專利名稱：一種炭素預焙陽極的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋁電解技術領域，尤其涉及一種炭素預焙陽極。
背景技術：
炭素預焙陽極于鋁電解槽的上部，是鋁電解槽的心臟；它不僅承擔著向電解槽導 入直流電和參與電化學反應的任務，不斷消耗；炭素預焙陽極質量和工作狀況的好壞，還直 接影響著鋁電解生產的主要工藝技術、生產成本和生產穩(wěn)定性。炭素預焙陽極的制備流程主要包括原料預處理、石油焦煅燒、破碎、篩分、配料、粘 結劑預處理、混捏、糊料成型、焙燒、組裝等工序，其中，配料是指根據(jù)預定配方，將處理過的 骨料(如各種粒度的煅后石油焦、殘極等)混合在一起。目前，炭素預焙陽極的典型配方為粒度為12_6mm的粗煅后焦顆粒占14_20%，粒 度為6-3mm的中煅后焦顆粒占8-10 %，3_0mm的細煅后焦顆粒占45-54 %，其余為煅后焦 200目粉料、殘極、生碎和粘結劑浙青。研究發(fā)現(xiàn)，在骨料中> 6mm顆粒較多時，細料、粉料不足以填滿粗顆粒間隙，則導 致陽極體積密度偏低，從而影響到陽極的電阻率、強度等技術指標。

發(fā)明內容
本發(fā)明實施例提供了一種無粗顆粒、增加中細顆粒煅后焦的炭素預焙陽極，使得 陽極的體積密度穩(wěn)定在較高水平。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供如下技術方案一種炭素預焙陽極，其骨料包括煅后焦、殘極和生碎，煅后焦占骨料總重量的百分
比為粒徑為6_3mm的煅后焦8-20%3-0mm 的煅后焦30-55%煅后焦200目粉料20-35%優(yōu)化地，殘極占骨料總重量的百分比為18-24%。優(yōu)化地，殘極中粒徑為12-3mm的殘極與3_0mm的殘極重量比為(3 2) :1。優(yōu)化地，3-0mm的殘極占殘極總重量的100%。優(yōu)化地，生碎占骨料總重量的百分比為粒徑小于12mm的生碎 6_3%優(yōu)化地，煅后焦占骨料總重量的百分比為3-0mm 的煅后焦35-42%優(yōu)化地，煅后焦200目粉料占骨料總重量的百分比為煅后焦200目粉料23-28%
優(yōu)化地，粉料的純度不小于55 %。優(yōu)化地，預焙陽極還包括重量百分比為13-16%的浙青；該浙青為中溫浙青和/或改質浙青。與現(xiàn)有的技術相比，本發(fā)明配方具有以下有益效果1、提高陽極體積密度本發(fā)明配方使用具有合理級配的細顆粒和粉料，讓各級顆 粒的空隙都被逐級充填；2、增強陽極抗壓強度細顆粒和粉料與粘結劑浙青形成“膠料”，將炭素顆粒緊密 粘合在一起；3、降低電阻率經測定，粉料的比表面積為顆粒料的數(shù)十倍，在干料組成中，粉料 部分的表面積約為體系總表面積的90%以上，而顆粒料的表面積不足10% ；本發(fā)明配方增 大陽極骨料體系的總表面積，增大顆粒間接觸點或接觸面積，則降低陽極電阻率。
具體實施例方式下面將對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施 例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通 技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。本發(fā)明實施例通過除去炭素預焙陽極配方中的粗顆粒煅后焦，并增加炭素預焙陽 極配方中細顆粒煅后焦和煅后焦200目粉料的比重，從而提高陽極體積密度。體積密度(又稱顯密度)，是陽極原料的質量與其總體體積之比值，即體積密度= 質量/(物質體積+開口 +閉口氣孔體積)；體積密度越大，則陽極的強度隨之增強，并且氣 孔率降低，電阻率降低。特別是，本發(fā)明增加炭素預焙陽極配方中3-0mm的細顆粒煅后焦和煅后焦200目 粉料的比重，是因為這些細顆粒和粉料不僅是充填顆?？紫兜闹饕煞?，而且可與粘結劑 浙青形成“膠料”，將陽極炭素大顆粒緊密粘合在一起的強膠合劑，大大提高陽極的體積密 度，減小其氣孔率，對于提高制品的機械強度、導電性及導熱性等都極為有利。以下為具體實施例。本發(fā)明使用的浙青粉為中溫浙青和/或改質浙青，不影響本 發(fā)明實施例的實現(xiàn)。實施例一、稱取粒徑為6-3mm的煅后焦0. 3kg、3-0mm的煅后焦1. 5kg、煅后焦200目粉料 0. 9kg，即總重為3Kg骨料的10%粒徑為6-3mm的煅后焦、50% 3-0mm的煅后焦、30%煅后焦 200目粉料及10%的殘極、生碎，其中，粉料的純度不小于55%，即粉料中粒徑小于200目 (-0. 075mm)料占粉料質量的百分比值不小于55%。將上述原料倒入混捏機中混捏均勻，10分鐘后加入改質浙青粉0. 53kg，即占骨料 和浙青總重15%的浙青，再混捏10分鐘，然后加熱至150-200°C，40分鐘后取出。糊料靜置1小時后，烘烤至200°C，同時將壓樣模具升溫烘模，50分鐘后取出糊料 及壓樣模具。1分鐘之內將糊料倒入壓樣模具的凹模腔內搗實并平整表面，置于液壓機下， 按0. 5N/mm2 · s的速度壓樣，達到體積密度1. 65g/cm3的刻度線后關閉液壓機油門，保壓至 40KN時進行脫模。將本實施例制得的陽極生塊樣品進行焙燒，采用19. 5h焙燒曲線，終溫1000°C
4溫度區(qū)間升溫速率升溫時間室溫-270°C71 °C /h3. 5h270-670 °C50 0C /h8h670-1000°C66 0C /h5h
1000°C保溫0°C /h3h1000°C -室溫自由降溫48h以上上述焙燒曲線設置遵循“兩頭快，中間慢”原則，在保證樣品不開裂的前提下，盡量 提高升溫速率，這樣有利于提高炭塊產量，降低炭塊生產能耗。檢測本實施例制得的陽極樣品的體積密度為1. 57g/cm3,電阻率為51. 02 μ Ω ·πι。以下實施例中對使用粉料的純度要求同實施例一，不再贅述。實施例二、稱取粒徑為6-3mm的煅后焦0. 3kg、3-0mm的煅后焦1. 14kg、煅后焦200目粉料 1. 05kg，即總重為3Kg骨料的10%粒徑為6-3mm的煅后焦、38% 3-0mm的煅后焦、35%煅 后焦200目粉料及7%的殘極、生碎，倒入混捏機中混捏均勻，10分鐘后加入改質浙青粉 0. 49kg，即占骨料和浙青總重14%的浙青，再混捏10分鐘，然后加熱至150°C，40分鐘后取
出ο焙燒步驟如實施例一所述，檢測本實施例制得的陽極樣品的體積密度為1. 59g/ cm3,電阻率為 49. 27μ Ω · m。實施例三、稱取粒徑為6-3mm的煅后焦0. 45kg、3-0mm的煅后焦1. 65kg、煅后焦200目粉 料0. 6kg，即總重為3Kg骨料的15%粒徑為6-3mm的煅后焦、55% 3-0mm的煅后焦、20%煅 后焦200目粉料及10%的殘極、生碎，倒入混捏機中混捏均勻，10分鐘后加入改質浙青粉 0. 51kg，即占總重14. 5%的浙青，再混捏10分鐘，然后加熱至165°C,40分鐘后取出。焙燒步驟如實施例一所述，檢測本實施例制得的陽極樣品的體積密度為1. 58g/ cm3,電阻率為 49. 82μ Ω · m。實施例四、稱取粒徑為6-3mm的煅后焦0. 6kg、3-0mm的煅后焦0. 96kg、煅后焦200目粉料 0. 84kg，即總重為3Kg骨料的20%粒徑為6-3mm的煅后焦、32% 3-0mm的煅后焦、28%煅 后焦200目粉料及20%的殘極、生碎，倒入混捏機中混捏均勻，10分鐘后加入改質浙青粉 0. 55kg，即占總重15. 5%的浙青，再混捏10分鐘，然后加熱至200°C,40分鐘后取出。焙燒步驟如實施例一所述，檢測本實施例制得的陽極樣品的體積密度為1. 58g/ cm3,電阻率為 48. 98μ Ω · m。實施例五、稱取粒徑為6-3mm的煅后焦0. 36kg、3-0mm的煅后焦1. 26kg、煅后焦200目粉料 0. 75kg，即總重為3Kg骨料的12%粒徑為6-3mm的煅后焦、42% 3-0mm的煅后焦、25%煅 后焦200目粉料及21%的殘極、生碎，倒入混捏機中混捏均勻，10分鐘后加入改質浙青粉 0. 57kg，即占總重16%的浙青，再混捏10分鐘，然后加熱至190°C，40分鐘后取出。焙燒步驟如實施例一所述，檢測本實施例制得的陽極樣品的體積密度為1. 58g/ cm3,電阻率為 48. 72μ Ω · m。
5
實施例一至五如下表所示
序號煅后焦殘極和生碎體積密度(g/cm3)6-3mm小于3 mm粉料實施例一10%50%30%10%1.57實施例二10%38%35%17%1.59實施例三15%55%20%10%1.58實施例四20%32%28%20%1.58實施例五12%42%25%21%1.57以上實施例一至五為不限定殘極、生碎粒徑的陽極骨料配方；以下實施例六至九 為添加不同粒徑的殘極、生碎的陽極骨料配方。殘極是電解鋁廠電解車間炭素預焙陽極經28-32天電解高溫焙燒后的殘留部分， 殘極量一般是陽極炭塊量的15% 25%。殘極長期與電解質接觸，含有較高的電解質成 分，如鋁、鈉、鉀、鈣、鎂、鋰、氟等成分，外表往往附有電解質所形成的硬殼。從電解槽上更 換下的殘極組，應先清除殘極表面的電解質硬殼(電解質會影響炭素制品的導電性能和氧 化活性)，然后用殘極壓脫機或人工使殘極與導桿分離。殘極經過破碎、篩分，可分成不同的 粒度。生碎為陽極成型過程中的廢料、廢生塊破碎料，成分與生塊基本一致。殘極和生碎的合理使用彌補了煅后焦焦孔氣孔率較高的缺陷，有助于提高生陽極 體積密度、耐壓強度，殘極和生碎的精確計量則使得陽極指標可控，利于穩(wěn)定陽極質量。并 且，殘極和生碎是陽極生產中不可避免的衍生品，及時回收利用可降低陽極生產成本。本發(fā)明實施例中添加的殘極和生碎粒度均小于12mm，增大陽極骨料體系的總表面 積，增大顆粒間接觸點或接觸面積。并且，夾雜在殘極和生碎中的灰分和少量電解質在電解陽極使用過程中又進入到 電解槽中，成為電解質的一部分，不會影響電解鋁工藝參數(shù)和產品質量。實施例六、稱取粒徑為6-3mm的煅后焦0. 48kg、3-0mm的煅后焦1. 05kg、煅后焦200目粉料 0. 84kg、粒徑為12-3mm的殘極0. 36kg、3_0mm的殘極0. 18kg、粒徑小于12mm的生碎0. 09kg, 即總重為3Kg骨料的16%粒徑為6-3mm的煅后焦、35% 3-0mm的煅后焦、28%煅后焦200目 粉料及12%的粒徑為12-3mm的殘極、6% 3-0mm的殘極、3%粒徑小于12mm的生碎；即粒徑 為12-3mm的殘極與3_0mm的殘極重量比為2:1。將上述原料倒入混捏機中混捏均勻，10分鐘后加入改質浙青粉0. 45kg，即占總重 13%的浙青，再混捏10分鐘，然后加熱至178°C，40分鐘后取出。焙燒步驟如實施例一所述，檢測本實施例制得的陽極樣品的體積密度為1. 57g/ cm3,電阻率為 48. 48μ Ω · m。實施例七、
稱取粒徑為6-3mm的煅后焦0. 3kg、3_0mm的煅后焦1. 4kg、煅后焦200目粉 料0. 69kg、粒徑為12-3mm的殘極0. 51kg、3_0mm的殘極0. 21kg、粒徑小于12mm的生碎 0. 09kg，即總重為3Kg骨料的10%粒徑為6-3mm的煅后焦、40% 3-0mm的煅后焦、23%煅后 焦200目粉料及17%的粒徑為12-3mm的殘極、7% 3-0mm的殘極、3%粒徑小于12mm的生 碎，即粒徑為12-3mm的殘極與3_0mm的殘極重量比為17 :7，約為2. 42 1。將上述原料倒入混捏機中混捏均勻，10分鐘后加入改質浙青粉0. 53kg，即占總重 15%的浙青，再混捏10分鐘，然后加熱至185°C，40分鐘后取出。焙燒步驟如實施例一所述， 檢測本實施例制得的陽極樣品的體積密度為1. 58g/cm3,電阻率為48. 69 μ Ω · m。實施例八、稱取粒徑為6-3mm的煅后焦0. 42kg、3-0mm的煅后焦0. 9kg、煅后焦200目粉料 0. 78kg、粒徑為12-3mm的殘極0. 54kg、3_0mm的殘極0. 18kg、粒徑小于12mm的生碎0. 18kg， 即總重為3Kg骨料的14%粒徑為6-3mm的煅后焦、30% 3-0mm的煅后焦、26%煅后焦200目 粉料及18%的粒徑為12-3mm的殘極、6% 3-0mm的殘極、6%粒徑小于12mm的生碎，即粒徑 為12-3mm的殘極與3_0mm的殘極重量比為3:1。將上述原料倒入混捏機中混捏均勻，10分鐘后加入改質浙青粉0. 49kg，即占總重 14%的浙青，再混捏10分鐘，然后加熱至195°C，40分鐘后取出。焙燒步驟如實施例一所述， 檢測本實施例制得的陽極樣品的體積密度為1. 57g/cm3,電阻率為49. 07 μ Ω · m。實施例九稱取粒徑為6-3mm的煅后焦0. 24kg、3-0mm的煅后焦1. 35kg、煅后焦200目粉料 0. 72kg、3-0mm的殘極0. 54kg、粒徑小于12mm的生碎0. 15kg，即總重為3Kg骨料的8%粒徑 為6-3mm的煅后焦、45% 3-0mm的煅后焦、26%煅后焦200目粉料及0%的粒徑為12_3mm的 殘極、18% 3-0mm的殘極、5%粒徑小于12mm的生碎，即殘極全部為3_0mm的細顆粒。將上述原料倒入混捏機中混捏均勻，10分鐘后加入改質浙青粉0. 61kg，即占總 重17%的浙青，再混捏10分鐘，然后加熱至160°C，40分鐘后取出。焙燒步驟如實施例一所述，檢測本實施例制得的陽極樣品的體積密度為1. 59g/ cm3,電阻率為 48. 22μ Ω · m。實施例六至九如下表所示
權利要求
一種炭素預焙陽極，其骨料包括煅后焦、殘極和生碎，其特征在于，煅后焦占骨料總重量的百分比為粒徑為6 3mm的煅后焦8 20％3 0mm的煅后焦 30 55％煅后焦200目粉料20 35％
2.根據(jù)權利要求1所述的炭素預焙陽極，其特征在于，殘極占骨料總重量的百分比為 18-24%。
3.根據(jù)權利要求1所述的炭素預焙陽極，其特征在于，殘極中粒徑為12-3mm的殘極與 3-0mm的殘極重量比為(3 2) 1。
4.根據(jù)權利要求1所述的炭素預焙陽極，其特征在于，3-0mm的殘極占殘極總重量的 100%。
5.根據(jù)權利要求1所述的炭素預焙陽極，其特征在于，生碎占骨料總重量的百分比為 粒徑小于12mm的生碎 6-3%
6.根據(jù)權利要求1所述的炭素預焙陽極，其特征在于，煅后焦占骨料總重量的百分比為3-0mm的煅后焦35-42%
7.根據(jù)權利要求1所述的炭素預焙陽極，其特征在于，煅后焦200目粉料占骨料總重量 的百分比為煅后焦200目粉料23-28%
8.根據(jù)權利要求1所述的炭素預焙陽極，其特征在于，粉料的純度不小于55%。
9.根據(jù)權利要求1至8任一項所述的炭素預焙陽極，其特征在于，還包括重量百分比為 13-16%的浙青。
10.根據(jù)權利要求9所述的炭素預焙陽極，其特征在于，所述浙青為中溫浙青和/或改質浙青。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁電解行業(yè)的炭素預焙陽極，其骨料包括煅后焦、殘極和生碎，其中，煅后焦占骨料總重量的百分比為粒徑為6-3mm的煅后焦占10-20％，3-0mm的煅后焦占30-55％，煅后焦200目粉料占20-35％。該陽極配方除去炭素預焙陽極配方中的粗顆粒煅后焦，并增加炭素預焙陽極配方中細顆粒煅后焦和煅后焦200目粉料的比重，從而提高陽極體積密度、抗壓強度，并降低電阻率。
文檔編號C25C3/12GK101974766SQ20101050670
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權日2010年9月30日
發(fā)明者劉六中, 劉誠學, 夏春福, 彭財義, 高小明 申請人:湖南晟通科技集團有限公司