專利名稱：鋁電解槽用抗侵蝕耐火材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁電解槽用抗侵蝕耐火襯里，用于鋁電解槽耐火材料，屬于耐侵蝕和耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。
傳統(tǒng)的鋁電解槽如附圖1所示，圖中中心線左側(cè)表示傳統(tǒng)電解槽結(jié)構(gòu)，有石墨層(1)，用石墨塊砌成，作為電解槽的陰極，耐火材料襯里層(2)，是由幾層鋁硅質(zhì)耐火磚砌成，還有隔熱磚層(3)和電解槽外殼體(4)，由石墨電極，陰極(1)和陽極(7)通電加熱，電解槽中的電解液(6)為冰晶石和Na，NaF和熔融鋁液，當溫度在700℃以上時，由于Na、NaF從石墨塊(1)砌縫中或石墨的氣孔中進入耐火材料襯里層(5)和耐火材料化合形成鈉霞石等礦物而產(chǎn)生體積膨脹，導(dǎo)致耐火材料結(jié)構(gòu)破壞，Na、NaF、冰晶石熔體還會進一步滲透到隔熱層，在隔熱層中沉積，從而使隔熱層的熱阻減小，使電解槽的陰極石墨塊因冰晶石的凝固，膨脹而損壞，使冰晶石大量流失。
為解決以上問題，國外資料報導(dǎo)，有兩種改進措施，其一是采用阻擋層與隔熱性能好的隔熱材料。加拿大Allaire等的研究結(jié)果表明，當阻擋材料的Al2O3/SiO2(重量比)大于0.9時，可將Na與NaF的滲透抑制住，但未講到最終效果，澳大利亞C.C，crozier研究出一種特殊低水泥高鋁澆注料，其Al2O367.5％，SiO220.6％，F(xiàn)e2O37.3％，體積密度2.7g/cm2，110℃干燥后抗折強度為11MPa，用這種澆注材料制成厚度為115mm的阻擋層，使用550天后，對殘磚進行掃描分析，結(jié)果說明，Na和NaF已被阻擋層抑制住，另一措施是采用鈣長石(CAS2)干粉作阻擋層，以阻止Na與NaF滲入隔熱層(耐火材料雜志1996年No.1，P46～49頁)，未見有使用效果方面報導(dǎo)。
本發(fā)明的目的在于研制一種新的抗Na、NaF、冰晶石浸蝕的耐火材料，此種耐火材料的成分使其與Na、NaF、冰晶石蒸氣或液體接觸時，在表面急速形成一層釉面層，阻止Na、NaF、冰晶石蒸汽或液相繼續(xù)向下滲透，同時，為避免定形耐火材料經(jīng)長期使用的裂紋問題，故采用干式搗打材料。
為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用耐火材料的化學(xué)組成如下SiO258～70％(重量％)Al2O320～34％(重量％)Fe2O33～7％ (重量％)CaO+MgO+K2O+Na2O3～5％(重量％)以上的耐火材料搗打料是由骨料和基質(zhì)料按骨料∶基質(zhì)料＝80～90％∶10～20％的比例充分混合，搗打而成。骨料采用煅燒的高硅粘土熟料或用碎陶瓷塊或煅燒后的葉臘石合成的高硅粘土熟料構(gòu)成，其顆粒度小于5mm。
基質(zhì)料是耐火材料搗打料中的細粉部分，由高硅質(zhì)耐火粘土熟料或高硅含量的廢陶瓷塊或煅燒葉臘石合成的高硅粘土熟料，加入調(diào)整成份的含CaO、MgO、Fe2O3、K2O、Na2O的混合物或單組份，均勻混合而成。其顆粒度小于0.1mm，其作用是將顆粒狀的骨料結(jié)合成致密體，基質(zhì)料的成分根據(jù)骨料成分進行調(diào)整，使材料的化學(xué)組成在上述要求范圍之內(nèi)。將骨料和基質(zhì)料混合均勻，現(xiàn)場施工，搗打至要求的厚度，成型后的搗打料體積密度為1.8～1.9克/cm3。
采用本發(fā)明的耐火材料搗打料作鋁電解槽的襯里，能延長電解槽的使用壽命，與傳統(tǒng)耐火材料比較，傳統(tǒng)的定形耐火材料電解槽可使用3～5年，使用本發(fā)明的耐火材料干式搗打料，電解槽的使用壽命可延長使用到5～7年，并能節(jié)省冰晶石等電解液的消耗，節(jié)能，減少筑爐，維修等費用，經(jīng)濟效果非常顯著。


圖1為鋁電解槽的結(jié)構(gòu)示意圖，圖左側(cè)為現(xiàn)有技術(shù)，圖右側(cè)為本發(fā)明圖2為實施例2中傳統(tǒng)電解槽用耐火材料被電解液浸蝕后的情況圖3為實施例2中本發(fā)明電解槽用干式耐火材料搗打料和電解液接觸后的情況圖4為實施例2中SiO2含量超出70％(77.7％)時被電解液浸蝕后的情況圖5為實施例2中SiO2含量低于58％(53％)時被電解液浸蝕后的情況圖2～圖5為耐火材料的斷面圖實施例1高硅粘土熟料的骨料、粒徑＜5mm化學(xué)成分 SiO266.35％(重量)Al2O324.17％Fe2O31.08％CaO+MgO+K2O+Na2O＝3.5％基質(zhì)料，粒徑＜0.1mm化學(xué)成分 SiO239.4％Al2O318.6％Fe2O327.7％CaO+MgP+K2O+Na2O＝10.23％燒失量 3.05％TiO21.03％
骨料∶基質(zhì)料＝83.3∶16.7混合料化學(xué)成分SiO255.27％+6.57％＝61.84％Al2O320.1 3％+3.11％＝23.24％Fe2O30.9％+4.63％＝5.53％CaO+MgO+K2O+Na2O＝2.92％+1.73％＝4.65％混合均勻，干式搗打成型至要求厚度，體積密度為1.8～19克/cm3。
實施例2①用傳統(tǒng)電解槽用耐火磚，②用本發(fā)明配方范圍配制干式搗打料Al2O322.17％，SiO265.72％，其它12.63％，③用SiO2含量超過本發(fā)明配方范圍SiO270％的干式搗打料(SiO277.72％)，④用SiO2含量低于本發(fā)明配方范圍SiO258％(SiO253％)的干式搗打料制成同樣尺寸的園柱4個，配制電解液侵蝕劑，冰晶石62.5％，NaF37.5％，壓制成園餅(4克)在制成的4個園柱形試樣上各放置一塊4克的侵蝕劑，將上面放有侵蝕劑的園柱形試體放在電爐中以950℃保溫2小時后，取出涼置至室溫，將4園柱切開觀察斷面如圖2～5所示，試樣1，3，4電解液明顯下滲，而試樣2則滯留在表而、表面形成一薄層反應(yīng)層，約1～3mm，而內(nèi)部仍與原狀態(tài)相同，說明如果按本發(fā)明配方范圍配制干式耐火材料搗打料，在搗打料和侵蝕劑之間能形成一層釉質(zhì)隔離層，能防止侵蝕劑向下滲透。
權(quán)利要求
1.一種鋁電解槽用抗侵蝕耐火材料，其特征在于此耐火材料的化學(xué)組成為SiO258～70％(重量％)Al2O320～34％(重量％)Fe2O33～7％ (重量％)CaO+MgO+K2ONa2O 3～5％(重量％)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽用抗侵蝕耐火材料，其特征在于所述耐火材料是一種干式搗打材料，由煅燒的高硅質(zhì)耐火粘土熟料或具有高硅含量的廢陶瓷塊或煅燒葉臘石合成的高硅粘土熟料為骨料，并配入起調(diào)整成分作用的基質(zhì)料，經(jīng)充分混合搗打而成。
3.根據(jù)權(quán)利2所述的鋁電解槽用抗侵蝕耐火材料，其特征在于所述骨料的顆粒度小于5mm，基質(zhì)料的顆粒度小于0.1mm，骨料和基質(zhì)料的配合比例為80～90∶10～20，搗打后的體積密度為1.8～1.9克/cm3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和3中所述的鋁電解槽用抗侵蝕耐火材料，其特征在于所述基質(zhì)料由高硅質(zhì)耐火粘土熟料或高硅含量的廢陶瓷塊或煅燒葉臘石合成的高硅粘土熟料，加入調(diào)整成份的含CaO、MgO、Fe2O3、K2O、Na2O的混合物或單組份，經(jīng)球磨機磨成細粉，使通過0.1mm的篩。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋁電解槽用抗侵蝕耐火材料,其特征在于:此種耐火材料的化學(xué)組分為SiO
文檔編號C25C3/08GK1180679SQ96120239
公開日1998年5月6日 申請日期1996年10月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月24日
發(fā)明者周季楠, 劉旦 申請人:周季楠