[發明專利]一種電解鋁用低成本碳素陽極及其制備方法

有效

• 申請號: 201310472402.7
• 申請日: 2013-10-11
• 公開（公告）號: CN103484896A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 王維;谷萬鐸;李海濤;溫鐵軍;王運江
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: C25C3/12
• 分類號: C25C3/12
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 羅民健

技術領域

本發明涉及一種電解鋁用碳素陽極及其制備方法，特別是以炭化稻殼和無煙煤焦炭為原料生產的電解鋁用碳素陽極及其制備方法。

背景技術

目前我國350~400KA電解槽已逐漸成為鋁電解主流槽型，隨著電解槽大型化，鋁電解槽整體技術已接近國際水平，但目前國內碳素陽極消耗490kg/t鋁左右，換極周期在30天上下。電解鋁用預焙陽極在國內炭素制品中產量最大，而其使用壽命和導電性與國際水平相比，差距很大，造成我國鋁電解工業每年巨大的材料和能源浪費，嚴重地污染空氣。降低碳素陽極消耗，對于提高整個鋁電解行業節能減排水平、建設可持續發展的資源節約鋁工業具有十分重要的作用。

現代鋁電解用碳素預焙陽極均以石油焦為骨料，煤瀝青為粘結劑，經過篩分、配料、混捏、成型和焙燒等階段制成。近幾年，國民經濟迅猛發展，碳素制品消費量連年攀升，以致于大大增加了以石油焦為原料的碳素預焙陽極成本，在碳素陽極生產過程中，煤瀝青在高溫下放出SO2、CO2等有害物質，對工作環境產生了不良影響，高溫下排出的氣體越多，產品的收得率較低，造成了很大的浪費；炭化排除的氣體導致成品中形成了不少氣孔，孔隙率較高。在正常鋁電解生產中，隨著電解進行，碳素陽極骨料氧化完，電解質很容易滲透到孔隙中，無疑，加快了陽極消耗。因此，尋找出其它原料代替石油焦和現用煤瀝青粘結劑，制備壽命長和導電性優良的電解鋁用碳素預焙陽極，成為廣大鋁冶金工作者的當務之急。

發明內容

本發明為了解決上述的技術問題，提供一種電解鋁用低成本碳素陽極及其制備方法，其利用廉價的農產品廢棄物代替傳統的石油焦，既降低了石油焦的消耗又有效的降低了成本。

本發明所采用的技術方案是：一種電解鋁用低成本碳素陽極，其原料由粘結劑和骨料組成，所述的粘結劑占碳素陽極原料總重的重量百分數為15~20%，所述的骨料占碳素陽極原料總重的重量百分數為80~85%；

所述的粘結劑由改性酚醛樹脂和改性瀝青組成，所述的改性酚醛樹脂占粘結劑的重量百分數為60~70%，所述的改性瀝青占粘結劑的重量百分數為30~40%；

所述的骨料由粒度為2~6mm的酸堿除灰后的炭化稻殼、粒度為0~1mm的無煙煤、粒度為2~6mm的石油焦和粒度為0~1mm的人造石墨組成，其中，酸堿除灰后的炭化稻殼的重量占骨料總重的50~60%，無煙煤的重量占骨料總重的15~20%，石油焦的重量占骨料總重的12~16%，人造石墨的重量占骨料總重的12~16%；所述的酸堿除灰后的炭化稻殼和無煙煤的灰分均低于1%；所述的人造石墨的灰分低于0.3%；所述的石油焦的灰分低于0.4%，揮發分低于10%。

所述的改性酚醛樹脂是以酚醛樹脂為基體，以B₄C為填料混合制成。

所述的石油焦為生石油焦。

一種電解鋁用低成本碳素陽極的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、原料的制備

a、稻殼的炭化

將稻殼放入炭化爐中升溫至700℃進行加熱炭化，升溫過程中：?25~80℃，升溫速率為1.3℃/min；?80℃-200℃，升溫速率為0.5℃/min；?200℃-700℃，升溫速率為4.5℃/min；升溫至700℃后保溫1小時，然后自然冷卻至室溫，得到炭化稻殼，備用；

b、無煙煤煅燒

將無煙煤放入煅燒爐中，在1750~2000℃的條件下煅燒，使無煙煤中的灰分揮發，備用；

c、破碎和磨料

將步驟a制得的炭化稻殼依次在破碎機和磨料機上進行破碎和磨細，使磨細后的稻殼粒度達到2~6mm，備用；將步驟b中煅燒后的無煙煤依次在破碎機和磨料機上進行破碎和磨細，使磨細后的無煙煤粒度達到0~1mm，備用；

d、酸堿除灰

分別將步驟c中處理后的無煙煤和炭化稻殼依次放入NaOH溶液和HCl溶液中浸泡，每次浸泡后都進行過濾和洗滌，浸泡后使無煙煤和炭化稻殼的灰分均控制在1%之內，備用；

步驟二、稱取原料

e、稱取骨料

稱取人造石墨、石油焦和步驟d中處理后的炭化稻殼和無煙煤的混合物作為骨料，其中，炭化稻殼占骨料總重量的50~60%，無煙煤占骨料總重量的15~20%，人造石墨占骨料總重量的12~16%，石油焦占骨料總重量的12~16%；

f、稱取粘結劑

稱取改性酚醛樹脂和改性瀝青的混合物作為粘結劑，其中改性酚醛樹脂占粘結劑總重量的60~70%，改性瀝青占粘結劑總重量的30~40%；