[發(fā)明專(zhuān)利]一種蘭炭基鋁電解用炭素陽(yáng)極及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410160941.1
• 申請(qǐng)日: 2014-04-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103952721A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方釗;李林波;俞娟;趙俊學(xué);武小雷;李倩
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安建筑科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C25C3/12
• 分類(lèi)號(hào): C25C3/12
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 蔡和平

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于熔鹽鋁電解技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋁電解用炭陽(yáng)極材料。

【背景技術(shù)】

鋁電解用炭素陽(yáng)極是電解鋁工業(yè)生產(chǎn)所需的基本原材料之一。炭素陽(yáng)極既承擔(dān)著導(dǎo)電作用（將強(qiáng)大的直流電輸入電解槽），又在氧化性氣氛和高溫熔鹽環(huán)境中直接參加電化學(xué)反應(yīng)并連續(xù)消耗，理論上生產(chǎn)一噸鋁的陽(yáng)極炭耗量為334kg，但在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，由于發(fā)生鋁的二次反應(yīng)，炭素陽(yáng)極由空氣及CO₂所引起的氧化，炭渣脫落等原因，致使鋁電解生產(chǎn)過(guò)程的噸鋁陽(yáng)極炭耗量遠(yuǎn)大于其理論炭耗量（最高達(dá)到500kg以上），也就是說(shuō)，一座年產(chǎn)10萬(wàn)噸電解鋁的企業(yè)，一年就要消耗5.5萬(wàn)噸炭陽(yáng)極。炭陽(yáng)極的消耗占到電解鋁生產(chǎn)成本的20%左右，因此，可以說(shuō)，炭陽(yáng)極是鋁電解槽的“心臟”，其對(duì)于電解鋁生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和原鋁質(zhì)量均有著極為重要的影響。

電解鋁生產(chǎn)過(guò)程中，隨著炭素陽(yáng)極的不斷消耗，陽(yáng)極中的雜質(zhì)會(huì)自然轉(zhuǎn)移到鋁液中，導(dǎo)致鋁液質(zhì)量的下降或電解槽工藝狀況的惡化，因此，鋁電解生產(chǎn)對(duì)于炭陽(yáng)極的灰分、硫份、導(dǎo)電性及微量元素等有著嚴(yán)格的要求。由于炭陽(yáng)極是由煅后石油焦和煤瀝青經(jīng)過(guò)混捏、成形和高溫焙燒制備而成，因此，作為生產(chǎn)炭陽(yáng)極的主要原料，石油焦的質(zhì)量對(duì)于炭陽(yáng)極的質(zhì)量影響很大，是需要嚴(yán)格控制的。

石油焦雖是煉油工業(yè)的副產(chǎn)品，但卻是鋁用炭陽(yáng)極生產(chǎn)的主要原材料，生產(chǎn)一噸陽(yáng)極大約需要一噸左右的生石油焦。自2005年以來(lái)，在國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的強(qiáng)力拉動(dòng)下，鋼鐵、鋁業(yè)、汽車(chē)、房地產(chǎn)以及電力工業(yè)發(fā)展迅猛，由于這些基礎(chǔ)材料工業(yè)均是石油焦的主要用戶(hù)，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)石油焦需求大幅上升，國(guó)內(nèi)石油焦市場(chǎng)顯現(xiàn)出了自改革開(kāi)放以來(lái)的第三次較大的供需緊張局面，而對(duì)于石油焦使用大戶(hù)的鋁電解工業(yè)而言，可用于鋁電解用炭陽(yáng)極生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)石油焦供應(yīng)短缺的趨勢(shì)，更為明顯。以2012年為例，按照原鋁產(chǎn)量推算，制備鋁電解用炭陽(yáng)極所需的石油焦約為990萬(wàn)噸，但是可供國(guó)內(nèi)陽(yáng)極生產(chǎn)使用的合格石油焦僅為500多萬(wàn)噸，不足部分，均是由一些低級(jí)別石油焦補(bǔ)充。由于這些低級(jí)別的石油焦硫分含量較高、微觀結(jié)構(gòu)較差，灰分及有害雜質(zhì)元素含量較高，會(huì)引起陽(yáng)極質(zhì)量下降、生產(chǎn)設(shè)備腐蝕、煙氣SO₂排放超標(biāo)以及更為嚴(yán)重的環(huán)境污染等問(wèn)題，同時(shí)所生產(chǎn)的陽(yáng)極在使用時(shí)也會(huì)造成噸鋁炭耗及電耗升高、掉渣嚴(yán)重等后果。此外，中國(guó)石油對(duì)外依存度不斷加大，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)超過(guò)一半的石油消費(fèi)要依賴(lài)進(jìn)口解決，進(jìn)口原油中大多硫和釩含量偏高，所產(chǎn)石油焦基本難以達(dá)到生產(chǎn)鋁用炭陽(yáng)極的使用要求。另外，石化企業(yè)煉油新工藝的推廣應(yīng)用，使得石油焦中雜質(zhì)元素富集更加嚴(yán)重，石油焦的品質(zhì)出現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì)，這進(jìn)一步加劇了炭陽(yáng)極用優(yōu)質(zhì)石油焦供應(yīng)的緊張趨勢(shì)。因此，尋找合適的原材料替代石油焦生產(chǎn)鋁用炭陽(yáng)極成為急待解決的一個(gè)問(wèn)題。

作為煤炭資源十分豐富的我國(guó)陜西北部地區(qū)，賦存著大量的低變質(zhì)煤，這類(lèi)煤的主要應(yīng)用途徑之一是干餾，干餾之后所獲得的主要產(chǎn)品包括煤焦油，煤氣以及半焦（蘭炭），其中，煤焦油及煤氣，均有著廣泛的用途，而蘭炭，由于其強(qiáng)度小，抗碎性差，目前主要用于民用或工業(yè)燃料、鐵合金生產(chǎn)過(guò)程中的還原劑等，使用量有限，產(chǎn)生的附加值不高，而這些應(yīng)用還是針對(duì)塊狀蘭炭而言，至于粒度較小的蘭炭，尤其是蘭炭末，其使用途徑更為有限，因此，如果能夠針對(duì)目前載能工業(yè)如鋁電解產(chǎn)業(yè)對(duì)碳質(zhì)電極材料的需求，利用陜北地區(qū)的蘭炭資源，開(kāi)發(fā)出適用的碳質(zhì)電極材料，這將會(huì)為低變質(zhì)煤的高附加值綜合利用，開(kāi)辟出一條新的途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于提供一種蘭炭基鋁電解用炭素陽(yáng)極及其制備方法，解決可用于制備鋁電解用炭陽(yáng)極的優(yōu)質(zhì)石油焦供應(yīng)緊張的問(wèn)題；本發(fā)明采用蘭炭替代石油焦制備鋁電解用炭素陽(yáng)極，為低變質(zhì)煤的高附加值應(yīng)用開(kāi)辟了一條新途徑；所制備的炭素陽(yáng)極，質(zhì)量好，成本低，使用周期長(zhǎng)，有利于電解鋁生產(chǎn)成本的控制。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種蘭炭基鋁電解用炭素陽(yáng)極，由炭質(zhì)骨料、粘結(jié)劑以及添加劑三種組分制備而成，各組分的質(zhì)量百分含量為：炭質(zhì)骨料70～85%、粘結(jié)劑14～29%、添加劑1～5%；炭質(zhì)骨料為蘭炭或蘭炭和預(yù)焙陽(yáng)極殘極的混合物。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：炭質(zhì)骨料中蘭炭和預(yù)焙陽(yáng)極殘極的規(guī)格及其在炭質(zhì)骨料中的含量如下表所示：

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：粘結(jié)劑為煤瀝青或煤瀝青與呋喃樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂中一種或多種的混合物，具體規(guī)格及含量如下表所示：