[发明专利]一种提高铝电解用炭素阳极抗氧化的方法

说明书

技术领域

本发明属于铝电解工业技术领域，特别涉及一种提高铝电解用炭素阳极抗氧化的方法。该方法主要是研制一种在铝电解炭阳极表面涂覆一层涂层材料，该涂层能够较少阳极的氧化损失，延长阳极的使用寿命。

背景技术

目前铝电解工业采用的霍尔-埃鲁法，阳极都使用炭素阳极。电解时，氧化铝分解释放出的氧气把阳极氧化消耗。理论上，每生产一吨铝要消耗炭量333公斤，而铝厂每生产一吨铝实际消耗的炭量在500-600公斤左右，其中非理论损耗部分主要是由于空气氧化损失和掉渣引起的。电解过程释放出大量CO₂。从工人劳动强度来看，由于炭阳极属于消耗性阳极，使用一段时间(约27-30日)后需更换，这增加了劳动强度，换极后电解槽的热平衡需要一段时间后才能恢复正常。如果我们能够减少炭的高温氧化速率，那么无论是在成本，环境效益及劳动强度上都是有利的。

现有的炭阳极涂层材料存在的缺点是：

人们提出了多种涂层用以增强炭的抗氧化能力，但是这些涂层还很难在铝电解工业上得到成功应用，这主要是因为涂层在冰晶石熔盐中发生一定的溶解，并在阴极析出杂质，污染了阴极产品铝。另外，涂层材料与炭之间的粘附性较差也制约其应用。

在铝电解用炭阳极涂覆氧化铝和冰晶石混合物是当前较常用的一种实际操作，它可以在一定程度上减轻炭阳极的氧化。但是，如果这层混合物是疏松的，它就不能有效的阻止空气或氧气浸入到炭阳极表面而不能起到保护炭阳极的作用。因此需要一种既能增加阳极抗氧化性能，又能与阳极粘结很好的涂层。

发明内容

针对现有电解铝工业吨铝炭消耗量大的特点，本发明在大量实验研究的基础上提供一种在工业铝电解用炭阳极涂覆高分子比电解质和Al₂O₃的简便方法，以提高炭阳极在高温下的抗氧化能力，降低生产成本。

制作涂层可通过三种方法完成，第一种方法制备涂层包括以下步骤：

①将阳极表面灰尘清除干净，进行表面沙化处理；

②底层涂料制备：将炭粉或石墨粉与有机粘结剂均匀混合，其组分按重量百分比为：环氧树脂5～15％，聚酰胺树脂2～8％，炭粉或石墨粉45～65％，乙醇3～12％，糠醇10～20％，要求石墨粉的粒度小于15μm；③将配制好的底层涂料均匀的涂覆在阳极表面，厚度1-2mm，常温下自然放置8-12小时；

④外层涂料制备：将NaF/AlF₃的摩尔比为3的冰晶石和氧化铝组成电解质与有机粘结剂均匀混合，其组分按重量百分比为：环氧树脂12～15％，聚酰胺树脂6～8％，电解质46～60％，乙醇0～12％，糠醇15～20％，要求电解质的平均粒度小于30μm，其中的电解质中氧化铝和冰晶石的比例按重量比为氧化铝/冰晶石＝12/34～18/42；⑤将外层涂料涂覆在已涂过底层涂料的阳极表面，厚度1-2mm，常温下自然干燥8-12小时。

第二种方法制备涂层包括以下步骤：①将阳极表面灰尘清除干净；②将600g石墨粉和400g硅酸钠水玻璃投放到搅拌机中混合均匀制成料浆，石墨粉的粒度小于30μm；③采用喷涂设备或人工方法将混合好的炭质胶层涂覆在阳极的五个面上，在自然条件下放置12-24小时自然干燥；④外层涂料制备：将NaF/AlF₃的摩尔比为3∶1的冰晶石500g，和100g氧化铝组成电解质，与400g硅酸钠水玻璃投放到搅拌机中混合均匀后制成料浆，要求电解质的平均粒度小于30μm；⑤采用喷涂设备或人工方法将混合好的高分子比涂层料浆涂覆在阳极的五个面上，厚度1-2mm，在自然条件下放置12-24小时自然干燥。

第三种方法制备涂层包括以下步骤：①将阳极表面灰尘清除干净；②底层涂料制备：将400g石墨粉和600g硅酸钠水玻璃投放到搅拌机中混合均匀制成料浆，石墨粉的粒度小于30μm；③采用喷涂设备或人工方法将混合好的炭质胶层涂覆在阳极的五个面上，在自然条件下放置12-24小时自然干燥；④外层涂料制备：将NaF/AlF₃的摩尔比为3∶1的冰晶石480g，和70g氧化铝组成电解质，与450g硅酸钠水玻璃投放到搅拌机中混合均匀后制成料浆，要求电解质的平均粒度小于30μm；⑤采用喷涂设备或人工方法将混合好的高分子比涂层料浆涂覆在阳极的五个面上，厚度1-2mm，在自然条件下放置12-24小时自然干燥。

本发明的优点，不但可以解决以上问题，且还有以下优点：

使用有机粘结剂涂层，原料中没有含杂质，电解过程中在电解质中不会引入杂质元素，同时通过炭质过渡层可以改善第一层与基体的粘附性，使涂层与阳极之间粘附性很好。

具体实施方式