一種蘭炭基鋁電解用炭素陽極及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種蘭炭基鋁電解用炭素陽極及其制備方法，所制備的炭素陽極由炭質(zhì)骨料（70wt.%～85wt.%）、粘結(jié)劑（14wt.%～29wt.%）以及添加劑（1%～5%）組成，其中炭質(zhì)骨料為蘭炭或蘭炭和預(yù)焙陽極殘極的混合物，蘭炭在炭素陽極中的含量不低于50wt.%；粘結(jié)劑是由煤瀝青、呋喃樹脂、酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂中的一種或多種組成；添加劑是由活性炭、氧化鋁溶膠、納米氧化鋁和氯化鈉中的一種或多種組成。本發(fā)明的核心在于提出使用蘭炭替代石油焦制備鋁電解用炭素陽極，并采用添加劑改善陽極性能，所制備的陽極，成本低，質(zhì)量好，使用周期長，可緩解鋁電解用陽極優(yōu)質(zhì)石油焦供需緊張的矛盾，并為低變質(zhì)煤的高附加值綜合利用開辟出一條新的途徑。
【專利說明】—種蘭炭基鋁電解用炭素陽極及其制備方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明屬于熔鹽鋁電解【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種鋁電解用炭陽極材料。
【【背景技術(shù)】】
[0002]鋁電解用炭素陽極是電解鋁工業(yè)生產(chǎn)所需的基本原材料之一。炭素陽極既承擔(dān)著導(dǎo)電作用(將強大的直流電輸入電解槽)，又在氧化性氣氛和高溫熔鹽環(huán)境中直接參加電化學(xué)反應(yīng)并連續(xù)消耗，理論上生產(chǎn)一噸鋁的陽極炭耗量為334kg，但在實際的生產(chǎn)過程中，由于發(fā)生鋁的二次反應(yīng)，炭素陽極由空氣及CO2所引起的氧化，炭渣脫落等原因，致使鋁電解生產(chǎn)過程的噸鋁陽極炭耗量遠(yuǎn)大于其理論炭耗量(最高達(dá)到500kg以上)，也就是說，一座年產(chǎn)10萬噸電解鋁的企業(yè)，一年就要消耗5.5萬噸炭陽極。炭陽極的消耗占到電解鋁生產(chǎn)成本的20%左右，因此，可以說，炭陽極是鋁電解槽的“心臟”，其對于電解鋁生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和原鋁質(zhì)量均有著極為重要的影響。
[0003]電解鋁生產(chǎn)過程中，隨著炭素陽極的不斷消耗，陽極中的雜質(zhì)會自然轉(zhuǎn)移到鋁液中，導(dǎo)致鋁液質(zhì)量的下降或電解槽工藝狀況的惡化，因此，鋁電解生產(chǎn)對于炭陽極的灰分、硫份、導(dǎo)電性及微量元素等有著嚴(yán)格的要求。由于炭陽極是由煅后石油焦和煤浙青經(jīng)過混捏、成形和高溫焙燒制備而成，因此，作為生產(chǎn)炭陽極的主要原料，石油焦的質(zhì)量對于炭陽極的質(zhì)量影響很大，是需要嚴(yán)格控制的。
[0004]石油焦雖是煉油工業(yè)的副產(chǎn)品，但卻是鋁用炭陽極生產(chǎn)的主要原材料，生產(chǎn)一噸陽極大約需要一噸左右的生石油焦。自2005年以來，在國內(nèi)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的強力拉動下，鋼鐵、鋁業(yè)、汽車、房地產(chǎn)以及電力工業(yè)發(fā)展迅猛，由于這些基礎(chǔ)材料工業(yè)均是石油焦的主要用戶，導(dǎo)致國內(nèi)石油焦需求大幅上升，國內(nèi)石油焦市場顯現(xiàn)出了自改革開放以來的第三次較大的供需緊張局面，而對于石油焦使用大戶的鋁電解工業(yè)而言，可用于鋁電解用炭陽極生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)石油焦供應(yīng)短缺的趨勢，更為明顯。以2012年為例，按照原鋁產(chǎn)量推算，制備鋁電解用炭陽極所需的石油焦約為990萬噸，但是可供國內(nèi)陽極生產(chǎn)使用的合格石油焦僅為500多萬噸，不足部分，均是由一些低級別石油焦補充。由于這些低級別的石油焦硫分含量較高、微觀結(jié)構(gòu)較差，灰分及有害雜質(zhì)元素含量較高，會引起陽極質(zhì)量下降、生產(chǎn)設(shè)備腐蝕、煙氣SO2排放超標(biāo)以及更為嚴(yán)重的環(huán)境污染等問題，同時所生產(chǎn)的陽極在使用時也會造成噸鋁炭耗及電耗升高、掉渣嚴(yán)重等后果。此外，中國石油對外依存度不斷加大，現(xiàn)在國內(nèi)超過一半的石油消費要依賴進(jìn)口解決，進(jìn)口原油中大多硫和釩含量偏高，所產(chǎn)石油焦基本難以達(dá)到生產(chǎn)鋁用炭陽極的使用要求。另外，石化企業(yè)煉油新工藝的推廣應(yīng)用，使得石油焦中雜質(zhì)元素富集更加嚴(yán)重，石油焦的品質(zhì)出現(xiàn)不斷下降的趨勢，這進(jìn)一步加劇了炭陽極用優(yōu)質(zhì)石油焦供應(yīng)的緊張趨勢。因此，尋找合適的原材料替代石油焦生產(chǎn)鋁用炭陽極成為急待解決的一個問題。
[0005]作為煤炭資源十分豐富的我國陜西北部地區(qū)，賦存著大量的低變質(zhì)煤，這類煤的主要應(yīng)用途徑之一是干餾，干餾之后所獲得的主要產(chǎn)品包括煤焦油，煤氣以及半焦(蘭炭)，其中，煤焦油及煤氣，均有著廣泛的用途，而蘭炭，由于其強度小，抗碎性差，目前主要用于民用或工業(yè)燃料、鐵合金生產(chǎn)過程中的還原劑等，使用量有限，產(chǎn)生的附加值不高，而這些應(yīng)用還是針對塊狀蘭炭而言，至于粒度較小的蘭炭，尤其是蘭炭末，其使用途徑更為有限，因此，如果能夠針對目前載能工業(yè)如鋁電解產(chǎn)業(yè)對碳質(zhì)電極材料的需求，利用陜北地區(qū)的蘭炭資源，開發(fā)出適用的碳質(zhì)電極材料，這將會為低變質(zhì)煤的高附加值綜合利用，開辟出一條新的途徑。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種蘭炭基鋁電解用炭素陽極及其制備方法，解決可用于制備鋁電解用炭陽極的優(yōu)質(zhì)石油焦供應(yīng)緊張的問題；本發(fā)明采用蘭炭替代石油焦制備鋁電解用炭素陽極，為低變質(zhì)煤的高附加值應(yīng)用開辟了一條新途徑；所制備的炭素陽極，質(zhì)量好，成本低，使用周期長，有利于電解鋁生產(chǎn)成本的控制。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種蘭炭基鋁電解用炭素陽極，由炭質(zhì)骨料、粘結(jié)劑以及添加劑三種組分制備而成，各組分的質(zhì)量百分含量為:炭質(zhì)骨料70~85%、粘結(jié)劑14~29%、添加劑I~5% ;炭質(zhì)骨料為蘭炭或蘭炭和預(yù)焙陽極殘極的混合物。
[0009]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:炭質(zhì)骨料中蘭炭和預(yù)焙陽極殘極的規(guī)格及其在炭質(zhì)骨料中的含量如下表所示:
【權(quán)利要求】
1.一種蘭炭基鋁電解用炭素陽極，其特征在于，由炭質(zhì)骨料、粘結(jié)劑以及添加劑三種組分制備而成，各組分的質(zhì)量百分含量為:炭質(zhì)骨料70~85%、粘結(jié)劑14~29%、添加劑I~5% ;炭質(zhì)骨料為蘭炭或蘭炭和預(yù)焙陽極殘極的混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蘭炭基鋁電解用炭素陽極，其特征在于，炭質(zhì)骨料中蘭炭和預(yù)焙陽極殘極的規(guī)格及其在炭質(zhì)骨料中的含量如下表所示:

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蘭炭基鋁電解用炭素陽極，其特征在于，粘結(jié)劑為煤浙青或煤浙青與呋喃樹脂、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂中一種或多種的混合物，具體規(guī)格及含量如下表所示:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蘭炭基鋁電解用炭素陽極，其特征在于，添加劑為活性炭、氧化鋁溶膠、納米氧化鋁中一種或活性炭、氧化鋁溶膠、納米氧化鋁、氟化鈉中任意幾種的混合物，具體規(guī)格及含量如下表所示:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蘭炭基鋁電解用炭素陽極，其特征在于，所述蘭炭滿足以下要求:灰份≤0.3%，水份≤0.1%，揮發(fā)份≤0.6%，硫份≤1.5%，真密度≤2.0g/cm3，粉末電阻率≤450 μ Ωπι, CO2反應(yīng)性≤20%/min，空氣反應(yīng)性≤0.18%/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蘭炭基鋁電解用炭素陽極，其特征在于，所述蘭炭基鋁電解用炭素陽極的灰份≤0.5%，電阻率≤50 μ Ωπι，抗壓強度≤30MPa，真密度≤2.0g/cm3,體積密度> 1.6g/cm3。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蘭炭基鋁電解用炭素陽極，其特征在于，蘭炭在炭素陽極中的含量不低于50wt.%。
8.權(quán)利要求1至7中任一項所述的一種蘭炭基鋁電解用炭素陽極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 將稱量好的炭質(zhì)骨料和粘結(jié)劑混合均勻后放入混捏機(jī)內(nèi)，開動混捏機(jī)，隨后逐漸加入添加劑，混捏溫度控制在175°C~185°C之間；將混捏好的糊料采用振動成型的方法制備成陽極生坯，成型壓力在2~SMPa之間，隨后在1200°C~1300°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行焙燒，制得蘭炭基鋁電解用炭素陽極。
9.權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，炭質(zhì)骨料和粘結(jié)劑混合均勻后的混合物預(yù)熱至80°C~100°C后逐漸加入添加劑。
【文檔編號】C25C3/12GK103952721SQ201410160941
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】方釗, 李林波, 俞娟, 趙俊學(xué), 武小雷, 李倩 申請人:西安建筑科技大學(xué)