一種蘭炭基鋁電解用炭素陽極及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種蘭炭基鋁電解用炭素陽極及其制備方法，所制備的炭素陽極由炭質骨料（70wt.%～85wt.%）、粘結劑（14wt.%～29wt.%）以及添加劑（1%～5%）組成，其中炭質骨料為蘭炭或蘭炭和預焙陽極殘極的混合物，蘭炭在炭素陽極中的含量不低于50wt.%；粘結劑是由煤瀝青、呋喃樹脂、酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂中的一種或多種組成；添加劑是由活性炭、氧化鋁溶膠、納米氧化鋁和氯化鈉中的一種或多種組成。本發(fā)明的核心在于提出使用蘭炭替代石油焦制備鋁電解用炭素陽極，并采用添加劑改善陽極性能，所制備的陽極，成本低，質量好，使用周期長，可緩解鋁電解用陽極優(yōu)質石油焦供需緊張的矛盾，并為低變質煤的高附加值綜合利用開辟出一條新的途徑。
【專利說明】—種蘭炭基鋁電解用炭素陽極及其制備方法
【【技術領域】】
[0001]本發(fā)明屬于熔鹽鋁電解【技術領域】，特別涉及一種鋁電解用炭陽極材料。
【【背景技術】】
[0002]鋁電解用炭素陽極是電解鋁工業(yè)生產所需的基本原材料之一。炭素陽極既承擔著導電作用(將強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反應并連續(xù)消耗，理論上生產一噸鋁的陽極炭耗量為334kg，但在實際的生產過程中，由于發(fā)生鋁的二次反應，炭素陽極由空氣及CO2所引起的氧化，炭渣脫落等原因，致使鋁電解生產過程的噸鋁陽極炭耗量遠大于其理論炭耗量(最高達到500kg以上)，也就是說，一座年產10萬噸電解鋁的企業(yè)，一年就要消耗5.5萬噸炭陽極。炭陽極的消耗占到電解鋁生產成本的20%左右，因此，可以說，炭陽極是鋁電解槽的“心臟”，其對于電解鋁生產的技術經濟指標和原鋁質量均有著極為重要的影響。
[0003]電解鋁生產過程中，隨著炭素陽極的不斷消耗，陽極中的雜質會自然轉移到鋁液中，導致鋁液質量的下降或電解槽工藝狀況的惡化，因此，鋁電解生產對于炭陽極的灰分、硫份、導電性及微量元素等有著嚴格的要求。由于炭陽極是由煅后石油焦和煤浙青經過混捏、成形和高溫焙燒制備而成，因此，作為生產炭陽極的主要原料，石油焦的質量對于炭陽極的質量影響很大，是需要嚴格控制的。
[0004]石油焦雖是煉油工業(yè)的副產品，但卻是鋁用炭陽極生產的主要原材料，生產一噸陽極大約需要一噸左右的生石油焦。自2005年以來，在國內經濟高速發(fā)展的強力拉動下，鋼鐵、鋁業(yè)、汽車、房地產以及電力工業(yè)發(fā)展迅猛，由于這些基礎材料工業(yè)均是石油焦的主要用戶，導致國內石油焦需求大幅上升，國內石油焦市場顯現(xiàn)出了自改革開放以來的第三次較大的供需緊張局面，而對于石油焦使用大戶的鋁電解工業(yè)而言，可用于鋁電解用炭陽極生產的優(yōu)質石油焦供應短缺的趨勢，更為明顯。以2012年為例，按照原鋁產量推算，制備鋁電解用炭陽極所需的石油焦約為990萬噸，但是可供國內陽極生產使用的合格石油焦僅為500多萬噸，不足部分，均是由一些低級別石油焦補充。由于這些低級別的石油焦硫分含量較高、微觀結構較差，灰分及有害雜質元素含量較高，會引起陽極質量下降、生產設備腐蝕、煙氣SO2排放超標以及更為嚴重的環(huán)境污染等問題，同時所生產的陽極在使用時也會造成噸鋁炭耗及電耗升高、掉渣嚴重等后果。此外，中國石油對外依存度不斷加大，現(xiàn)在國內超過一半的石油消費要依賴進口解決，進口原油中大多硫和釩含量偏高，所產石油焦基本難以達到生產鋁用炭陽極的使用要求。另外，石化企業(yè)煉油新工藝的推廣應用，使得石油焦中雜質元素富集更加嚴重，石油焦的品質出現(xiàn)不斷下降的趨勢，這進一步加劇了炭陽極用優(yōu)質石油焦供應的緊張趨勢。因此，尋找合適的原材料替代石油焦生產鋁用炭陽極成為急待解決的一個問題。
[0005]作為煤炭資源十分豐富的我國陜西北部地區(qū)，賦存著大量的低變質煤，這類煤的主要應用途徑之一是干餾，干餾之后所獲得的主要產品包括煤焦油，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、鐵合金生產過程中的還原劑等，使用量有限，產生的附加值不高，而這些應用還是針對塊狀蘭炭而言，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，如果能夠針對目前載能工業(yè)如鋁電解產業(yè)對碳質電極材料的需求，利用陜北地區(qū)的蘭炭資源，開發(fā)出適用的碳質電極材料，這將會為低變質煤的高附加值綜合利用，開辟出一條新的途徑。
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【發(fā)明內容】
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[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種蘭炭基鋁電解用炭素陽極及其制備方法，解決可用于制備鋁電解用炭陽極的優(yōu)質石油焦供應緊張的問題；本發(fā)明采用蘭炭替代石油焦制備鋁電解用炭素陽極，為低變質煤的高附加值應用開辟了一條新途徑；所制備的炭素陽極，質量好，成本低，使用周期長，有利于電解鋁生產成本的控制。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0008]一種蘭炭基鋁電解用炭素陽極，由炭質骨料、粘結劑以及添加劑三種組分制備而成，各組分的質量百分含量為:炭質骨料70~85%、粘結劑14~29%、添加劑I~5% ;炭質骨料為蘭炭或蘭炭和預焙陽極殘極的混合物。
[0009]本發(fā)明進一步的改進在于:炭質骨料中蘭炭和預焙陽極殘極的規(guī)格及其在炭質骨料中的含量如下表所示:
【權利要求】
1.一種蘭炭基鋁電解用炭素陽極，其特征在于，由炭質骨料、粘結劑以及添加劑三種組分制備而成，各組分的質量百分含量為:炭質骨料70~85%、粘結劑14~29%、添加劑I~5% ;炭質骨料為蘭炭或蘭炭和預焙陽極殘極的混合物。
2.根據權利要求1所述的一種蘭炭基鋁電解用炭素陽極，其特征在于，炭質骨料中蘭炭和預焙陽極殘極的規(guī)格及其在炭質骨料中的含量如下表所示:

3.根據權利要求1所述的一種蘭炭基鋁電解用炭素陽極，其特征在于，粘結劑為煤浙青或煤浙青與呋喃樹脂、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂中一種或多種的混合物，具體規(guī)格及含量如下表所示:
4.根據權利要求1所述的一種蘭炭基鋁電解用炭素陽極，其特征在于，添加劑為活性炭、氧化鋁溶膠、納米氧化鋁中一種或活性炭、氧化鋁溶膠、納米氧化鋁、氟化鈉中任意幾種的混合物，具體規(guī)格及含量如下表所示:
5.根據權利要求1所述的一種蘭炭基鋁電解用炭素陽極，其特征在于，所述蘭炭滿足以下要求:灰份≤0.3%，水份≤0.1%，揮發(fā)份≤0.6%，硫份≤1.5%，真密度≤2.0g/cm3，粉末電阻率≤450 μ Ωπι, CO2反應性≤20%/min，空氣反應性≤0.18%/min。
6.根據權利要求1所述的一種蘭炭基鋁電解用炭素陽極，其特征在于，所述蘭炭基鋁電解用炭素陽極的灰份≤0.5%，電阻率≤50 μ Ωπι，抗壓強度≤30MPa，真密度≤2.0g/cm3,體積密度> 1.6g/cm3。
7.根據權利要求1所述的一種蘭炭基鋁電解用炭素陽極，其特征在于，蘭炭在炭素陽極中的含量不低于50wt.%。
8.權利要求1至7中任一項所述的一種蘭炭基鋁電解用炭素陽極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 將稱量好的炭質骨料和粘結劑混合均勻后放入混捏機內，開動混捏機，隨后逐漸加入添加劑，混捏溫度控制在175°C~185°C之間；將混捏好的糊料采用振動成型的方法制備成陽極生坯，成型壓力在2~SMPa之間，隨后在1200°C~1300°C的溫度范圍內進行焙燒，制得蘭炭基鋁電解用炭素陽極。
9.權利要求8所述的制備方法，其特征在于，炭質骨料和粘結劑混合均勻后的混合物預熱至80°C~100°C后逐漸加入添加劑。
【文檔編號】C25C3/12GK103952721SQ201410160941
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月21日 優(yōu)先權日:2014年4月21日
【發(fā)明者】方釗, 李林波, 俞娟, 趙俊學, 武小雷, 李倩 申請人:西安建筑科技大學