[發明專利]一種自潤復合層惰性陰極碳塊

無效

• 申請號: 200710035050.3
• 申請日: 2007-06-01
• 公開（公告）號: CN101314857A
• 公開（公告）日: 2008-12-03
• 發明（設計）人: 肖詠鴻
• 申請（專利權）人: 肖詠鴻
• 主分類號: C25C3/08
• 分類號: C25C3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種鋁電解工業用陰極碳素材料。特別是涉及鋁電解用電解槽的自潤復合層惰性陰極碳塊。

背景技術

中國專利說明書CN162008A披露了鋁電解槽陰極碳塊及其制作方法，它主要是采用擠壓成型、環式焙燒爐焙燒的方法生產整體為電煅煤和煤瀝青混合物的陰極碳塊。現在還有普遍使用的半石墨碳塊是由電煅煤和人造石墨加煤瀝青混合焙燒而成。由于普通陰極碳塊和半石墨陰極碳塊具有電阻率低、熱穩定性好，有一定的耐電解質和溶渣鐵水侵蝕的能力，被廣泛用于鋁電解槽和冶金窯爐的內襯材料，特別是大量用作煉鋁業電解槽的陰極材料。研究發現，在鋁電解槽開動初期，特別是在電解開始的短時間內鈉及電解質對普通陰極碳塊和半石墨碳塊內部的滲透是快速的，它是引起陰極碳塊膨脹和變形，導致陰極碳塊早期破損的關鍵原因，同時也是引起槽底電阻增大、陰極電壓降升高的因素。再有普通陰極碳塊和半石墨質碳塊其表面不易被鋁液濕潤，其不濕潤性會使電解槽中的大量鋁液呈匯聚狀態，這種匯聚狀態的鋁液與電磁力和粘滯力相作用，導致鋁液的反復無常的波動與渦流旋轉。這就容易使鋁液層的鋁進入電解質而參與二次反應或鋁液層瞬間與陽極底掌接觸造成短路，使電流效率降低，能耗增高。由此可見，采用整體為普通陰極碳塊和半石墨碳塊作煉鋁電解槽的陰極材料具有一定的缺陷，會造成電解消耗過高和電解槽使用期限短。硼化鈦合成材料出現后，由于硼化鈦具有很好的導電性、熱穩定性、抗腐蝕性能，對鋁液的濕潤性能好，與鋁液的接觸電阻小，且幾乎不吸收電解質成份，一些廠家對硼化鈦應用于鋁電解槽陰極材料進行了研究，具體辦法是在整體為普通陰極碳塊或半石墨質陰極碳塊砌成的電解槽工作表面涂覆一層硼化鈦糊，然后通過固化，隨電解槽一起進行烘烤焙燒。使用這種方法的重要缺陷是：涂層與碳塊基體在電解槽焙燒啟動過程中熱膨脹收宿不一致，易造成深層剝離、脫落，使槽底不平整，不平整的槽底在鋁液的沖刷下，進一步脫落，失去了硼化鈦的作用，反而造成鋁制品品質的下降。

中國專利說明書CN1091471C公開了一種硼化鈦-碳復合層陰極碳塊及其制備方法，它是在陰極碳塊基體表面制上一層硼化鈦復合碳糊層，通過振動成型使硼化鈦復合層與陰極碳塊基體緊密結合在一起，然后裝入焙燒爐內一同焙燒，使二者成為結合一致的復合體。這種復合碳塊雖然克服了在普通陰極碳塊表面涂覆硼化鈦層的缺陷，但它也有其不可避免的問題：鈉及電解質同樣能滲透至碳塊內部，同時由于僅使用硼化鈦一種惰性材料，它抗鋁液沖刷的能力有限。

發明內容

本發明的目的是研制一種在半石墨碳塊基體的鋁液接觸面一體化成型上自潤復合層惰性陰極碳塊，使之具有抗沖刷能力強、電阻率低、熱穩定性好、熱導率高、耐電解質浸蝕、對鋁液的濕潤性好等特性。

本發明的技術內容主要是解決自潤復合層惰性陰極碳塊的復合層的配方及其生產工藝方法問題，充分利用硼化鈦材料具有惰性好、對鋁液自潤性強、導電性高、熱穩定性和抗腐蝕性能良好等特性，利用碳化硅和氮化硅材料的高硬度，耐沖刷性和高熱導性等特性。這樣，硼化鈦材料的使用使陰極碳塊易被鋁液濕潤而具有自潤性，使電解槽中的鋁液不會呈現匯聚狀態，從而避免發生二次反應或短路而降低電流效率；碳化硅和氮化硅材料的使用則提高陰極碳塊的硬度及抗沖刷性能，也同時提高了陰極碳塊的熱導率，從而降低了能耗，提高了槽齡和電流效率。再有在復合層與碳塊基體之間涂覆一層高溫改性瀝青，經過振動一體化成形，高溫焙燒使其炭化形成純炭層，從而提高了整個碳塊的惰性來阻止電解質對碳塊內部的侵蝕。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：在振動成型生產半石墨陰極碳塊的過程中，在碳塊基體面向鋁液的表面上均布硼化鈦-碳化硅-氮化硅-碳糊層，在該復合層與碳塊基體之間涂覆一層高溫改性瀝青，經振動成型壓制使它們與碳塊基體緊密結合在一起，然后裝入焙燒爐內一同焙燒及炭化，使三者成為結合一致的復合體，硼化鈦-碳化硅-氮化硅-碳復合層作為電解槽陰極的工作面。

半石墨陰極碳塊基體配方重量百分組成是：

電煅無煙煤：50-80％，人造石墨：10-35％，粘結劑：5-25％。

硼化鈦-碳化硅-氮化硅-碳復合層配方重量百分組成是：

電煅無煙煤：10-70％；硼化鈦：5-75％；碳化硅：0-8％；氮化硅：0-2％；粘結劑：10-40％。

本發明的制備工藝方法如下：

1、取半石墨碳塊基體和硼化鈦-碳化硅-氮化硅碳復合層骨料。

2、將上述兩類骨料破碎、篩分、制粉，按重量百分比稱重配料。