一種鋁電解槽新?lián)Q陽極快速導(dǎo)電涂層及其涂覆方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋁電解槽新?lián)Q陽極快速導(dǎo)電涂層及其涂覆方法，在鋁電解新?lián)Q陽極底掌涂覆一層快速導(dǎo)電涂層，涂層主要配方為：2-60wt％粘結(jié)劑、10-60wt％添加劑、2％-20wt％增強(qiáng)劑、2-60wt％功能粒子。本發(fā)明能夠使新?lián)Q陽極區(qū)域的電解質(zhì)初晶溫度適當(dāng)降低，使得在陽極底掌上不易于凝固電解質(zhì)，同時(shí)，該涂層具有對(duì)陽極底掌上已冷凝電解質(zhì)層與陽極底掌快速分離的作用，大幅度提高新?lián)Q陽極的導(dǎo)電速度，實(shí)現(xiàn)鋁電解節(jié)能增效的目的。
【專利說明】一種鋁電解槽新?lián)Q陽極快速導(dǎo)電涂層及其涂覆方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋁電解【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種鋁電解新?lián)Q陽極快速導(dǎo)電涂層及其涂覆方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)鋁電解過程中，碳素陽極會(huì)不斷消耗，使得陽極在電解一段時(shí)間后(一般在30天左右)周期性地進(jìn)行更換，即殘陽極被提起并移出鋁電解槽，而新陽極則替代至電解槽中去。然而，在新陽極換進(jìn)電解槽后，并不是立刻就能導(dǎo)電，而是新?lián)Q陽極在電解槽中被逐步加熱而開始慢慢導(dǎo)電，但其導(dǎo)電速度很慢，一般需要經(jīng)過24小時(shí)后才能承載其正常需要分?jǐn)偟碾娏鳌Ｎ覀兿Ｍ聯(lián)Q陽極一進(jìn)入電解槽，陽極就能導(dǎo)電，即導(dǎo)電速度越快越好，然而，實(shí)際生產(chǎn)中并不是這樣。新?lián)Q陽極的導(dǎo)電速度與其所處位置、工藝條件、換極質(zhì)量、季節(jié)等因素關(guān)系密切。如:電解槽的四個(gè)角部陽極，因角部溫度偏低，使其導(dǎo)電速度就更慢；特別是在低電壓節(jié)能工藝條件下，鋁電解槽的能量平衡處于臨界狀況，一旦換極，破壞能量平衡，電解槽處于冷行程，新?lián)Q陽極導(dǎo)電速度變慢；為了實(shí)現(xiàn)高的電流效率，現(xiàn)代鋁電解采用低過熱度控制8 - 12°C，低過熱度槽同樣會(huì)顯著降低新?lián)Q陽極的導(dǎo)電速度；換極質(zhì)量不好，包括換極高度的確定不準(zhǔn)確，也會(huì)影響陽極導(dǎo)電速度；還有在冬季，新?lián)Q陽極導(dǎo)電速度也會(huì)明顯減慢，特別是對(duì)于冬季時(shí)間長(zhǎng)氣溫低的北方地區(qū)，影響更為顯著。
[0003]新?lián)Q陽極導(dǎo)電速度對(duì)鋁電解槽的平穩(wěn)高效運(yùn)行有著直接的影響，關(guān)于這方面研宄國際上已有大量研宄，并受到研宄者的高度關(guān)注。國際學(xué)者Poole和Etheridge等人研宄了新?lián)Q陽極對(duì)電流效率損失的影響較大，他們研宄認(rèn)為，新?lián)Q陽極通過影響到電解槽的平穩(wěn)性，使得電流效率損失達(dá)2.2 %以上。
[0004]那么，新?lián)Q陽極到底是如何影響著鋁電解槽的運(yùn)行呢？新?lián)Q陽極對(duì)鋁電解槽的影響本質(zhì)在于改變了電解槽中原有的陽極電流分布，即在換極前后該區(qū)域陽極由導(dǎo)電變成不導(dǎo)電，而系列電流是恒定的，因此，該部分電流必須要走其他陽極進(jìn)行分?jǐn)偅沟闷渌枠O的電流需要重新分配。而陽極電流的重新分布會(huì)給鋁電解槽帶來了諸多不利影響，主要表現(xiàn)在以下幾方面:
[0005](I)電解槽容易擺動(dòng)，槽穩(wěn)定性下降。我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，換極后鋁電解槽的針震擺動(dòng)顯著增大，表明電解槽不穩(wěn)定，尤其是對(duì)于低過熱度或低電壓槽更是如此。對(duì)于鋁電解槽而言，穩(wěn)定壓倒一切，如果鋁電解槽針震擺動(dòng)大，這給槽控機(jī)在濃度判斷和控制上產(chǎn)生很大干擾，造成氧化鋁濃度失控，而氧化鋁濃度控制是物料平衡中最主要的環(huán)節(jié)。
[0006](2)換極后陽極效應(yīng)增多。從殘極的提起到新極的進(jìn)入一般需要15-20分鐘，在這個(gè)換極過程中，電解槽向外散失了大量的熱。再加上，新陽極換好后，新陽極不能導(dǎo)電，甚至一段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)電能力較差，進(jìn)一步使得在新陽極對(duì)應(yīng)的電解質(zhì)區(qū)域?qū)щ娚伲瑓^(qū)域溫度不能快速回升，甚至換極后該區(qū)域溫度進(jìn)一步降低，導(dǎo)致?lián)Q極后局部明顯變冷，容易誘導(dǎo)局部效應(yīng)甚至引起全槽效應(yīng)。
[0007]換極后表現(xiàn)出來的這些癥狀和問題最終會(huì)導(dǎo)致鋁電解槽電流效率下降和能耗上升。從理論上，新陽極從室溫被加熱到陽極正常的工作溫度所消耗的能量是必不可少的，然而，換極導(dǎo)致的能耗增加遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陽極加熱所需的能量值，其原因主要有兩方面:一是因?yàn)樵跉垬O提起后至新極進(jìn)入槽之前的這個(gè)時(shí)間段，主要是需要對(duì)對(duì)應(yīng)陽極區(qū)域進(jìn)行清理，打撈結(jié)殼沉淀等工作，這個(gè)環(huán)節(jié)也是必不可少的；另一方面是由于新陽極裝入槽后，新陽極需要經(jīng)歷不導(dǎo)電和導(dǎo)電速度慢這個(gè)階段，而且這個(gè)階段歷時(shí)較長(zhǎng)(一般在24-40小時(shí))，這嚴(yán)重惡化了鋁電解槽工況，加劇電解槽的不穩(wěn)定，是造成換極后鋁電解槽的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)降低的主要誘因。但是，對(duì)于新陽極裝入槽后，如能快速導(dǎo)電可顯著減輕或減緩換極帶來的不利影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明針對(duì)新?lián)Q陽極導(dǎo)電速度過慢等問題，提出了一種新?lián)Q陽極快速導(dǎo)電涂層及其涂覆方法，即在新陽極底掌下涂覆一層快速導(dǎo)電涂層，以提高新?lián)Q陽極的導(dǎo)電速度，可望改善低電壓低過熱度下?lián)Q極給鋁電解槽帶來的較大波動(dòng)，也為角部陽極快速導(dǎo)電、均化陽極電流分布、減少角部陽極長(zhǎng)包等帶來積極影響。
[0009]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0010]一種鋁電解槽新?lián)Q陽極快速導(dǎo)電涂層，涂層的材料組成為:2_6(^〖％粘結(jié)劑、10-60被％添加劑、2% _20被％增強(qiáng)劑、2-60被％功能粒子；其中:粘結(jié)劑選用有機(jī)粘結(jié)劑、無機(jī)粘結(jié)劑、固化劑中任一種或多種；添加劑選用氟化鹽、氯化鹽或碳酸鹽中的一種或多種；增強(qiáng)劑選用碳纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維、SiC顆粒、B4C顆粒、Si3N4顆粒中的一種或多種；功能粒子選用C粉、Β203、Β粉、Al粉中的一種或多種。
[0011]所述的粘結(jié)劑包括=Al2O3溶膠、MgO溶膠、S12溶膠、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、煤瀝青、
磷酸鹽的一種或多種。
[0012]所述的添加劑包括:A1F3、KF、CaF2,LiF、MgF2, NaAlF4, NaCl、Li2CO3中的一種或多種。
[0013]所述的鋁電解槽新?lián)Q陽極快速導(dǎo)電涂層，是將涂層材料組分混合制備成漿料后，涂覆在陽極底掌。
[0014]所述的快速導(dǎo)電涂層分為一層或者多層涂覆。優(yōu)選分為三層涂覆。
[0015]分三層涂覆時(shí)涂層由里至外分別為:粘結(jié)層，厚度為l_5mm，粘接劑含量應(yīng)不小于30%，功能層，厚度為5-8mm，功能層中功能粒子和添加劑總量應(yīng)不小于30%，保護(hù)層，厚度為:l-3mm，保護(hù)層中功能粒子和增強(qiáng)劑總量應(yīng)不少于30%。
[0016]配制三層涂層時(shí)，除了組分及配比均按照前述方法中所述的配比配制外，還要滿足上述粘結(jié)層中粘接劑含量不小于30%，功能層中功能粒子和添加劑總含量不小于30%，保護(hù)層中功能粒子和增強(qiáng)劑的總含量不小于30%。
[0017]所述的快速導(dǎo)電涂層厚度為l_16mm0
[0018]所述的快速導(dǎo)電涂層為一層時(shí)厚度優(yōu)選5-10mm，三層時(shí)總厚度優(yōu)選7_16mm。
[0019]所述的鋁電解槽新?lián)Q陽極快速導(dǎo)電涂層的涂覆方法，其涂覆過程包括:
[0020](I)將各組分混勻即得漿料，待用；
[0021](2)清潔陽極底掌，使陽極底掌潔凈無塵；
[0022](3)將配好的涂層漿料涂覆在陽極掌上，涂層在常溫下經(jīng)過l_2h后固化。
[0023]本發(fā)明涂層中的粘結(jié)劑可實(shí)現(xiàn)涂層與陽極底部掌的常溫固化；
[0024]本發(fā)明涂層中的添加劑可實(shí)現(xiàn)新?lián)Q陽極區(qū)域電解質(zhì)的初晶溫度降低，使得在新?lián)Q陽極底掌區(qū)域附近的電解質(zhì)不易凝固，而對(duì)于已凝固的電解質(zhì)，該涂層也有利于其與陽極底掌的分離，從而實(shí)現(xiàn)了新?lián)Q陽極的快速導(dǎo)電能力。
[0025]本發(fā)明涂層中的增強(qiáng)劑可增強(qiáng)涂層在室溫下的強(qiáng)度。
[0026]本發(fā)明涂層中的功能粒子與添加劑共同作用，實(shí)現(xiàn)已凝固的電解質(zhì)與陽極底掌快速分離，可大幅提高新?lián)Q陽極的導(dǎo)電速度。
[0027]本發(fā)明新?lián)Q陽極快速導(dǎo)電涂層既可是均勻的一層，也可分若干層涂覆，分多層涂覆時(shí)涂層由里至外，其各層作用與成分不盡相同。由內(nèi)到外各層作用分別為:粘結(jié)層，使涂層與陽極底掌具有良好粘附。功能層，能夠使冷凝電解質(zhì)與陽極底掌快速分離。保護(hù)層，能夠降低電解質(zhì)初晶溫度，減小冷凝電解質(zhì)的形成同時(shí)有較高強(qiáng)度，能夠保護(hù)涂層。
[0028]總之，本發(fā)明的涂層可適當(dāng)降低陽極區(qū)域電解質(zhì)的初晶溫度，且能實(shí)現(xiàn)陽極底掌上已凝固電解質(zhì)層的快速剝離，從而使新?lián)Q陽極達(dá)到快速導(dǎo)電的目的。

【具體實(shí)施方式】
[0029]以下結(jié)合實(shí)施例旨在進(jìn)一步說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
[0030]實(shí)施例1 ( 一層結(jié)構(gòu))
[0031 ] I)將 30 % 的 Al2O3溶膠、15 % 的 AlF 3、5 % 的 LiF、20 % 的 Li2CO3'5 % 的碳纖維、5 %的碳化硅、10%的B203、10%的C粉，常溫下混合均勻即制備成涂層漿料。
[0032]2)陽極表面清洗:將組裝好的陽極調(diào)運(yùn)至涂層涂裝現(xiàn)場(chǎng)，采用高壓空氣吹洗陽極底掌，除去底掌灰塵，以確保涂層粘附牢固。
[0033]3)將配好的涂層楽料涂覆在陽極底掌上，涂層厚度約為5-10mm。
[0034]4)將固化后的涂有快速導(dǎo)電涂層的新陽極用于電解，每隔1min測(cè)量陽極導(dǎo)桿的等距壓降，并與未涂覆快速導(dǎo)電涂層的新陽極進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn):涂有快速導(dǎo)電涂層的新?lián)Q陽極所測(cè)得的壓降是未涂覆快速導(dǎo)電涂層新?lián)Q陽極壓降的I倍，涂有快速導(dǎo)電涂層的陽極完全導(dǎo)電的時(shí)間約為12h，而未涂覆快速導(dǎo)電涂層的陽極則需24h，因此可知，涂覆快速導(dǎo)電涂層可將新?lián)Q陽極導(dǎo)電速度提高I倍。
[0035]實(shí)施例2 ( 一層結(jié)構(gòu))
[0036]I)將 40 % 的 Al2O3溶膠、18 % 的 AlF 3、10 % 的 LiF、20 % 的 Li2C03、2 % 的碳纖維、5 %的B203、5%的C粉，常溫下混合均勻即制備成涂層漿料。
[0037]2)陽極表面清洗:將組裝好的陽極調(diào)運(yùn)至涂層涂裝現(xiàn)場(chǎng)，采用高壓空氣吹洗陽極底掌，除去底掌灰塵，以確保涂層粘附牢固。
[0038]3)將配好的涂層楽料涂覆在陽極底掌上，涂層厚度約為5-10mm。
[0039]4)將固化后的涂有快速導(dǎo)電涂層的新陽極用于電解，每隔1min測(cè)量陽極導(dǎo)桿的等距壓降，并與未涂覆快速導(dǎo)電涂層的新陽極進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn):涂有快速導(dǎo)電涂層的新?lián)Q陽極所測(cè)得的壓降是未涂覆快速導(dǎo)電涂層新?lián)Q陽極壓降的I倍，涂有快速導(dǎo)電涂層的陽極完全導(dǎo)電的時(shí)間約為12h，而未涂覆快速導(dǎo)電涂層的陽極則需24h，因此可知，涂覆快速導(dǎo)電涂層可將新?lián)Q陽極導(dǎo)電速度提高I倍。
[0040]實(shí)施例3 (三層結(jié)構(gòu))
[0041]I)第一層(粘結(jié)層)涂料的制備:將30%的Al2O3溶膠、30%的S12溶膠、10%的A1F3、5 %的碳纖維、5 %的碳化硅、10 %的B203、10 %的B4C顆粒，常溫下混合均勻即制備成涂層漿料。
[0042]2)第二層(功能層)涂料的制備:將20%的Al2O3溶膠、20%的S12溶膠、10%的AlF3,5%的碳纖維、5%的碳化硅、20%的B203、20%的C粉，常溫下混合均勻即制備成涂層漿料。
[0043]3)第三層(保護(hù)層)涂料的制備:將20 %的Al2O3溶膠、20 %的AlF 3、20 %的Li2CO3^ %的碳纖維、15 %的碳化硅、10 %的B203、10 %的B4C顆粒，常溫下混合均勻即制備成涂層漿料。
[0044]4)陽極表面清洗:將組裝好的陽極調(diào)運(yùn)至涂層涂裝現(xiàn)場(chǎng)，采用高壓空氣吹洗陽極底掌，除去底掌灰塵，以確保涂層粘附牢固。
[0045]5)將配好的涂層漿料依次涂覆在陽極底掌上，粘結(jié)層厚度為l_5mm，功能層厚度為5-8mm，保護(hù)層厚度為
[0046]6)將固化后的涂有快速導(dǎo)電涂層的新陽極用于電解，每隔1min測(cè)量陽極導(dǎo)桿的等距壓降，并與未涂覆快速導(dǎo)電涂層的新陽極進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn):涂有快速導(dǎo)電涂層的新?lián)Q陽極所測(cè)得的壓降是未涂覆快速導(dǎo)電涂層新?lián)Q陽極壓降的1.5倍，涂有快速導(dǎo)電涂層的陽極完全導(dǎo)電的時(shí)間約為16h，而未涂覆快速導(dǎo)電涂層的陽極則需24h，因此可知，涂覆快速導(dǎo)電涂層可將新?lián)Q陽極導(dǎo)電速度提高1.5倍。
[0047]實(shí)施例4 (三層結(jié)構(gòu))
[0048]I)第一層(粘結(jié)層)涂料的制備:將40%的Al2O3溶膠、20%的S12溶膠、10%的A1F3、5 %的碳纖維、5 %的碳化硅、10 %的B203、10 %的B4C顆粒，常溫下混合均勻即制備成涂層漿料。
[0049]2)第二層(功能層)涂料的制備:將30%的Al2O3溶膠、15%的S12溶膠、10%的A1F3、5%的碳纖維、20%的B203、20%的C粉，常溫下混合均勻即制備成涂層漿料。
[0050]3)第三層(保護(hù)層)涂料的制備:將20%的Al2O3溶膠、15%的AlF 3、20%的Li2C03、5%的碳纖維、20%的B203、20%的B4C顆粒，常溫下混合均勻即制備成涂層漿料。
[0051]4)陽極表面清洗:將組裝好的陽極調(diào)運(yùn)至涂層涂裝現(xiàn)場(chǎng)，采用高壓空氣吹洗陽極底掌，除去底掌灰塵，以確保涂層粘附牢固。
[0052]5)將配好的涂層漿料依次涂覆在陽極底掌上，粘結(jié)層厚度為l_5mm，功能層厚度為5-8mm，保護(hù)層厚度為
[0053]6)將固化后的涂有快速導(dǎo)電涂層的新陽極用于電解，每隔1min測(cè)量陽極導(dǎo)桿的等距壓降，并與未涂覆快速導(dǎo)電涂層的新陽極進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn):涂有快速導(dǎo)電涂層的新?lián)Q陽極所測(cè)得的壓降是未涂覆快速導(dǎo)電涂層新?lián)Q陽極壓降的1.4倍，涂有快速導(dǎo)電涂層的陽極完全導(dǎo)電的時(shí)間約為17h，而未涂覆快速導(dǎo)電涂層的陽極則需24h，因此可知，涂覆快速導(dǎo)電涂層可將新?lián)Q陽極導(dǎo)電速度提高1.4倍。
【權(quán)利要求】
1.一種鋁電解槽新?lián)Q陽極快速導(dǎo)電涂層，其特征在于，涂層的材料組成為:2-60wt%粘結(jié)劑、10-60被％添加劑、2% _20被％增強(qiáng)劑、2-60被％功能粒子；其中:粘結(jié)劑選用有機(jī)粘結(jié)劑、無機(jī)粘結(jié)劑、固化劑中任一種或多種；添加劑選用氟化鹽、氯化鹽或碳酸鹽中的一種或多種；增強(qiáng)劑選用碳纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維、SiC顆粒、B4C顆粒、Si3N4顆粒中的一種或多種；功能粒子選用C粉、B203、B粉、A1粉中的一種或多種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁電解槽新?lián)Q陽極快速導(dǎo)電涂層，其特征在于，粘結(jié)劑包括:A1203溶膠、MgO溶膠、Si02溶膠、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、煤瀝青、磷酸鹽的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁電解槽新?lián)Q陽極快速導(dǎo)電涂層，其特征在于，添加劑包括:A1F3、KF、CaF2、LiF、MgF2、NaAlF4、NaCl、Li2C03中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁電解槽新?lián)Q陽極快速導(dǎo)電涂層，其特征在于，是將涂層材料組分混合制備成漿料后，涂覆在陽極底掌。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁電解槽新?lián)Q陽極快速導(dǎo)電涂層，其特征在于，所述的快速導(dǎo)電涂層分為一層或者多層涂覆。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鋁電解槽新?lián)Q陽極快速導(dǎo)電涂層，其特征在于，所述的快速導(dǎo)電涂層分為三層涂覆。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種鋁電解槽新?lián)Q陽極快速導(dǎo)電涂層，其特征在于，分三層涂覆時(shí)涂層由里至外分別為:粘結(jié)層，厚度為l_5mm，粘接劑含量應(yīng)不小于30%，功能層，厚度為5-8mm，功能層中功能粒子和添加劑總量應(yīng)不小于30%，保護(hù)層，厚度為:l_3mm，保護(hù)層中功能粒子和增強(qiáng)劑總量應(yīng)不少于30%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁電解槽新?lián)Q陽極快速導(dǎo)電涂層，其特征在于，所述的快速導(dǎo)電涂層厚度為l_16mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種鋁電解槽新?lián)Q陽極快速導(dǎo)電涂層，其特征在于，所述的快速導(dǎo)電涂層為一層時(shí)厚度5-10mm，三層時(shí)總厚度7_16mm。
10.權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的鋁電解槽新?lián)Q陽極快速導(dǎo)電涂層的涂覆方法，其特征在于，其涂覆過程包括: (1)將各組分混勻即得漿料，待用； (2)清潔陽極底掌，使陽極底掌潔凈無塵； (3)將配好的涂層漿料涂覆在陽極掌上，涂層在常溫下經(jīng)過l_2h后固化。
【文檔編號(hào)】B05D5/12GK104446231SQ201410629484
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月10日
【發(fā)明者】呂曉軍, 雙亞靜, 李劼, 賴延清 申請(qǐng)人:中南大學(xué)