径5mm以下的球形颗粒物或针状颗粒物，以便于浸湿溶解及缩短工艺反应时长；

5、(2)除钠和固氟：

6、在经步骤(1)破碎后的物料中加入除钠剂，快速搅拌形成浆液，控制反应时长(搅拌时间)0.5～2h；将反应后所得液体物料(浆液)泵送至蒸馏釜中，控制蒸馏温度为300～700℃，以去除金属钠的残留；蒸馏釜内物料经压滤处理后烘干，得到干料；

7、(3)准备侧壁材料的制备原材料，将各原材料混合，并在150～260℃加热，加热时间0.5～1h；将加热后的混合原材料放入成型模腔内焙烧后，即得到所需结构的铝电解槽新型侧壁材料。

8、进一步地，步骤(2)中，所述除钠剂为石灰水；或者，所述除钠剂为生石灰与水按4：(8-15)重量比例混合而成；破碎后的物料与除钠剂的重量比例为(6-13)：100。

9、进一步地，步骤(2)中，经压滤处理后所得固体物料在200～300℃温度区间内烘0.5～1h得到干料。

10、进一步地，步骤(3)中，所述原材料按重量份数计包括如下组分：

11、干料               35～40份；

12、黏结剂             7～8份；

13、碳粉               1～3份。

14、进一步地，步骤(3)中，所述黏结剂为磷酸二氢铝、铝溶胶和硅溶胶中的一种或几种。

15、进一步地，步骤(3)中，所述焙烧的温度为1200～1300℃，焙烧时间2～3小时。

16、进一步地，步骤(3)中，所述侧壁材料的制备原材料中还可含有其它添加剂1-2重量份，所述其它添加剂为氧化铝粉、锆英粉和氧化硼粉中的一种或几种。

17、本发明的设计机理如下：

18、本发明将废旧碳化硅结合氮化硅材料破碎后进行湿浸固氟，将全部的氟转化为稳定的化合物氟化钙，通过蒸馏去除钠，得到的粉料作为新侧壁材料的原料，并添加黏结剂与添加剂等，特定的添加剂(氧化铝粉、锆英粉、氧化硼粉)改善了材料的烧结性能与显微结构，并提高材料的抗性，最终“变废为宝”制备成用于电解槽侧壁结构材料。

19、本发明的优点及有益效果如下：

20、1、随着国家对铝电解行业节能减排日益严峻的要求，电解低能耗技术和能源利用率不断提升的要求下，氮化硅结合碳化硅材质炭块在电解槽中散热造成大量的能耗空耗，成为低能耗电解槽熔池保温的技术障碍。再者而言，没有适当的处理方法，刨槽后的废旧侧部结构体以堆弃为主。本发明制备了经济合理的新型侧衬材料，可实现废旧侧部资源重复再利用，减少危废堆存，减轻对环境的危害。

21、2、电解槽废旧侧部炭块经破碎、湿浸、蒸馏、压滤、烘干、成型等工序处理后，变废为宝，可以实现废旧资源100％重复再利用，将制得干料可作为新结构体成型的原材料及关键骨料，而且可以解决废侧部炭块资源闲置及对环境造成的危害等问题，提升废旧侧部炭块资源利用的经济价值。

22、3、因碳化硅砖的价格是普通炭素侧块的5倍及以上，铝企急需开发一种经济合理的新型侧衬材料。本发明恰可减少原材料的成本，减少电解固废堆积，改善环境，成型后的侧部炭块在性能上更能满足和适应低温低耗电解技术侧部热平衡需求。

技术特征：

1.一种铝电解槽新型侧壁材料的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的铝电解槽新型侧壁材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述除钠剂为石灰水；或者，所述除钠剂为生石灰与水按4：(8-15)重量比例混合而成；破碎后的物料与除钠剂的重量比例为(6-13)：100。

3.根据权利要求1所述的铝电解槽新型侧壁材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，经压滤处理后所得固体物料在200～300℃温度区间内烘0.5～1h得到干料。

4.根据权利要求1所述的铝电解槽新型侧壁材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述原材料按重量份数计包括如下组分：

5.根据权利要求4所述的铝电解槽新型侧壁材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述黏结剂为磷酸二氢铝、铝溶胶和硅溶胶中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的铝电解槽新型侧壁材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述焙烧的温度为1200～1300℃，焙烧时间2～3小时。

7.根据权利要求4所述的铝电解槽新型侧壁材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述侧壁材料的制备原材料中还含有其它添加剂1-2重量份，所述其它添加剂为氧化铝粉、锆英粉和氧化硼粉中的一种或几种。

技术总结
本发明公开了一种铝电解槽新型侧壁材料的制备方法，属于铝电解槽技术领域。该方法包括：(1)将废旧碳化硅结合氮化硅耐火块破碎为粒径5mm以下的球形颗粒物或针状颗粒物；(2)破碎后物料中加入除钠剂，快速搅拌0.5～2h形成浆液，泵送至蒸馏釜中，控制蒸馏温度为300～700℃，以去除金属钠的残留；蒸馏釜内物料经压滤处理后烘干，得到干料；(3)将干料35～40份、黏结剂7～8份和碳粉1～3份混合并在150～260℃加热，然后放入成型模腔内焙烧后，即得到所述侧壁材料。该侧壁材料能满足和适应低温低耗电解技术侧部热平衡需求，同时解决废侧部炭块资源闲置及对环境造成的危害等问题，实现废旧侧部炭块资源化循环利用。

技术研发人员：昌振利
受保护的技术使用者：新疆众和股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4