[發(fā)明專(zhuān)利]一種碳素纖維增強(qiáng)型陰極炭塊及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910235985.5
• 申請(qǐng)日: 2009-11-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101698945A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅英濤;羅鐘生;黃華
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C25C3/08
• 分類(lèi)號(hào): C25C3/08
• 代理公司: 中國(guó)有色金屬工業(yè)專(zhuān)利中心 11028
• 代理人: 李迎春

技術(shù)領(lǐng)域

一種碳素纖維增強(qiáng)型陰極炭塊及其制備方法，涉及一種電解鋁陰極炭塊及其制備方法。

背景技術(shù)

鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中所用的主體設(shè)備是電解槽，其陰極部分與鋁液和電解質(zhì)接觸部位是用炭質(zhì)材料構(gòu)成的，特別是電解槽底部都是用炭塊砌筑而成的。電解槽在正常生產(chǎn)過(guò)程中，電流由陽(yáng)極流過(guò)電解質(zhì)及鋁液，然后由陰極流入陰極母線，在電解槽中發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)及高溫的作用下，鋁液對(duì)陰極炭塊表面有沖刷、磨蝕作用，陰極炭塊常常因受到熱應(yīng)力和電解質(zhì)化學(xué)侵蝕的作用而發(fā)生變形，形成膨脹隆起、開(kāi)裂、沖蝕坑穴等，電解質(zhì)則會(huì)對(duì)陰極炭塊產(chǎn)生侵蝕導(dǎo)致陰極炭塊過(guò)早損壞，陰極炭塊的壽命直接影響到鋁電解槽的壽命，因此陰極炭塊必須具備耐高溫、耐電解質(zhì)侵蝕和良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，同時(shí)還需要有較高的機(jī)械強(qiáng)度、抗熱震性和抗鈉侵蝕性。

鋁電解槽通常所使用的陰極炭塊有：無(wú)煙煤基陰極炭塊、石墨質(zhì)炭塊、石墨化炭塊，而無(wú)煙煤基陰極炭塊根據(jù)其石墨化程度又分為無(wú)定形和半石墨質(zhì)炭塊。由于組成和工藝制度的不同導(dǎo)致其在電解槽中的表現(xiàn)和使用性能有很大差異，無(wú)煙煤陰極炭塊和石墨質(zhì)炭塊導(dǎo)電性能和抗鈉侵蝕性能都較差，造成電解過(guò)程中電能消耗大，電解槽壽命短。石墨化炭塊抗電解質(zhì)、鋁液磨損性能較差?，F(xiàn)有的各種陰極材料存在著抗電解質(zhì)侵蝕和抗熱應(yīng)力變形的問(wèn)題，電解槽在停槽大修時(shí)都會(huì)或多或少地在底部陰極上出現(xiàn)縱向、橫向裂紋、底部向上隆起變形。因此，提高陰極炭塊抗折強(qiáng)度、抗鈉侵蝕膨脹、減少陰極底部的隆起變形成為改善底部材料性能的關(guān)鍵所在。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，提供一種能夠有效增強(qiáng)陰極炭塊抗折強(qiáng)度的、抗電解質(zhì)侵蝕和抗鋁液沖刷能力，有效改善電解槽長(zhǎng)期運(yùn)行之后底部隆起變形，延長(zhǎng)鋁電解槽使用壽命的碳素纖維增強(qiáng)型陰極炭塊及其制備方法。

本發(fā)明的方法是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種碳素纖維增強(qiáng)型陰極炭塊，其特征在于其陰極炭塊含有碳纖維。

本發(fā)明的一種碳素纖維增強(qiáng)型陰極炭塊，其特征在于其陰極炭塊含有的碳纖維占炭塊總重量的5％～35％。

本發(fā)明的一種碳素纖維增強(qiáng)型陰極炭塊的制備方法，其特征在于其制備過(guò)程是陰極炭塊在糊料混捏時(shí)加入碳纖維，通過(guò)混捏、成型使碳纖維材料與陰極基體材料均勻地混合在一起，再進(jìn)行成型、焙燒過(guò)程。

本發(fā)明的一種碳素纖維增強(qiáng)型陰極炭塊的制備方法，其特征在于其制備過(guò)程糊料中的碳纖維重量比為1％～15％，粘結(jié)劑15％～30％；余量為炭質(zhì)材料。

本發(fā)明的一種碳素纖維增強(qiáng)型陰極炭塊的制備方法，其特征在于所述的碳纖維為碳纖維預(yù)氧絲、普通碳纖維材料或石墨纖維，將碳素纖維加工成長(zhǎng)度為2～40mm。

本發(fā)明的一種碳素纖維增強(qiáng)型陰極炭塊的制備方法，其特征在于所述的炭質(zhì)材料為石墨粉、石油焦粉和無(wú)煙煤粉的一種或其中幾種的配合；粘結(jié)劑可為煤瀝青。

本發(fā)明的一種碳素纖維增強(qiáng)型陰極炭塊，在陰極炭塊糊料混捏時(shí)加入適量的碳素纖維材料，通過(guò)混捏、成型使碳素纖維材料與陰極基體材料均勻地混合在一起，從而起到增強(qiáng)陰極炭塊機(jī)械強(qiáng)度的目的。有效增強(qiáng)了陰極炭塊抗折強(qiáng)度的、抗電解質(zhì)侵蝕和抗鋁液沖刷能力，有效改善了電解槽長(zhǎng)期運(yùn)行之后底部隆起變形，延長(zhǎng)鋁電解槽使用壽命。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的制備方法的工藝流程示意圖。

具體實(shí)施方式

一種碳素纖維增強(qiáng)型陰極炭塊，其陰極炭塊含有占炭塊總重量5％～35％的碳纖維。具體制備過(guò)程包括：

(1)選用碳素纖維材料、炭質(zhì)材料、瀝青三種主要原料制作碳素纖維增強(qiáng)陰極炭塊，碳素纖維材料為1％～15％，炭質(zhì)材料50％～85％，瀝青15％～30％；碳素纖維材料可為碳纖維預(yù)氧絲、普通碳纖維、石墨纖維，將碳素纖維長(zhǎng)度剪切為2～40mm；炭質(zhì)材料可為石墨粉、石油焦粉和無(wú)煙煤粉的一種或其中幾種的配合。

(2)混捏和成型

首先將炭質(zhì)材料、瀝青按比例進(jìn)行混合，加入能夠控溫加熱的容器內(nèi)，利用攪拌器使其充分混合均勻，隨后加入碳素纖維材料，利用攪拌器將原料充分混合均勻，得到碳素纖維增強(qiáng)陰極炭糊料。

(3)振動(dòng)成型時(shí)，將碳素纖維增強(qiáng)陰極炭糊料均勻地裝入模具內(nèi)，落下重錘振動(dòng)成型。脫模，冷卻后得到碳素纖維增強(qiáng)陰極的生塊。

(4)擠壓成型時(shí)，將碳素纖維增強(qiáng)陰極炭糊料裝入擠壓機(jī)的缸體內(nèi)，用液壓裝置將其通過(guò)壓咀擠出，冷卻后得到碳素纖維增強(qiáng)陰極的生塊。

(4)焙燒和浸漬