專利名稱：異型回轉窯生產磷酸的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋁電解槽用陰極炭塊的制造方法，特別是電阻率低、耐電解質溶液浸蝕性能好的半石墨化陰極炭塊的制造方法。
眾所周知，鋁電解槽的陰極部分，與鋁液和電解質接觸部位是用炭質材料構成的。特別是電解槽底部都是用炭塊構成的。電解作業(yè)過程中，這種炭塊常因受熱應力和化學浸蝕作用而毀壞造成停工，另外，電解作業(yè)中，陰極炭塊的電壓降也會影響電解工藝的能耗。為此，要求陰極炭塊具有良好的抗壓、抗拉強度、耐熱沖擊性，耐電解質溶液浸蝕性能和導電性及耐磨性。
目前鋁電解槽使用的陰極炭塊有普通無煙煤基陰極炭塊、半石墨質陰極炭塊、半石墨化陰極炭塊和石墨化陰極炭塊等幾種。
普通無煙煤基陰極炭塊是用經1250～1350℃煅燒后的無煙煤為骨料，以煤瀝青為粘結劑，經混捏成型后，再經1300℃左右焙燒而成。構成它的碳基本屬于無定形炭，用這種炭塊砌筑的鋁電解槽陰極，在鋁電解過程中受鈉離子浸蝕膨脹率大(線膨脹率達1.5%)，浸蝕后機械強度大為降低，故使用壽命短，另外，其電阻率較大，一般為(50～60)×10-6Ωm，因而用這種炭塊砌成的電解槽陰極壓降大，電能消耗高。結作用并不強。(2).窯內料層中難以維持良好的還原氣氛，因此容易出現磷蒸汽在料層中氧化并與球團中的氧化鈣反應生成磷酸鈣，降低了球團中磷的揮發(fā)率。(3).窯身供風系統(tǒng)結構復雜，且難以使窯內氧化區(qū)與還原區(qū)很好地分開。原因是回轉窯窯身周圍設置8排共96個風孔，為避免風孔轉至料層下方時通入空氣而破壞料層中的還原氣氛，供風不得不采用周期性操作，從而使系統(tǒng)復雜化了。并且這種徑向風孔雖然能有效地利用燃燒空間，但通入的空氣容易直接到達料層表面，使氧化區(qū)與還原區(qū)之間的傳質加快，氧化區(qū)與還原區(qū)就難以很好地分開。
本發(fā)明的目的在于通過提高球團強度，窯頭拋入固體還原劑及采用新的窯身供風系統(tǒng)以對KPA法進行改進。
本發(fā)明的技術解決方案是磷礦石與硅石、碳質還原劑經磨碎、配料、混勻后造球，造球配料時需添加有機粘結劑，球團采用干燥固結，固結后的球團在回轉窯內還原揮發(fā)并通入空氣使磷蒸汽和一氧化碳氧化燃燒，回轉窯窯頭拋入固體還原劑，窯身設有若干風機和風管，空氣是從窯內料層上方沿中軸線通入。
本發(fā)明的技術解決方案中，添加的有機粘結劑有三種即腐植酸鈉、木質素磺酸鈣、亞硫酸鹽紙漿廢液。使用水溶性腐植酸含量占30～70%的腐植酸鈉時，添加量為0.5～4.5%(干基);使用木質素磺酸鈣時，添加量為0.3～3.0%(干基);使用比重為1.20～1.30的亞硫酸鹽紙漿廢液時，添加量為2.0～5.0%。
本發(fā)明的技術解決方案中，球團采用干燥固結，固結溫度為100～400℃，固結時間為10～60分鐘。上下溫差較大，致使炭塊上下部的性能差異較大，整個炭塊物化性能均勻度差。
本發(fā)明的目的是克服現有技術的不足，提供一種采用來源廣、價格低的原料，制造出電阻率低、抗電解質浸蝕性好、物化性能均一的適作鋁電解槽用陰極炭塊的方法。
本發(fā)明所述的鋁電解槽用陰極炭塊的制造方法，包括配料與混捏成型、焙燒和半石墨化三步工序。
所用原料為經1250～1300℃煅燒后的無煙煤、冶金焦、少灰焦和石墨碎(或磷片石墨)，粘結劑為瀝青。各原料的配比(重量百分數)分別為40～50，0～30，0～35，0～10和15～25，原料(除瀝青外)的粒度(mm)分布為+12＜2%，-12～+425±4%，-0.540±4%，-0.07529±3%。
將上述原料經常規(guī)混捏后，用擠壓或振動成型，通常做成截面為420mm×420mm長度為預定長度的塊，然后在焙燒爐中，經280～360小時升溫并保溫至1100～1380℃(最佳值為1250～1350℃)，根據情況與條件，焙燒可在環(huán)式爐或地窯或倒焰窯中進行。隨后將焙燒后的炭塊整體移入電阻爐中進行半石墨化處理，半石墨化常在艾奇遜電阻爐中進行，其工藝條件為通電量2000～3000千瓦小時，通電時間30～45小時，爐中最高溫度控制在1800～2300℃(最佳值為1900～2150℃)。使炭塊達到完全石墨化前的石墨狀態(tài)。最后將產品加工砌筑成所需陰極形狀的成品。
用本發(fā)明的方法制造的陰極炭塊具有如下優(yōu)點與效果1.原料來源廣、價格便宜、易于推廣應用;
2.產品性能明顯優(yōu)于普通無煙煤基陰極炭塊和半石墨質陰極炭塊，因其原料顆粒和瀝青燒成的焦，全部達到半石墨化，故性能均勻，強度高、韌性好，其主要性能指標為石墨化指數＞0.8，灰份＜7%，電阻率3×10-6Ωm，抗壓強度＞17MPa，真密度＞2.06g/cm3，體積密度1.52g/cm3，電解膨脹率0.5%。
用本發(fā)明的方法制造的半石墨化炭塊砌筑的鋁電解槽陰極在電解過程中因受鈉離子浸蝕產生的膨脹率低，因此減少因向上拱起所產生的斷裂，故可延長陰極炭塊的使用壽命，同時由于降低了陰極的電壓降，故減少了電解過程中的電能消耗。
本發(fā)明的鋁電解槽用陰極炭塊制造方法的實施例列于表1，產品的物化性能示于表2。
表1 陰極炭塊的制造工藝
表2 陰極炭塊的物化性能
權利要求
1.一種鋁電解槽用陰極炭塊的制造方法，包括配料及混捏成型、焙燒和半石墨化工序，其特征在于a)原料及配比(重量百分數)經1250～1300℃煅燒后的無煙煤45～50，冶金焦0～30，少灰焦0～35，石墨碎(或磷片石墨)0～10，瀝青15～25；b)原料(除瀝青外)粒度(mm)分布+12＜2%，-12～+425±4%；-0.540±4%；-0.07529±3%；c)焙燒工藝條件升溫和保溫時間280～360小時，最高溫度1100～1380℃；d)半石墨化工藝條件通電時間30～45小時，通電量2000～3000千瓦小時，最高溫度1800～2300℃。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于焙燒在環(huán)式爐，地窯或倒焰窯中進行。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于焙燒工序最佳的最高溫度為1250～1350℃，半石墨化工序最佳的最高溫度為1900～2150℃。
全文摘要
一種用回轉窯生產磷酸的方法，其特征在于造球配料時添加有機粘結劑，有機粘結劑有三種；球團采用干燥固結；回轉窯窯頭拋入固體還原劑；窯身設有若干風機和風管，空氣在窯內料層上方沿中軸線通入。本發(fā)明能有效地解決球團強度及窯內溫度、氣氛控制問題。通過控制窯身風機的供風量，維持回轉窯長50％以上區(qū)域料層溫度波動不超過±50℃。
文檔編號C01B25/18GK1054953SQ9010543
公開日1991年10月2日 申請日期1990年3月22日 優(yōu)先權日1990年3月22日
發(fā)明者侯擁和, 黃焯樞, 李丹, 梁多衍 申請人:冶金工業(yè)部長沙礦冶研究院