專利名稱：鋁電解用碳素陽極抗氧化層、其制備方法及其涂覆方法
鋁電解用碳素陽極抗氧化層、其制備方法及其涂覆方法(一) 技術(shù)領(lǐng)域-本發(fā)明涉及鋁電解領(lǐng)域，特別涉及鋁電解用碳素陽極抗氧化層；本發(fā) 明還涉及該抗氧化層的制備方法及其涂覆方法。(二)
背景技術(shù)：
在鋁電解過程中，碳素陽極既承擔(dān)著導(dǎo)電作用，又參與電化學(xué)反應(yīng)、 不斷的消耗，對技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)和原鋁質(zhì)量都有著極為重要的影響，因此被 稱為鋁電解槽的"心臟"。鋁電解碳素陽極的工作環(huán)境為高溫鋁電解槽， 根據(jù)鋁電解槽的溫度分布情況，陽極溫度從底部向上溫度逐漸降低，底部 溫度大約在90(TC，頂部溫度約為45(TC，高溫環(huán)境下，陽極與空氣接觸 部分即會發(fā)生氧化反應(yīng)，生成C02，另外還有布多爾反應(yīng)和陽極掉渣，這 些反應(yīng)使碳素陽極產(chǎn)生了額外的消耗。為了減少由于C02和空氣燃燒而引 起的過量碳耗，節(jié)約原鋁的生產(chǎn)成本，比較經(jīng)濟有效的方法是在碳素陽極 表面涂覆抗氧化層，如申請?zhí)枮?00410022671. 4，名稱為〈〈鋁電解用碳素 陽極的抗氧化方法、抗氧化層及其涂覆方法》的中國發(fā)明專利，公開了在 預(yù)焙陽極表面涂覆抗氧化涂層的預(yù)焙鋁電解槽碳素陽極的抗氧化方法，它 還公開了這種方法所使用的抗氧化涂層，其配方以重量份計包括5 60 份以固含量計的氧化鋁溶膠，粒徑小于165um的八1203粉末16 35份， 粒徑小于165um的氧化硼粉末l 3份；上述抗氧化涂層的涂覆方法，即 多次噴涂法。該發(fā)明抗氧化涂層，雖然降低了一定的碳耗，但其與碳素陽 極基體的熱膨脹率存在一定的差異，高溫下涂層容易產(chǎn)生裂紋導(dǎo)致塊狀脫 落，使其抗氧化性受到制約。(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明將公開一種與碳素陽極基體結(jié)合性好、抗氧化性能優(yōu)異、成本 低廉的鋁電解用碳素陽極抗氧化層，本發(fā)明還將公開這種抗氧化層的制備 方法及其涂覆方法。本發(fā)明鋁電解用碳素陽極抗氧化層，由下至上包括底層抗氧化層、阻 擋層抗氧化層和面層抗氧化層。其中，所述底層抗氧化層包括下述配比以重量份計的成分水性含氟樹脂15-45份；粒徑為小于165 n m的含硼物質(zhì)25-50份; 氧化鋁溶膠1-20份； 粒徑小于74 u m的高溫抗氧化劑1-26份;消泡劑0.1-0. 5份； 水12-40份。所述阻擋層抗氧化層包括下述配比以重量份計的成分水性含氟樹脂4-22份； 粒徑為小于165 p m的含硼物質(zhì)1-16份； 氧化鋁溶膠1-25份； 粒徑小于74 p m的高溫抗氧化劑5-58份；消泡劑0. 1-0. 5份； 水21-45份。所述面層抗氧化層包括下述配比以重量份計的成分 水性含氟樹脂3-20份； 粒徑小于165 u m的含硼物質(zhì)1-16份； 氧化鋁溶膠10-30份；粒徑小于74 u m的高溫抗氧化劑6-59份； 消泡劑0.1-0. 5份； 水22-42份。上述配方中，所述水性含氟樹脂的氟含量最好為12-50%，數(shù)均分子量 為4X 103-10X 104;所述含硼物質(zhì)可為氧化硼，或碳化硼，或硼酸，或它 們中任意兩種或兩種以上的混合物；所述高溫抗氧化劑可為氧化鋁，或擬 薄水鋁石，或氟化鋁，或它們中任意兩種或兩種以上的混合物；所述氧化 鋁溶膠為以固含量計〉5%的氧化鋁溶膠；所述消泡劑為水性非硅類消泡 劑，如消泡劑DF-558，或消泡劑DF-558，或消泡劑CLT-371等。本發(fā)明鋁電解用碳素陽極抗氧化層，底層配方的成分為含硼物質(zhì)、水 性含氟樹脂、水、氧化鋁溶膠和高溫抗氧化劑，該涂層的作用是封閉基體 材料表面的孔隙，減小高溫下炭素陽極基體與氧的接觸面積；含硼物質(zhì)的 引入在潤濕碳素陽極基體的同時又粘附涂層，使涂層與基體的熱膨脹系數(shù) 相差不大，起著松緩熱應(yīng)力和提高結(jié)合強度的作用；阻擋層配方的成分為 高溫抗氧化劑、含硼物質(zhì)、水性含氟樹脂，水和氧化鋁溶膠，該涂層最主 要的作用是隔離基體與外界環(huán)境，阻止高溫下氧的擴散侵入，如氧化鋁等 的引入，本身起著隔離氧的作用，具有相當(dāng)強的抗氧化效果；面層配方的 成分為高溫抗氧化劑、含硼物質(zhì)，水性含氟樹脂，水和氧化鋁溶膠，其中 的含硼物質(zhì)不但消耗了高溫氧化氣氛中的氧氣，而且它在高溫下呈玻璃相 物質(zhì)，粘度大，具有一定的流動性，對涂層在高溫下產(chǎn)生的裂紋和孔隙進 行封閉，減少了外界氧氣進入內(nèi)部與基體直接反應(yīng)的通道，同時起著阻擋 氧的作用；在各抗氧化層配方中加入適量消泡劑，可消除涂層漿料在制備 過程中的起泡問題，避免了涂層表面因起泡而形成氣孔。本發(fā)明還包括鋁電解用碳素陽極抗氧化層的制備方法，它包括底層抗 氧化層、阻擋層抗氧化層和面層抗氧化層的制備方法，它們的制備方法均 為按以下的投料順序加入原料混合均勻即可；所述原料的投料順序為先 取一定量的水，然后在其中加入氧化鋁溶膠和消泡劑，再加入含硼物質(zhì)和 高溫抗氧化劑，最后加入水性含氟樹脂。本發(fā)明還包括鋁電解用碳素陽極抗氧化層的涂覆方法，可用常規(guī)涂覆 方法進行涂覆，優(yōu)選采用本發(fā)明提供的涂覆方法，其步驟如下1)噴涂底層涂層漿料2-3次，噴涂的時間間隔為1-3小時，常溫下晾干；所述底層涂層漿料包括下述配比以重量份計的成分水性含氟樹脂15-45份；粒徑小于165 u m的含硼物質(zhì)25-50份； 氧化鋁溶膠1-20份；粒徑小于74 p m的高溫抗氧化劑1-26份;5份； 水12-40份；2) 噴涂阻擋層涂層漿料1-2次，時間間隔為l-3小時，常溫下晾干；所述阻擋層涂層漿料包括下述配比以重量份計的成分水性含氟樹脂4-22份； 粒徑小于165 y m的含硼物質(zhì)1-16份； 氧化鋁溶膠1-25份； 粒徑小于74 p m的高溫抗氧化劑5-58份;消泡劑0. 1-0. 5份； 水21-45份；3) 噴涂面層涂層漿料1-2次，時間間隔為1-3小時，常溫下晾干即可;所述面層涂層漿料包括下述配比以重量份計的成分水性含氟樹脂3-20份； 粒徑為小于165 P m的含硼物質(zhì)1-16份； 氧化鋁溶膠10-30份； 粒徑小于74 y m的高溫抗氧化劑6-59份; 消泡劑0. 1-0. 5份； 水22-42份。所述水性含氟樹脂的氟含量最好為12-50%，數(shù)均分子量為4X103-10 X104;所述含硼物質(zhì)可為氧化硼，或碳化硼，或硼酸，或它們中任意兩種 或兩種以上的混合物；所述高溫抗氧化劑可為氧化鋁，或擬薄水鋁石，或 氟化鋁，或它們中任意兩種或兩種以上的混合物；所述氧化鋁溶膠為固含 量〉5%的氧化鋁溶膠;所述消泡劑為水性非硅類消泡劑，如消泡劑DF-558， 或消泡劑DF-558，或消泡劑CLT-371等；所述整個抗氧化層的平均涂覆量 最好在0. 05-0. 2g/cm2內(nèi)。本發(fā)明所述鋁電解用碳素陽極抗氧化層，與碳素陽極基體結(jié)合性好、 抗氧化性能優(yōu)異、對鋁電解工業(yè)無污染、成本低廉。本發(fā)明抗氧化層由下 至上包括底層、阻擋層和面層三層抗氧化層，在三層抗氧化層中均使用水 性含氟樹脂為有機粘結(jié)劑，其所含的憎水基及親水基使得有機一無機成分 不是"油水"分離而是潤濕性、分散性都很好的有機組合，從而使涂層防 污性能優(yōu)異，重涂附著性好；還使用了熔點低的含硼物質(zhì)，它在熔融時既 潤濕了碳素陽極基體同時又粘附涂層，促進了高溫下抗氧化涂層與碳素陽 極基體的化學(xué)結(jié)合，避免了涂層與碳素陽極基體熱膨脹率不同造成的涂層 開裂或塊狀脫落，提高了涂層的粘接性能；另一方面含硼物質(zhì)在60(TC以 上呈玻璃熔融體狀，粘度大，具有一定的流動性可彌合涂層中產(chǎn)生的裂紋， 能夠很好地潤濕并覆蓋在碳素表面，阻止了氧化氣體的進入，使涂層具有 一定的自愈合能力；隨著三層抗氧化層中成分及含量的變化，起到了很好 的梯度抗氧化性能，同時在三層抗氧化層之間實現(xiàn)作用互補。本發(fā)明抗氧化層采用噴涂工藝在碳素陽極基體上形成具有梯度抗氧 化功能三層夾心式結(jié)構(gòu)，不僅可以克服單層結(jié)構(gòu)涂層的缺陷，松緩熱應(yīng)力， 增強涂層的抗熱震性，而且還能在升溫過程中起到阻擋和延緩氧化硼揮發(fā) 的作用，從而使涂層能夠在長時間內(nèi)較好的發(fā)揮抗氧化作用。具體實施例方式
實施例l(1) 制備涂層漿料1) 取400克水，在其中加入10克固含量〉5%的氧化鋁溶膠和1克 DF-568消泡劑；再加入250克小于165 P m的碳化硼、95克小于74 u m的 氧化鋁、94克小于74 u m的擬薄水鋁石；最后加入150克氟含量為12%的 水性含氟樹脂；均勻混合后制成底層涂層漿料待用；2) 取450克水，在其中加入50克固含量〉5%的氧化鋁溶膠和1克 DF-568消泡劑；然后加入5克小于165 u m的氧化硼、5克小于165 P m的 硼酸、449克小于74 u m的擬薄水鋁石；最后加入40克氟含量為12%的水 性含氟樹脂；均勻混合后制成阻擋層涂層漿料待用；3) 取400克水，在其中加入100克固含量>5%的氧化鋁溶膠和1克 DF-568消泡劑；然后加入5克小于165um的氧化硼、5克小于165um硼 酸、459克小于74ix m的氧化鋁；最后加入200克氟含量為12%的水性含 氟樹脂；均勻混合后制成面層涂層漿料待用；(2) 鋁電解用碳素陽極抗氧化層的涂覆方法1) 將碳素陽極基體切割成30*30*30111111試樣；2) 將試樣噴涂底層涂層漿料3次，噴涂的時間間隔為l小時，常溫下 晾干；3) 將試樣噴涂阻擋層涂層漿料1次，常溫下晾干；4) 將試樣噴涂面層涂層漿料1次，常溫下晾干即可；5) 將試樣置于空氣中在70分鐘內(nèi)由室溫加熱至ll(TC時保溫1小時， 然后以1. 5°C/min的升溫速率升溫至900°C，測定得其氧化失重率AM(9&) 為18. 1%，涂層表面完整，未見涂層表面有明顯裂紋；而碳素陽極裸樣同 條件下其氧化失重率AM(y。)為78. 04%。實施例2: (l)制備涂層漿料1) 取200克水，在其中加入200克固含量為10%的氧化鋁溶膠和3克 DF-568消泡劑；然后加入500克160 u m的氧化硼、260克70 u m的氧化 鋁；最后加入187克氟含量為50%的水性含氟樹脂；均勻混合后制成底層 涂層漿料待用；2) 取210克水，在其中加入250克固含量為10%的氧化鋁溶膠和5克 CLT-371消泡劑；然后加入80克100 u m的碳化硼、80克100 u m的硼酸、 130克50um的氧化鋁、145克45um的擬薄水鋁石；最后加入100克氟 含量為50%的水性含氟樹脂；均勻混合后制成阻擋層涂層漿料待用；3) 取220克水，在其中加入300克固含量為10%的氧化鋁溶膠和5克 DF-568消泡劑；然后加入80克50 u m的氧化硼、40克100 y m硼酸、40 克50um碳化硼、215克50um的氧化鋁；最后加入30克氟含量為50%的 水性含氟樹脂；均勻混合后制成面層涂層漿料待用；(2)鋁電解用碳素陽極抗氧化層的涂覆方法1) 將碳素陽極基體機械切割成50*50*50mm試樣；2) 將試樣噴涂底層涂層漿料2次，噴涂的時間間隔為3小時，常溫下 晾干；3) 將試樣噴涂阻擋層涂層漿料1次，常溫下晾干；4) 將試樣噴涂面層涂層漿料2次，噴涂的時間間隔為2小時，常溫下晾干即可；5) 將試樣置于空氣中在70分鐘內(nèi)由室溫加熱至ll(TC時保溫1小時， 然后以1. 5'C/min的升溫速率升溫至900°C，測定得其氧化失重率AM(W) 為11.3%，涂層表面完整，未見涂層表面有明顯裂紋。
權(quán)利要求
1、鋁電解用碳素陽極抗氧化層，其特征在于由下至上它包括底層抗氧化層、阻擋層抗氧化層和面層抗氧化層。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗氧化層，其特征在于所述底層抗氧化層 包括下述配比以重量份計的成分水性含氟樹脂15-45份；粒徑小于165 u m的含硼物質(zhì)25-50份； 氧化鋁溶膠1-20份； 粒徑小于74 u m的高溫抗氧化劑1-26份;消泡劑0. 1-0. 5份； 水12-40份。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗氧化層，其特征在于所述阻擋層抗氧化 層包括下述配比以重量份計的成分水性含氟樹脂4-22份； 粒徑小于165 u m的含硼物質(zhì)1-16份； 氧化鋁溶膠1-25份； 粒徑小于74 y m的高溫抗氧化劑5-58份;消泡劑0. 1-0. 5份； 水21-45份。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗氧化層，其特征在于所述面層抗氧化層包括下述配比以重量份計的成分水性含氟樹脂3-20份； 粒徑小于165 u m的含硼物質(zhì)卜16份； 氧化鋁溶膠10-30份；粒徑小于74 ix m的高溫抗氧化劑6-59份； 消泡劑0. 1-0. 5份； 水22-42份。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2-4中任何一項所述的抗氧化層，其特征在于所 述水性含氟樹脂的氟含量為12-50%，數(shù)均分子量為4X 103-10X104。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2-4中任何一項所述的抗氧化層，其特征在于所 述含硼物質(zhì)為氧化硼，或碳化硼，或硼酸，或它們中任意兩種或兩種以上 的混合物。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2-4中任何一項所述的抗氧化層，其特征在于所 述高溫抗氧化劑為氧化鋁，或擬薄水鋁石，或氟化鋁，或它們中任意兩種 或兩種以上的混合物。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2-4中任何一項所述的抗氧化層，其特征在于所 述消泡劑為水性非硅類消泡劑。
9、 鋁電解用碳素陽極抗氧化層的制備方法，其特征在于它包括底層抗氧化層、阻擋層抗氧化層和面層抗氧化層的制備方法，所述以上各層抗 氧化層的制備方法為在水中加入氧化鋁溶膠和消泡劑，再加入含硼物質(zhì) 和高溫抗氧化劑，最后加入水性含氟樹脂，混合均勻后即制成涂層漿料。
10、鋁電解用碳素陽極抗氧化層的涂覆方法，其步驟如下1) 噴涂底層涂層漿料2-3次，噴涂的時間間隔為l-3小時，常溫下晾干；所述底層涂層漿料包括下述配比以重量份計的成分水性含氟樹脂15-45份；粒徑小于165 u m的含硼物質(zhì)25-50份； 氧化鋁溶膠1-20份；粒徑小于74 u m的高溫抗氧化劑1-26份; 消泡劑0. 1-0. 5份； 水12-40份；2) 噴涂阻擋層涂層漿料1-2次，時間間隔為1-3小時，常溫下晾干； 所述阻擋層涂層漿料包括下述配比以重量份計的成分水性含氟樹脂4-22份； 粒徑小于165 u m的含硼物質(zhì)1-16份； 氧化鋁溶膠1-25份； 粒徑小于74 u m的高溫抗氧化劑5-58份;消泡劑0. 1-0. 5份； 水21-45份；3) 噴涂面層涂層漿料1-2次，時間間隔為1-3小時，常溫下晾干即可; 所述面層涂層漿料包括下述配比以重量份計的成分水性含氟樹脂3-20份； 粒徑為小于165 u m的含硼物質(zhì)1-16份； 氧化鋁溶膠10-30份； 粒徑小于74 y m的高溫抗氧化劑6-59份; 消泡劑0. 1-0. 5份； 水22-42份。
全文摘要
本發(fā)明將公開一種與碳素陽極基體結(jié)合性好、抗氧化性能優(yōu)異的鋁電解用碳素陽極抗氧化層；本發(fā)明還將公開這種抗氧化層的制備方法及其涂覆方法。本發(fā)明鋁電解用碳素陽極抗氧化層，由下至上它包括底層抗氧化層、阻擋層抗氧化層和面層抗氧化層。本發(fā)明鋁電解用碳素陽極抗氧化層的制備方法，包括底層抗氧化層、阻擋層抗氧化層和面層抗氧化層的制備方法。本發(fā)明鋁電解用碳素陽極抗氧化層的涂覆方法，其步驟如下1)噴涂底層涂層漿料2-3次，噴涂的時間間隔為1-3小時，常溫下晾干；2)噴涂阻擋層涂層漿料1-2次，時間間隔為1-3小時，常溫下晾干；3)噴涂面層涂層漿料1-2次，時間間隔為1-3小時，常溫下晾干即可。
文檔編號C25C3/12GK101250723SQ20071005055
公開日2008年8月27日 申請日期2007年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
發(fā)明者張艷偉, 李慶余, 楊建紅, 王紅強, 黃芬芬 申請人:廣西師范大學(xué)