專利名稱：一種經改進的電解鋁用炭陽極的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種經改進的電解鋁用炭陽極的制備方法，屬于電解鋁制備領域。
背景技術：
鋁電解槽是鋁煉制工業中的主體設備，生產電解鋁用的陽極可分為自焙陽極和預焙陽極兩種，其中炭陽極在生產過程中起著十分重要的作用。目前煉鋁陽極大多數是以石油焦為原料，以一定顆粒組成進行配料，外加一定量的煤焦油浙青作為結合劑進行加熱混料，然后進行熱態振動加壓成型。成型后，把坯體推入冷水中進行冷卻固化。來提高坯體的強度，便于機械運輸。然后送入炭化窯進行炭化燒成。一般燒成溫度為1100-1300° C，燒成周期要30天左右。這種傳統生產炭陽極的方法有以下缺點1)環境污染嚴重。熱混料和成型過程中，產生大量了浙青煙，嚴重影響了環境，影響了職工的身體健康；2)成本高。主要表現在使用浙青較多，產品收率較低和燒成時間長，能 耗高。能耗高也造成了 C02排放增加；3)產品性能較差。這樣制得陽極所用結合劑較多，一般要在16%左右。結合劑殘炭量只有40-50%。經過炭化后，結合劑炭化，揮發掉大部分，形成了大量的氣孔，因此，這種方法生產的產品的氣孔率高達20%以上。并且炭化形成的浙青炭活性較石油焦顆粒高。這部分活性較高的炭形成了基質，填充到石油焦顆粒間隙里。相對而言，焦油和浙青炭化后形成的炭也不如顆粒致密。因此在陽極使用過程中，基質部分首先被氧化，而導致顆粒間隙凹進去，顆粒凸出出來。從而導致陽極的損耗較快；4)因為致密度不夠，這也導致了抗氧化性不夠和電阻率較高。因此在使用過程中，使用壽命較低和耗電量較高。為了克服用石油焦作為陽極的工藝的缺點，國內外工程技術人員作了許多努力，以克服其中1-2個缺點。例如CN101255571A發明專利申請中提供了一種制備鋁電解用預焙炭陽極石油焦的處理方法，其特征在于其處理過程將石油焦原料進行篩分，將篩分出的粉狀石油焦制團燒結后，再與篩分出的粗顆粒石油焦一同用于電解用預焙炭陽極的制備過程。所述粉狀石油焦制團過程是將粉狀石油焦與粘結劑按石油焦粉末與粘結劑的混合重量比為I : 0.02-0.3的比例攪拌混合均勻，通過壓球機制團的；粉狀石油焦制團后是在1150-1300°C溫度下，煅燒時間3-24小時。認為以提供的處理方法，有效提高石油焦強度，減少燒損，提高實收率。針對石油焦質量的不斷下降，實現優質和劣質石油焦的有效互補，達到石油焦均一、穩定；又有發明人提出了炭陽極用石油焦處理方法，例如CN101717968A提出了一種鋁用炭陽極用石油焦的處理方法，在處理過程是將生產所用的不同來源的生石油焦的空氣反應速率和二氧化碳反應速率進行分析；根據分析數據進行配料，控制配料后的混合石油焦的二氧化碳反應速率為14-28% /min、空氣反應速率為0. 1-0. 6% /min。利用該方法，使低品位石油焦在鋁用預焙陽極生產過程中得到了合理的應用，拓寬了原料的來源，提高了石油焦資源的綜合利用率，同時彌補了低品質石油焦的缺陷，提高了煅后焦的抗氧化性能，進而使用預焙炭陽極的質量更均一、穩定，使電解炭耗和成本進一步降低。也有報道，對制造鋁用炭陽極的原料進行石油焦脫硫工藝的研究(CN101144044B)，其特征在于其過程是在生石油焦中加入選自氧化鋯、氧化鈰和氧化釔中的任意一種脫硫劑進行煅燒的；其配入生石油焦中的脫硫劑粒度小于0. 074mm ;脫硫劑配入量為生石油焦重量的0. 7-5. 0% ;配入脫硫劑的生石油焦是在1270-1500°C溫度下，煅燒50-120min。所提供的工藝，操作方便，易于工業實施，通過煅燒可有效脫除石油焦的硫含量，脫硫率達85 %以上，降低了生產過程對環境的污染。
針對以上的分析，本發明擬從另一角度作為發明構思的切入點提出了一種經改進的電解鋁用炭陽極的制備方法。

發明內容
本發明的目的提供一種經改進的電解鋁用炭陽極的制備方法，以克服現有技術存在的缺點。本發明了采用改性樹脂結合劑，進行常溫混料，常溫成型，低溫熱固化，固化和炭化窯內氣體回收的工藝技術。發明的主要特征是1)采用液體改性樹脂結合劑。實現常溫混料和常溫成型，改善環境污染。液體結合劑的使用導致加入量減少，減少了炭化揮發分，提高了陽極的致密度和降低了電阻率；所用的液體改性樹脂結合劑主要是指液體改性浙青結合劑，液體呋喃樹脂結合劑或改性浙青與呋喃樹脂的混合改性之一種；2)采用小塊成型方法。然后組裝在一起。成型產品尺寸變小，會導致成型壓力增大。單位面積成型壓力加大，導致致密度和強度提高，進而炭化后電阻率低，有利于節能。目前一般一塊陽極重為800 1000kg,現在為了提高成型坯體致密度，采用重量至少減少50 %，這樣就會提高單位面積上的壓力，因而提高致密度。以前一個電極塊，現在采用至少由兩塊或更多組裝起來；甚至10個小塊組裝起來；3)成型坯體熱固化，提高坯體的強度以利于搬運；4)在固化或炭化設備中添加氣體回收過濾裝置，實現環保和降低成本。所述的氣體回收過濾裝置，實際上是一種冷卻器。當固化或炭化設備經過加熱產生的可燃性氣體放出來后，把他導入冷卻器，這些較高溫度下分解出來的可燃氣體，在高溫下是氣體，當溫度降低到常溫時，冷卻成了液體。把這種可燃性的液體導出儲存起來，作為燃料或溶劑再次使用。這種冷卻器的大小根據要冷卻氣體的量和材料的導熱性能而設計冷卻器的大小。本發明是以一定顆粒比例的石油焦進行配料，顆粒組成為8 4mm :10 30%，4 Imm :25 40%，I Omm : 10 25%，余量為細粉(〈O. Imm)，外加改性液體炭素樹脂結合劑5 12%。進行混料，混料過程中的加料次序為向混料機內先加顆粒料,攪拌I 2分鐘后，添加改性液體炭素樹脂結合劑，混合2-5分鐘后,然后添加剩余的細粉,混料10-15分鐘，出料，即可以進行振動成型炭陽極。成型后的坯體進行低溫固化干燥。低溫干燥溫度為150 300° C。然后在800° C 1400° C進行炭化燒成處理。用上述工藝方法制得炭陽極，電阻率低，密度高和顯氣孔率低，有利于節能和提高使用壽命。特別是環保，解決了熱態生產過程中產生的致癌物質的煙氣問題。所述的炭素結合劑為液體結合劑。它的粘度是5 30Pa. S，殘炭量為30 60%;所述的炭素結合劑為改性浙青樹脂，改性呋喃樹脂或兩者的混合，加入量為5-12%。所述的振動成型是指的常溫加壓振動成型，而非加熱振動成型；
所述的混料是在溫度低于40°C條件下進行的，因為我國國土廣闊，不同地區常溫溫度定義不一致，東北部冬天在_30°C以下，夏天也會達40°C ;所以將混料溫度低于40°C比較合適的；
所述的低溫加熱固化，是指加熱溫度為150 300° C，在最高溫度保溫12小時以上；所述的炭化燒成是在埋炭的條件下進行的。燒成溫度為800° C 1400° C，保溫時間為> 24小時。所述的低溫加熱固化的最佳加熱溫度為250 280° C，并最佳保溫時間為40_45小時；所述的炭化燒成制度，其最佳燒成溫度為1000° C 1200° C，保溫時間為彡48小時。


圖I為本發明提供的改進后的工藝流程。
具體實施例方式實施例I一種煉鋁用炭陽極制造生產方法，包括以下步驟A、按配方量稱取各原料組分(表I);B、將顆粒度8-4mm、4-lmm和I-Omm的石油焦,加入到2000型強力式混料機里并混合I分鐘，然后加入10%液體改性浙青樹脂并混合4分鐘，最后添加180目石油焦細粉并混合12分鐘；C、取出混合好的料，在1000噸摩擦壓力機上成型；成型的小塊陽極為所需的陽極重量的50% ；D、將成型后的坯體放入熱固化窯中在250° C保溫45小時進行固化，隨后自然冷卻；E、將保溫固化后的坯體移到炭化窯內進行埋碳碳化。以6° C/h升溫到1100° C并保溫48小時，然后自然冷卻至室溫，取出產品，測性能指標，結果見表2.F、把小塊陽極按照需要組裝成用戶需要的陽極大小，小塊之間用樹脂結合劑粘結
在一起。實施例2一種煉鋁用炭陽極制造生產方法，包括以下步驟A、按配方量稱取各原料組分(表I);B、將顆粒度8-4mm、4-lmm和I-Omm的石油焦,加入到2000型強力式混料機里并混合I分鐘，然后加入8%改性呋喃樹脂并混合4分鐘，最后添加180目石油焦細粉并混合12分鐘；C、取出混合好的料，在80T振動壓力機上成型；成型的小塊陽極重量為所需的陽極重量的40% ；D、將成型后的坯體放入熱固化窯中在280° C保溫40小時進行固化，隨后自然冷卻；E、將保溫固化后的坯體移到炭化窯內進行埋碳碳化。以6° C/h升溫到1100° C并保溫48小時，然后自然冷卻至室溫，取出產品，測性能指標，結果見表2.F、把小塊陽極按照需要組裝成用戶需要的陽極大小，小塊之間用樹脂結合劑粘結
在一起。實施例3一種煉鋁用炭陽極制造生產方法，包括以下步驟A、按配方量稱取各原料組分(表I);B、將顆粒度8-4mm、4-lmm和I-Omm的石油焦,加入到2000型強力式混料機里并混 合I分鐘，然后加入6%改性浙青樹脂和4%改性呋喃樹脂混合型樹脂并混合5分鐘，最后添加180目石油焦細粉并混合12分鐘；C、取出混合好的料，在80T振動壓力機上成型；成型的小塊陽極重量為所需的陽極重量的10-30% ；D、將成型后的坯體放入熱固化窯中在250° C保溫45小時進行固化，隨后自然冷卻；E、將保溫固化后的坯體移到炭化窯內進行埋碳碳化。以6° C/h升溫到1100° C并保溫48小時，然后自然冷卻至室溫，取出產品，測性能指標，結果見表2.F、把小塊陽極按照需要組裝成用戶需要的陽極大小，小塊之間用樹脂結合劑粘結
在一起。比較例其原料組成配比見表I。煉鋁用炭陽極制造步驟包括以下步驟A、按配方量稱取各原料組分；B、將石油焦的顆粒度8-4mm、4-lmml-0mm和細粉以及浙青一起加入到熱混料攪拌機里，進行加熱到200° C進行混料20分鐘；C、取出混合好的料，在80T振動壓力機上成型；D、出模后，把坯體推入水池內進行水冷卻；E、將水冷卻后的坯體移到炭化窯內進行埋碳碳化。以3° C/h升溫到1100° C并保溫120小時，然后自然冷卻至室溫，取出產品，測性能指標，結果見表2.表I煉鋁用炭陽極原料質量配比
權利要求
1.一種經改進的電解鋁用炭陽極的制備方法，包括配料、混料、成型、加熱固化和碳化燒成，其特征在于 a)以一定顆粒比例的石油焦進行配料,顆粒組成為8 4mm:10 30%,4 Imm 25 40%，I Omm : 10 25%，余量為〈O. Imm的細粉，外加改性液體炭素樹脂結合劑5 12%;進行常溫混料，常溫混料過程中的加料次序為，向混料機內先加顆粒料，攪拌I 2分鐘后，添加液體炭素樹脂結合劑，混合2-5分鐘后，然后添加細粉，混料10-15分鐘，出料，進行成型；所述的改性液體炭素樹脂結合劑粘度為5-30Pa S，殘碳量為30-60% ； b)采用小塊坯體成型方法成型，所需的小塊坯體的重量至少減少50%； c)成型后的小塊坯體低溫加熱固化的溫度為150-300°C，保溫12小時以上； d)炭化燒成溫度為800-1400°C，保溫時間彡24小時； e)用樹脂結合劑將小塊陽極粘合成所需的大塊陽極。
2.按權利要求I所述的方法，其特征在于 a)所述的改性液體炭素樹脂結合劑為改性浙青樹脂、改性呋喃樹脂或兩者的混合； b)成型后低溫加熱固化溫度為250-280°C，保溫40-45小時； c)炭化燒成溫度為1000-1200°C，保溫彡48小時。
3.按權利要求I所述的方法，其特征在于 a)在炭化燒成時升溫速率為6°C/h ; b)成型是在摩擦壓力機或振動壓力機上進行的。
4.按權利要求I所述的方法，其特征在于在低溫加熱固化或炭化燒成時，在相應的設備中添加回收裝置，回收加熱產生的可燃性氣體。
5.按權利要求I所述的方法，其特征在于小塊坯體的重量為所需的陽極重量的·10-50%，也即所需陽極由2-10小塊坯體粘合而成。
6.按權利要求I所述的方法，其特征在于所述的常溫混料為低于40°C。
全文摘要
本發明涉及一種經改進的電解鋁用炭陽極的制備方法，其特征在于以顆粒比例的石油焦進行配料，并使用粘度為5-30Pa·S和殘碳量為30-60％的改性液體樹脂結合劑在低于40°C溫度下混料，常溫混料后采用小塊坯體成型方法成型，經150-300℃低溫加熱固化溫度和800-1400℃炭化燒成溫度為處理后再將小塊配體粘合成電解鋁用炭陽極。本發明提供炭陽極的各項性能明顯優于現用的炭陽極。
文檔編號C04B35/622GK102718487SQ20121018941
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月8日 優先權日2012年6月8日
發明者蘭振華, 林強, 柯美亞, 田云鵬, 田偉杰, 田守信 申請人:上海柯瑞冶金爐料有限公司, 陽谷信民耐火材料有限公司