[发明专利]一种电解铝用低成本碳素阳极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电解铝用碳素阳极及其制备方法，特别是以炭化稻壳和无烟煤焦炭为原料生产的电解铝用碳素阳极及其制备方法。

背景技术

目前我国350~400KA电解槽已逐渐成为铝电解主流槽型，随着电解槽大型化，铝电解槽整体技术已接近国际水平，但目前国内碳素阳极消耗490kg/t铝左右，换极周期在30天上下。电解铝用预焙阳极在国内炭素制品中产量最大，而其使用寿命和导电性与国际水平相比，差距很大，造成我国铝电解工业每年巨大的材料和能源浪费，严重地污染空气。降低碳素阳极消耗，对于提高整个铝电解行业节能减排水平、建设可持续发展的资源节约铝工业具有十分重要的作用。

现代铝电解用碳素预焙阳极均以石油焦为骨料，煤沥青为粘结剂，经过筛分、配料、混捏、成型和焙烧等阶段制成。近几年，国民经济迅猛发展，碳素制品消费量连年攀升，以致于大大增加了以石油焦为原料的碳素预焙阳极成本，在碳素阳极生产过程中，煤沥青在高温下放出SO2、CO2等有害物质，对工作环境产生了不良影响，高温下排出的气体越多，产品的收得率较低，造成了很大的浪费；炭化排除的气体导致成品中形成了不少气孔，孔隙率较高。在正常铝电解生产中，随着电解进行，碳素阳极骨料氧化完，电解质很容易渗透到孔隙中，无疑，加快了阳极消耗。因此，寻找出其它原料代替石油焦和现用煤沥青粘结剂，制备寿命长和导电性优良的电解铝用碳素预焙阳极，成为广大铝冶金工作者的当务之急。

发明内容

本发明为了解决上述的技术问题，提供一种电解铝用低成本碳素阳极及其制备方法，其利用廉价的农产品废弃物代替传统的石油焦，既降低了石油焦的消耗又有效的降低了成本。

本发明所采用的技术方案是：一种电解铝用低成本碳素阳极，其原料由粘结剂和骨料组成，所述的粘结剂占碳素阳极原料总重的重量百分数为15~20%，所述的骨料占碳素阳极原料总重的重量百分数为80~85%；

所述的粘结剂由改性酚醛树脂和改性沥青组成，所述的改性酚醛树脂占粘结剂的重量百分数为60~70%，所述的改性沥青占粘结剂的重量百分数为30~40%；

所述的骨料由粒度为2~6mm的酸碱除灰后的炭化稻壳、粒度为0~1mm的无烟煤、粒度为2~6mm的石油焦和粒度为0~1mm的人造石墨组成，其中，酸碱除灰后的炭化稻壳的重量占骨料总重的50~60%，无烟煤的重量占骨料总重的15~20%，石油焦的重量占骨料总重的12~16%，人造石墨的重量占骨料总重的12~16%；所述的酸碱除灰后的炭化稻壳和无烟煤的灰分均低于1%；所述的人造石墨的灰分低于0.3%；所述的石油焦的灰分低于0.4%，挥发分低于10%。

所述的改性酚醛树脂是以酚醛树脂为基体，以B₄C为填料混合制成。

所述的石油焦为生石油焦。

一种电解铝用低成本碳素阳极的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、原料的制备

a、稻壳的炭化

将稻壳放入炭化炉中升温至700℃进行加热炭化，升温过程中： 25~80℃，升温速率为1.3℃/min； 80℃-200℃，升温速率为0.5℃/min； 200℃-700℃，升温速率为4.5℃/min；升温至700℃后保温1小时，然后自然冷却至室温，得到炭化稻壳，备用；

b、无烟煤煅烧

将无烟煤放入煅烧炉中，在1750~2000℃的条件下煅烧，使无烟煤中的灰分挥发，备用；

c、破碎和磨料

将步骤a制得的炭化稻壳依次在破碎机和磨料机上进行破碎和磨细，使磨细后的稻壳粒度达到2~6mm，备用；将步骤b中煅烧后的无烟煤依次在破碎机和磨料机上进行破碎和磨细，使磨细后的无烟煤粒度达到0~1mm，备用；

d、酸碱除灰

分别将步骤c中处理后的无烟煤和炭化稻壳依次放入NaOH溶液和HCl溶液中浸泡，每次浸泡后都进行过滤和洗涤，浸泡后使无烟煤和炭化稻壳的灰分均控制在1%之内，备用；

步骤二、称取原料

e、称取骨料

称取人造石墨、石油焦和步骤d中处理后的炭化稻壳和无烟煤的混合物作为骨料，其中，炭化稻壳占骨料总重量的50~60%，无烟煤占骨料总重量的15~20%，人造石墨占骨料总重量的12~16%，石油焦占骨料总重量的12~16%；

f、称取粘结剂

称取改性酚醛树脂和改性沥青的混合物作为粘结剂，其中改性酚醛树脂占粘结剂总重量的60~70%，改性沥青占粘结剂总重量的30~40%；