專利名稱：一種鋁電解用TiB₂陰極涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁電解用陰極涂層的制備方法。特別是鋁用電解槽TiB2陰極復(fù)合涂層材料的制備方法。
背景技術(shù)：
熔融電解法制鋁是當(dāng)今全球唯一的工業(yè)煉鋁方法。其采用冰晶石_氧化鋁熔鹽電解法煉鋁，現(xiàn)行的炭素陰極對(duì)熔融金屬鋁不潤(rùn)濕，為了保持熔融金屬鋁陰極表面的平穩(wěn)，現(xiàn)行鋁電解槽中必須存留相當(dāng)厚度的鋁液，因金屬鋁液是槽內(nèi)的導(dǎo)電流體，受強(qiáng)磁場(chǎng)的作用， 導(dǎo)電流體中感應(yīng)產(chǎn)生電磁力，使鋁液產(chǎn)生流動(dòng)、波動(dòng)和隆起，這不僅使得陰、陽(yáng)極間必須維持較高的極距，而且增大鋁的二次反應(yīng)損失。另外，炭素陰極易被電解質(zhì)和鈉滲透，能和鋁反應(yīng)生成炭化鋁，容易在不濕潤(rùn)鋁的炭素陰極表面形成槽底沉淀，引起陰極電壓降增大、電流分布不均，生產(chǎn)不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致陰極的膨脹、破損等。二硼化鈦TiB2是唯一在鋁液中溶解度很小、導(dǎo)電率高、并且能被鋁液潤(rùn)濕的材料。它由于具有熔點(diǎn)高、導(dǎo)電率高、硬度大、耐熔融鋁液和冰晶石熔體的侵蝕等特點(diǎn)，已經(jīng)成為制造鋁電解槽用可潤(rùn)濕性惰性陰極的首選材料。名稱“一種鋁電解用硼化鈦陰極材料及其制備方法”、專利申請(qǐng)?zhí)枮?01010207080.X，公告日期為2010年11月03日。該發(fā)明以 TiB2、石墨、高溫粘結(jié)劑M、增強(qiáng)劑X等為原料，經(jīng)過(guò)一系列加工后制成鋁電解用陰極。由于 TiB2價(jià)格昂貴，生產(chǎn)出來(lái)的陰極產(chǎn)品成本也非常高，難以應(yīng)用于鋁電解生產(chǎn)中；而且該項(xiàng)技術(shù)在實(shí)現(xiàn)材料大型化、異型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面存在明顯的缺陷，無(wú)法實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)目前現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種能使用在工業(yè)鋁電解槽陰極炭塊上的鋁電解用TiB2陰極涂層的制備方法，通過(guò)在陰極炭塊上涂覆該涂層復(fù)合材料，能夠有效降低鋁電解槽中的陰極壓降，減少電解槽底沉淀，提高鋁電解生產(chǎn)的電解效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、單位產(chǎn)能高等效益。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種鋁電解用TiB2陰極涂層的制備方法，由以下各重量百分比組分的材料制成炭基材料3(T50%、TiB2 20 40%、黏結(jié)劑20 35% ；添加劑0 5% 和稀釋劑(Γιο%，制備步驟如下
①將炭基材料、TiB2和添加劑固體物料分別粉碎后混合，于混捏設(shè)備中進(jìn)行進(jìn)一步的混勻，得到固體粉末混合物；
②將稀釋劑加入黏結(jié)劑中，不斷攪拌直到二者充分混勻；
③將混勻的稀釋劑與黏結(jié)劑的混合物按照一定的重量比倒入混捏設(shè)備中與先前的固體粉末混合物混合，控制混捏機(jī)的溫度和混捏時(shí)間，使得黏結(jié)劑能夠均勻地滲透入固體粉末混合物中，固液混捏得到鋁電解所需的TiB2涂層復(fù)合材料；
④將TiB2復(fù)合材料于室溫下涂敷在陰極炭塊的表面，抹平使之與炭塊能夠充分接觸， 固化，即為TiB2陰極涂層。
所說(shuō)炭基材料是普通煅燒無(wú)煙煤、電煅燒無(wú)煙煤、高碳石墨、冶金焦或石油焦中的一種或者幾種的混合物。所說(shuō)添加劑是炭素纖維或炭素纖維粉。所說(shuō) 黏結(jié)劑是酚醛樹(shù)脂、糠醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂、浙青、煤焦油或蒽油中的一種或者幾種的混合物。所說(shuō)稀釋劑是乙醇、丙酮、二乙烯三胺或硫酸乙脂中的一種或者幾種的混合物。步驟①的各種固體物料粉碎后的粒度保持在1(Γ100 μπι之間。所說(shuō)混捏設(shè)備中混勻得到固體粉末混合物的混合時(shí)間為廣10 h，溫度為25°C的常
ilm ο步驟③混捏設(shè)備中固液混捏的時(shí)間為廣18 h，溫度為20 80 °C。本發(fā)明的有益效果是該發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)處理成本低；生產(chǎn)出來(lái)的TiB2涂層復(fù)合材料產(chǎn)品能夠在常壓下進(jìn)行涂敷作業(yè)，大大減少了作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了對(duì)環(huán)境的壓力。TiB2涂層復(fù)合材料在鋁電解槽內(nèi)的使用大大延長(zhǎng)了鋁電解槽的使用壽命，使得電解電流效率得到大大的提高。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一
根據(jù)TiB2涂層復(fù)合材料的重量百分比含量，TiB2、石油焦和炭素纖維分別經(jīng)過(guò)破碎球磨數(shù)次，得到1(Γ50μπι粒度的固體粉料，并按照重量百分比20 50 3的比例于混捏設(shè)備中，啟動(dòng)混捏機(jī)，混合2h，得到均勻的固體粉末混合物。將稱量好的浙青與丙酮按照重量百分比20:7的比例于容器中充分?jǐn)嚢杌靹?，得到具有一定流?dòng)性的混合物，倒入混捏設(shè)備中進(jìn)行固液混捏5 h，控制混捏溫度為50°C。得到鋁電解所需的TiB2復(fù)合材料。將復(fù)合材料手工涂敷于整個(gè)電解槽的陰極炭塊表面，抹平，固化。而后將涂敷有復(fù)合材料的陰極槽應(yīng)用于電解鋁系統(tǒng)。實(shí)施結(jié)果25°C，TiB2復(fù)合材料的電導(dǎo)率為27. 3 μ Ω -m ；復(fù)合材料與陰極炭塊結(jié)合后其抗拉強(qiáng)度>2. 6 MPa，鋁電解過(guò)程的電流效率提高了 1.05 %。陰極槽的壽命也延長(zhǎng)了 25 %。實(shí)施例二
根據(jù)TiB2涂層復(fù)合材料的重量百分比含量，TiB2、冶金焦、炭素纖維分別經(jīng)過(guò)破碎球磨數(shù)次粉碎到1(Γ30μπι，并按照重量百分比25 43 :5的比例于混捏設(shè)備中，啟動(dòng)混捏機(jī)，混合 3h，得到均勻的固體粉末混合物。將酚醛樹(shù)脂與二乙烯三胺按照重量百分比22:5的比例于容器中充分?jǐn)嚢杌靹蚝?，得到具有一定流?dòng)性的混合物，倒入混捏設(shè)備中進(jìn)行固液混捏10 h，控制混捏溫度為80°C。得到鋁電解所需的TiB2復(fù)合材料。將復(fù)合材料手工涂敷于整個(gè)電解槽的陰極炭塊表面，抹平，固化。而后將涂敷有復(fù)合材料的陰極槽應(yīng)用于電解鋁系統(tǒng)。實(shí)施結(jié)果25°C，TiB2復(fù)合材料的電導(dǎo)率為28. 2 μ Ω -m ；復(fù)合材料與陰極炭塊結(jié)合后其抗拉強(qiáng)度>2. 6 MPa，鋁電解過(guò)程的電流效率提高了 0.85 %。陰極槽的壽命也延長(zhǎng)了 20 %。實(shí)施例三根據(jù)TiB2涂層復(fù)合材料的重量百分比含量，TiB2,電煅燒無(wú)煙煤分別經(jīng)過(guò)破碎球磨數(shù)次，粉碎到1(Γ80 μ m,并按照重量百分比30 43的比例于混捏設(shè)備中，啟動(dòng)混捏機(jī)，混合2h， 得到均勻的固體粉末混合物。將蒽油與乙醇按照重量百分比26:1的比例于容器中充分?jǐn)嚢杌靹蚝?，得到具有一定流?dòng)性的混合物，倒入混捏設(shè)備中進(jìn)行固液混捏18 h，控制混捏溫度為40V。得到鋁電解所需的TiB2復(fù)合材料。將復(fù)合材料手工涂敷于整個(gè)電解槽的陰極炭塊表面，抹平，固化。而后將涂敷有復(fù)合材料的陰極槽應(yīng)用于電解鋁系統(tǒng)。實(shí)施結(jié)果25°C，TiB2復(fù)合材料的電導(dǎo)率為26. 5 μ Ω -m ；復(fù)合材料與陰極炭塊結(jié)合后其抗拉強(qiáng)度>2. 6 MPa，鋁電解過(guò)程的電流效率提高了 1.25 %。陰極槽的壽命也延長(zhǎng)了 30 %。
權(quán)利要求
1.一種鋁電解用TiBJA極涂層的制備方法，其特征在于由以下各重量百分比組分的材料制成炭基材料30 50%、TiB2 20 40%、黏結(jié)劑20 35%、添加劑0 5%和稀釋劑0 10%，制備步驟如下①將炭基材料、TiB2和添加劑固體物料分別粉碎后混合，于混捏設(shè)備中進(jìn)行進(jìn)一步的混勻，得到固體粉末混合物；②將稀釋劑加入黏結(jié)劑中，不斷攪拌直到二者充分混勻；③將混勻的稀釋劑與黏結(jié)劑的混合物倒入混捏設(shè)備中與先前的固體粉末混合物混合， 固液混捏得到鋁電解所需的TiB2復(fù)合材料；④將TiB2復(fù)合材料涂敷在陰極炭塊的表面，抹平，固化，即為TiB2陰極涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解用TiB2陰極涂層的制備方法，其特征在于所說(shuō)炭基材料是普通煅燒無(wú)煙煤、電煅燒無(wú)煙煤、高碳石墨、冶金焦或石油焦中的一種或者幾種的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解用TiB2陰極涂層的制備方法，其特征在于所說(shuō)添加劑是炭素纖維或炭素纖維粉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解用TiB2陰極涂層的制備方法，其特征在于所說(shuō)黏結(jié)劑是酚醛樹(shù)脂、糠醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂、浙青、煤焦油或蒽油中的一種或者幾種的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解用TiB2陰極涂層的制備方法，其特征在于所說(shuō)稀釋劑是乙醇、丙酮、二乙烯三胺或硫酸乙脂中的一種或者幾種的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解用TiB2陰極涂層的制備方法，其特征在于步驟①中各種固體物料粉碎后的粒度保持在IiTlOO μπι之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的鋁電解用TiB2陰極涂層的制備方法，其特征在于所說(shuō)混捏設(shè)備中混勻得到固體粉末混合物的混合時(shí)間為廣10 h，溫度為25°C的常溫。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解用TiB2陰極涂層的制備方法，其特征在于步驟③混捏設(shè)備中固液混捏的時(shí)間為廣18 h，溫度為2(T80 °C。
全文摘要
一種鋁電解用TiB2陰極涂層的制備方法，將TiB2、炭基材料、添加劑等物料粉碎后按照一定比例混合，而后于混捏設(shè)備中進(jìn)一步的混勻，得到固體粉末混合物；將稀釋劑加入黏結(jié)劑中，不斷攪拌直到二者充分混勻；將混勻的稀釋劑與黏結(jié)劑的混合物倒入混捏設(shè)備中與先前的固體粉末混合物混合，攪拌至均勻，便可得到鋁電解所需的TiB2復(fù)合材料，采用本發(fā)明生產(chǎn)的產(chǎn)品使用于鋁電解槽后大大延長(zhǎng)了鋁電解槽的使用壽命，同時(shí)大大提高了鋁電解過(guò)程的電流效率，從而降低了噸鋁的生產(chǎn)成本；本發(fā)明的工藝流程短，生產(chǎn)處理成本低，環(huán)境污染小。
文檔編號(hào)C25C3/08GK102212845SQ201110134418
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者于站良, 俞小花, 蘇其軍, 謝剛 申請(qǐng)人:昆明冶金研究院