[發明專利]一種鋁電解用低電阻率陽極炭塊及其制備方法

有效

• 申請號: 202110735103.2
• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號: CN113336552B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 李亞偉;梁雄;廖梓昕;李俊峰
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: C04B35/532
• 分類號: C04B35/532;C04B35/622;C04B35/63
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

本發明提供了一種鋁電解用低電阻率陽極炭塊及其制備方法。其技術方案是：以石油焦、高導電碳粉、瀝青粉、單質硅粉和納米銅粉為原料，混合均勻，即得混合料；再向混合料中加入占混合料8～18wt％的熱固型酚醛樹脂，在真空混碾機內攪拌30～60min，即得泥料；將泥料機壓成型或冷等靜壓成型，于100～160℃條件下烘干24～48h，即得陽極炭塊坯體；將陽極炭塊坯體置于高溫燒結爐內，在埋碳氣氛中，先以1～3℃/min的速率升溫至600～800℃，再以3～5℃/min的速率升溫至1000～1400℃，保溫2～8h，隨爐冷卻至室溫，制得鋁電解用低電阻率陽極炭塊。本發明制備的鋁電解用低電阻率陽極炭塊具有電阻率低、體積密度大、氣孔率低和強度高的特點。

技術領域

本發明屬于陽極炭塊技術領域。尤其是涉及一種鋁電解用低電阻率陽極炭塊及其制備方法。

技術背景

陽極炭塊在電解鋁生產過程中，伴隨著金屬鋁的生成而不斷消耗，是電解鋁生產技術關鍵之一，是電解鋁工藝中最主要的組成部分。在電解鋁生產過程中，陽極既承擔著導電作用，又要在氧化性氣氛下與氧化鋁發生化學反應。因此，陽極質量的好壞直接關系到電解鋁的生產。優質的陽極炭塊應該包括：1)具有良好的物理化學性能，以減少陽極對空氣和二氧化碳的活性，進而降低炭耗、延長陽極使用壽命；2)有良好的電化學性能，以求達到提高陽極電化學反應活性，降低電解過程中電能的消耗；3)質量更均勻、更穩定，以求達到電解槽穩定操作和進一步降低陽極效應系數。

陽極炭塊的主要原料為石油焦，采用煤瀝青結合，通過成型焙燒等階段制成。近年來，已有部分陽極炭塊將粘結劑由煤瀝青替換為酚醛樹脂，粘結炭素材料。酚醛樹脂相比煤瀝青對環境的污染小、操作條件溫和、工藝簡單，但酚醛樹脂的高成本使其應用受到限制。此外，酚醛樹脂的殘碳率低，造成加熱后酚醛樹脂的碳產量低，所制備的陽極的氣孔率高和致密程度低。在使用過程中會增加陽極的損耗，降低壽命，增加生產成本。

“一種炭素陽極及其制備方法和應用”(CN109400163B)專利技術，該技術的配比為：骨料85～95份，粘結劑5～15份。骨料包括石油焦80～150份、碳納米管0～20份、石墨碎5～30份；粘結劑包括酚醛樹脂85～100份，煤瀝青5～15份。所制備的陽極炭塊的耐壓強度為40MPa左右，電阻率為60μΩ·m左右，真密度則普遍為2g/cm³。該技術制備的陽極炭塊雖然強度高，但電阻率高、體積密度小和氣孔率高。

“一種電解鋁用陽極炭塊的制備方法”(CN106083052A)專利技術，在石油焦產量下降的背景下，該技術選擇無煙煤、半焦與炭黑作為主要原料，煤瀝青作為結合劑。所制備的陽極炭塊的電阻率和耐壓強度雖然達到了使用的標準，但電阻率依舊過高。

“鋁電解預焙陽極及其生產工藝”(CN106757162A)專利技術，該技術在原料中加入了陰極銑面粉，粘結劑包括煤瀝青和酚醛樹脂，經混料、振動成型、水冷養護和焙燒后得到氣孔率在23～24％的陽極炭塊，體積密度雖為1.59g/cm³左右，但電阻率下降到53μΩ·m左右，耐壓強度亦減少到38MPa，力學性能大幅下降。

“一種鋁用碳素陽極及其制備方法”(CN104532297A)專利技術，原料采用焦炭顆粒、球磨粉和殘級顆粒，粘結劑采用改質瀝青。所得到的炭素陽極的電阻率為55μΩ·m、體積密度為1.54g/cm³左右，耐壓強度雖提高到43～53MPa，但電阻率依舊沒有得到有效改善。

“一種經改進的電解鋁用炭陽極的制備方法”(CN102718487A)專利技術，以石油焦為主要原料，以改性液態酚醛樹脂為粘結劑，制得的炭素陽極的電阻率最低可達35μΩ·m，體積密度為1.56g/cm³左右，但耐壓強度最高只有30MPa，無法滿足使用條件。

從現有技術可以看出，所制備的陽極炭塊電阻率高、體積密度小、氣孔率高和強度較低的問題依舊沒有得到改善。

發明內容