[发明专利]一种用于铝电解槽烟气余热回收的复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于铝电解槽烟气余热回收的复合材料及其制备方法，所述复合材料按重量百分比计包括以下组成原料：尖晶石型氧化物35～45％、金属纤维或合金纤维35～45％、非尖晶石型氧化物5～15％、碳化物3～10％、氮化物2～8％、硼化物1～5％。其制备方法为：将原料按比例加入球磨机中混合，然后加入球磨介质和粘结剂继续球磨3～8h，干燥，得前驱体粉末；将前驱体粉末放入电阻炉中，惰性气氛，1100～1300℃下烧结3～9h，然后在氧分压为1～10kPa的含氧气氛中，300～600℃下退火0.5～2h，在材料表面形成致密的氧化物薄膜，得复合材料。所得复合材料导热性好、抗热震性好、抗腐蚀性好。

技术领域

本发明涉及铝电解余热回收技术领域，具体涉及一种用于铝电解槽烟气余热回收的复合材料及其制备方法。

背景技术

电解铝属于高能耗行业，在原铝生产过程中，每吨铝需耗电约13000kW·h，但其中只有约50％的电能用于维持电解过程的正常进行，其余约50％的电能则以热的形式损失。因此，如果对铝电解过程中产生的余热不进行二次利用，不仅降低了能量利用率，而且也恶化了生产环境，因此，有必要回收铝电解过程产生的余热，提高能量的使用效率。

研究表明，铝电解产生的高温烟气(约300～400℃)所带走的热量约占整个热损失量的35％～55％，但是这种烟气中除了含有CO₂和CO外，还有大量腐蚀性气体如HF、CF_X、NaF、AlF₃和SO₂等，对材料的腐蚀作用很强。为降低对材料抗腐蚀的要求，目前回收烟气余热采用的方法是在烟气离开电解槽且温度降低后进行余热回收，但是这样会导致余热回收的效率降低。显然，如果在电解槽内采用以热交换方式来实现烟气的余热利用，有利于提高烟气余热的利用率，但现有热交换用的材料(通常为铜合金材料)并不能同时满足具有良好的导热性、抗热震性与抗腐蚀性(抗氟化物和硫化物共存时的高温烟气的腐蚀作用)的特点。

发明内容

针对以上背景技术中提到的不足和缺陷，本发明的目的在于，提供一种导热性好、抗热震性好、抗腐蚀性好的用于铝电解槽烟气余热回收的复合材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种用于铝电解槽烟气余热回收的复合材料，所述复合材料由以下重量百分比的各组成原料依次经混合、煅烧和退火得到：

本发明采用尖晶石型氧化物和金属纤维或合金纤维为基体，同时加入非尖晶石型氧化物、碳化物、氮化物、硼化物作为添加剂，通过煅烧和退火热处理，得到导热性好、抗热震性好、耐腐蚀的换热材料。尖晶石型氧化物具有耐腐蚀好的优点，金属纤维或合金纤维的加入不仅提高了材料的导热性，也提高了材料的抗热震性，非尖晶石型氧化物的加入提高了材料的致密度，碳化物的加入提高了材料的抗氧化性，氮化物的加入提高了材料对硫化物的抗腐蚀性，而硼化物的加入提高了材料对含氟气体的抗腐蚀性；上述原料中的非尖晶石型的氧化物包括金属氧化物和稀土氧化物，经过煅烧，金属氧化物与尖晶石型氧化物反应产生低熔点物质，生成的低熔点物质有助于促进不同物质之间(金属纤维或合金纤维、碳化物、氮化物、硼化物)的充分融合，提高材料的致密度均一性；稀土氧化物在煅烧时可以抑制材料颗粒的长大，起到细晶强化的作用；各原料经混合和煅烧后再经退火处理，减少材料内部的缺陷，并使材料表面金属相发生氧化，在材料表面形成一层的致密氧化物薄膜，进一步提高了换热材料的抗腐蚀性，各原料之间协同作用，使得本发明的复合材料同时具有良好的导热性、抗热震性和耐腐蚀性(耐氟化物和硫化物腐蚀)，满足铝电解槽烟气余热回收特殊环境的要求。

作为优选的方案，所述复合材料由以下重量百分比的各组成原料依次经混合、煅烧和退火得到：