[发明专利]用于电极的包含石油焦炭和热解碳的共混物组合物

说明书

本发明涉及一种包含石油焦炭和热解碳的混合物的共混物组合物；电极配方以及该电极作为制备铝的方法中的阳极的用途。

本发明涉及一种包含石油焦炭和热解碳的混合物的共混物组合物；电极配方以及该电极作为制备铝的方法中的阳极的用途。

铝的制备在电解池或电解槽中进行(称为Hall-Héroult方法)。Al2O3的电解在层叠在碳阳极和熔融金属之间的冰晶石熔融池中进行。使Al2O3内的铝离子还原而形成熔融铝。将熔融铝收集在电解池的底部。氧离子(oxide ion)与碳阳极反应而产生二氧化碳，因此，在电解反应中消耗碳阳极。

电解过程中的碳消耗量要求每3-4周更换预焙制阳极，这取决于阳极尺寸和电流密度。由于持续更换和对电池的破坏最小的限制，所有电池中均存在不同消耗阶段中的阳极。在阳极更换时，消耗约四分之三的阳极。其余部分称为残极(butts)。

电池中的各种反应导致阳极碳的消耗。不会导致金属还原的那些会导致过量的碳消耗，例如空燃(airburn)(O2+C→CO2，其中O2来自环境空气)、羧基侵蚀(CO2+C→CO，其中CO2作为铝制备的氧化还原反应的产物)和选择性氧化(粉化)。由于不同焦炭相之间的反应性不平衡，粉化作为CO2侵蚀的次要作用而存在，从而使固体C的碎末脱落。

碳阳极的成本占铝电解制备总成本的15–20％。因此，碳阳极的质量至关重要，并显著影响铝电解的能耗和环境影响。阳极质量的特征在于5个主要性能：

-反应性，其决定较大部分制备每吨铝的过量碳消耗。反应性越低，该过量碳消耗量越低。

-密度，其是决定电解槽中阳极寿命的主要因素。密度越大，寿命越长。提高阳极寿命会减少所需的阳极更换次数。

-耐热冲击性，其决定在将阳极置于电解槽中时或在其循环过程中是否发生破裂或裂纹。

-低电阻率，其由于Hall电池中采用的大电流而决定电力损耗。

-高化学纯度，其决定铝产品的质量，这是由于阳极在电解池中的直接消耗，所含的任何金属或其他杂质都易于转移至铝产品中，并可能不利影响其机械性能。高化学纯度对反应性也具有积极作用。

在预焙制阳极装置中用于制备干配方的原料通常是石油焦炭、煤焦油沥青粘合剂、压碎残极(crushed butts)、生废料(green scrap)(经成型但未焙制的阳极)和焙制废料(经成型和焙制的阳极，其不合格)。预焙制阳极通常由约65％的焦炭、15％的沥青和20％的再循环阳极残极制成。

在糊料装置中，将进入的煅烧焦炭和再循环材料压碎，筛分/分级以得到预定级分，并一起加入以形成干聚集料(aggregate)。用于制造阳极的焦炭级分通常特征为粗级分、中级分、细级分。将干聚集料预热并与经预热以融化的粘合剂(通常为煤焦油沥青)混合。将经预热的混合物压制成最终形状，确保经压制的阳极块保持其结构形式。随后将生压坯(green compact)在提高的温度，例如约1100℃下加热，以形成经焙制的阳极，然后其适合用于在电解池中消耗。

铝金属需求的持续增长与铝等级焦炭质量的下降和波动，以及受影响的焦炭的密度和纯度的组合使得阳极制造装置要提供稳定质量的阳极更具挑战性。低质量等级的焦炭具有较高反应性，导致熔炉中的碳消耗较高。

约95％的熔炉产生的SO2排放物可归因于阳极制备中使用的进入的石油焦炭中存在的硫。因此，环境法规旨在减少硫排放物，而焦炭供应商提供较高硫材料。低硫焦炭材料在市场上变得较不易得到，且价格稳步上升。此外，许多传统的“高硫”阳极等级生焦(greencoke)的硫含量增加。五年前，认为高硫阳极等级生焦是硫含量为3-4％的生焦。现今更典型的含量是4-6％。

一桶低硫脱硫原油和高硫含硫原油之间的价格差异(“脱硫-含硫价差(sweet-sour spread)”)导致更多炼油装置加工更便宜、更高硫的原油。这些较高硫原油制得具有较高硫和金属杂质含量(特别是钒和镍)的焦炭。煅烧炉使用较多这些焦炭来满足铝工业不断增长的需求。