[發明專利]一種提高電解鋁用炭陽極抗氧化性的方法

在審

• 申請號: 201310724749.6
• 申請日: 2013-12-25
• 公開（公告）號: CN103741167A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 任耀劍;孫智;權改革
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: C25C3/12
• 分類號: C25C3/12;C04B41/85
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種制造鋁用炭陽極的方法，特別涉及一種提高電解鋁用炭陽極抗氧化性的方法。

技術背景

目前純鋁的生產主要采用Hall-Heroult的冰晶石－氧化鋁熔鹽電解法，其陽極材料是一種消耗性的炭素制品，是電解鋁的“心臟”。炭素陽極消耗是電解鋁生產的主要成本之一，約占總成本的15%左右。在電解鋁生產過程中，炭素陽極消耗包括電化學消耗、化學消耗和機械消耗等。其中炭素陽極與CO₂和空氣在高溫下發生的氧化反應引起的化學消耗是陽極過量消耗的最主要原因，約占整個炭耗的7%～20%。而且陽極的過快消耗，會導致陽極的更換頻率增加，這不僅會增加工人的勞動強度，而且會導致以低陽極效應為主要特征的現代高效節能工藝技術難以順利實施，電解槽的效率降低。如果能夠減緩炭陽極的高溫氧化速率，將有利于降低生產成本，降低工人勞動強度，減少二氧化碳排。

從目前的研究結果來看，國內外提高炭陽極抗氧化性的方法有以下幾類：（1）通過控制石油焦質量的方法提高炭陽極的抗氧化性，主要控制石油焦中對氧化反應具有催化作用的雜質元素的含量。（2）對煤瀝青進行改性研究，通過調整煤瀝青的軟化點、甲苯不溶物含量及β樹脂含量三項來改善煤瀝青的結焦性質，提高煤瀝青焦的抗氧化性。（3）對炭陽極進行改性，采用添加劑降低炭陽極的氧化活性。（4）表面涂層的方法，包括采用熔融或噴涂鋁薄膜作為保護膜、采用在炭陽極表面涂覆一層復合抗氧化薄膜等方法阻止空氣與炭陽極接觸。（5）目前工業生產中通常采用在陽極頂部覆蓋氧化鋁原料保護層的工藝以減少陽極的氧化。但是，氧化鋁原料保護層疏松、孔隙大、不均勻，再加上陽極側部仍然暴露在電解反應所產生的CO₂中，減少因陽極氧化而引起的陽極過量消耗的作用有限。而涂層的方法也很難在工業上得到成功應用，這主要是因為涂層在冰晶石熔鹽中會發生溶解，并析出會污染鋁業的雜質。其次，涂層與炭材料之間的粘結性較差。最重要的是，空氣和CO₂通常會擴散至炭陽極表層5cm～10cm的深度進行氧化反應，石油焦骨料自身具有一種多孔隙的結構，薄涂層僅能封閉表面的孔隙，而對此擴散反應的阻止作用甚微。因此，更好的解決辦法就是使這種保護層在高溫情況下能形成致密的保護膜，隔絕空氣和CO₂與碳的接觸，降低氧化反應。

發明內容

技術問題：本發明的目的是要克服已有技術中存在的不足之處，提供一種能夠覆蓋炭陽極表面以及表面開口微孔的內表面的涂層，使炭陽極在高溫下具有抵抗空氣和CO₂擴散及反應的能力，降低炭陽極的消耗，節省生產成本，提高電解鋁用炭陽極抗氧化性的方法。

技術方案：本發明提高電解鋁用炭陽極抗氧化性的方法，將成型后的炭陽極生坯立即浸入H₃BO₃或含B的化合物溶液中進行冷卻，或者將焙燒之后的炭陽極浸入H₃BO₃或含B的化合物溶液中，使溶液能夠到達電解鋁炭陽極表面及其表面的開口氣孔中，對炭陽極生坯在進行焙燒過程中形成保護薄膜；或對炭陽極在電解溫度為950℃～970℃下形成保護薄膜；炭陽極抗氧化保護薄膜的實施包括配置H₃BO₃或含B的化合物溶液、浸漬、焙燒或干燥，具體步驟如下：

（1）配制H₃BO₃或含B的化合物溶液：將H₃BO₃或含B的化合物溶解于水中，溶液濃度為1～20wt.%，溶液溫度為20～70℃，將其攪拌均勻，使H₃BO₃或含B的化合物全部溶解；

（2）浸漬：將擠壓成型或振動成型后的炭陽極生坯立即浸入配制好的H₃BO₃或含B的化合物溶液中進行冷卻，或將焙燒之后的炭陽極浸入H₃BO₃或含B的化合物溶液中，浸泡10-60分鐘取出，使溶液能夠到達電解鋁炭陽極表面及其表面的開口氣孔中；

（3）焙燒或干燥：炭陽極生坯自然干燥之后按照常規焙燒過程進行焙燒；焙燒之后的炭陽極則采用自然干燥或加熱烘干的方式。