[發(fā)明專利]一種鋁電解槽下部側(cè)壁用炭質(zhì)復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210186086.2
• 申請日: 2012-06-07
• 公開（公告）號: CN102674869A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李亞偉;徐義彪;桑紹柏;李遠(yuǎn)兵;趙雷;李淑靜
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢科技大學(xué)
• 主分類號: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66;C04B35/622;C04B35/532
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明屬于炭質(zhì)復(fù)合耐火材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁電解槽下部側(cè)壁用炭質(zhì)復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

????傳統(tǒng)鋁電解槽的側(cè)壁采用導(dǎo)熱率高的Si₃N₄結(jié)合SiC磚砌筑，大量的熱快速通過側(cè)壁耗散，使得側(cè)壁表面能形成一層凝固的電解質(zhì)—爐幫。在爐幫的保護(hù)下，Si₃N₄結(jié)合SiC側(cè)壁材料不會與槽內(nèi)氧化性氣體、熔融電解質(zhì)和鋁液直接接觸，因此取得了較好的使用效果。

????但傳統(tǒng)鋁電解槽能耗巨大，噸鋁用電量高達(dá)13200kWh，通過側(cè)壁耗散的熱量占總能耗的20%以上。為減少通過側(cè)壁耗散的熱量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，可以在電解槽外部砌筑保溫材料。但在此情況下，由于熱量耗散慢，保護(hù)性的爐幫難以形成，電解槽下部的Si₃N₄結(jié)合SiC側(cè)壁材料會直接與高溫鋁液接觸。由于Si₃N₄結(jié)合SiC側(cè)壁材料較易被鋁液潤濕，加之顯氣孔率較高，在沒有爐幫保護(hù)的情況下，高溫鋁液會沿著氣孔滲透到材料的內(nèi)部，造成Si₃N₄結(jié)合SiC側(cè)壁材料的損毀。此外，Si₃N₄結(jié)合SiC側(cè)壁材料的制備成本較高，不適于大規(guī)模生產(chǎn)。

由上述可知，Si₃N₄結(jié)合SiC側(cè)壁材料由于氣孔率較高進(jìn)而抗鋁液侵蝕性能較差，已不能滿足保溫型鋁電解槽內(nèi)側(cè)壁下部的穩(wěn)定維持，加之制備成本過高，制約了節(jié)能減排的鋁電解新工藝的應(yīng)用及發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種成本低廉、顯氣孔率低和抗鋁液侵蝕性能優(yōu)良的鋁電解槽下部側(cè)壁用炭質(zhì)復(fù)合材料及其制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述的鋁電解槽下部側(cè)壁用炭質(zhì)復(fù)合材料的原料及其含量是：石油焦為30~80wt%、電煅煤為5~40wt%、人造石墨細(xì)粉為5~20wt%、碳化硅細(xì)粉為3~9wt%和氧化鋁微粉為3~9wt%，外加所述原料9~20wt%的改性酚醛樹脂。

該炭質(zhì)復(fù)合材料的制備工藝是：按所述原料及其含量，先將石油焦和電煅煤混碾2~4分鐘，再加入改性酚醛樹脂進(jìn)行冷態(tài)混碾，混碾時(shí)間為4~6分鐘，然后加入人造石墨細(xì)粉、碳化硅細(xì)粉和氧化鋁微粉，冷態(tài)混碾20~30分鐘，冷態(tài)混碾后進(jìn)行等靜壓成型或振動成型，在埋炭氣氛下于1150~1450℃條件下燒成，最后將燒成的制品用瀝青進(jìn)行浸漬—炭化處理，即得鋁電解槽下部側(cè)壁用炭質(zhì)復(fù)合材料。

在上述技術(shù)方案中：石油焦的顆粒級配是：5~3mm為10~35wt%，3~1mm為10~25wt%，1~0.1mm為10~20wt%；電煅煤的顆粒級配是：3~1mm為2~15wt%，1~0.1mm為3~25wt%；人造石墨細(xì)粉的粒度為＜75μm；碳化硅細(xì)粉的粒度為＜45μm；氧化鋁微粉的粒度為＜10μm；改性酚醛樹脂為鎳改性酚醛樹脂、鉬改性酚醛樹脂、鈷改性酚醛樹脂和二茂化鐵改性酚醛樹脂中的一種以上；瀝青的軟化點(diǎn)為70~90℃，灰分含量＜0.5wt%，水分含量＜5wt%。

由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明制備的鋁電解槽下部側(cè)壁用炭質(zhì)復(fù)合材料的主要原料是石油焦和電煅煤，原料較豐富而且便宜，故該炭質(zhì)復(fù)合材料的制備成本較Si₃N₄結(jié)合SiC側(cè)壁材料要低廉許多；該炭質(zhì)復(fù)合材料中添加的碳化硅細(xì)粉和氧化鋁微粉能均勻地分布于顆粒料間，在高溫?zé)珊螅磻?yīng)生成的陶瓷結(jié)合相可以有效地填充于材料的間隙，促進(jìn)材料的致密化，降低材料的顯氣孔率。用瀝青對材料進(jìn)行浸漬—炭化處理能使瀝青滲入材料內(nèi)部，占據(jù)材料中的氣孔位置，顯氣孔率為4~13%，從而進(jìn)一步降低了材料的顯氣孔率。此外，炭素材料基本上不被鋁液潤濕，使得所制備的炭質(zhì)復(fù)合材料在高溫條件下能有效地抵抗鋁液的滲透和侵蝕12000~20000小時(shí)。

因此，本發(fā)明所制備的鋁電解槽下部側(cè)壁用炭質(zhì)復(fù)合材料具有具有成本低廉、顯氣孔率低和抗鋁液侵蝕性能優(yōu)良的特點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，并非對其保護(hù)范圍的限制：