[发明专利]一种铝电解槽上部侧壁用镁质复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明属于镁质复合耐火材料技术领域，具体涉及一种铝电解槽上部侧壁用镁质复合材料及其制备方法。

背景技术

    传统的Hall-Héroul铝电解槽采用炭素材料作为阴极和阳极，电解冰晶石和氧化铝的熔盐进行炼铝。电解过程槽内发生的反应为：2Al₂O₃+3C=4Al+3CO₂，反应过程放出大量的热。传统铝电解槽的侧壁采用导热率很高的Si₃N₄结合SiC砖砌筑，大量的热快速通过侧壁耗散，使得侧壁表面能形成一层凝固的电解质—炉帮。在炉帮的保护下，Si₃N₄结合SiC侧壁材料不会与熔融电解质和氧化性气体直接接触，因此取得了较好的使用效果。

但炭素材料作为阳极在电解中被消耗有诸多缺点：(1)消耗大量优质碳素材料，生成CO和CO₂，而且伴有碳氟化物和碳氮化物等有害气体的生成，造成环境污染；(2)碳素被消耗，必须周期更换，使电解槽内的电流分布和热平衡受到干扰，影响操作稳定性，不利于自动化控制和连续生产；(3)碳阳极不均匀的氧化和崩落，电解质中出现碳渣，也会影响操作；(4)维护和更换阳极需要较多的工时。

    基于惰性阳极的电解炼铝新工艺可基本消除上述缺点。新工艺电解时铝电解槽内发生的反应为：2Al₂O₃=4Al+3O₂，该反应过程没有大量的热放出。为了维持槽内温度，侧壁需采用导热系数低的材料砌筑或在其外部加入隔热保温材料。由于热量耗散很慢，保护性的炉帮难以形成，因此，电解槽上部的Si₃N₄结合SiC侧壁材料会直接与氧化性气体和熔融电解质接触。由于Si₃N₄结合SiC侧壁材料的抗氧化能力较差，在没有炉帮保护的情况下，会与氧化性气体反应生成SiO₂；SiO₂会与高温熔融电解质反应生成气体SiF₄，导致侧壁材料的严重损坏。此外，Si₃N₄结合SiC材料的制备成本较高，不适于大规模生产。

由上述可知，Si₃N₄结合SiC侧壁材料由于导热系数较高、抗氧化性和抗电解质侵蚀性能较差，已不能满足保温型铝电解槽内上部的稳定维持，加之制备成本过高，制约了基于惰性电极的铝电解新工艺的应用及发展。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种成本低廉、导热系数较低、抗氧化性能和抗电解质侵蚀性能优良的铝电解槽上部侧壁用镁质复合材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：以60~80wt%的镁砂颗粒和20~40wt%的轻烧氧化镁细粉为原料，外加所述原料1.5~5.0wt%的聚乙烯醇和2~20wt%的氧化物添加剂细粉，混合均匀，压制成型，在300~600℃条件下保温3~9h，再于1350~1750℃的条件下保温2~8h，冷却；然后将烧成制品进行机械加工，即得铝电解槽上部侧壁用镁质复合材料。

所述镁砂颗粒为电熔镁砂颗粒和烧结镁砂颗粒中的一种或两种；镁砂颗粒的颗粒级配是： 5~3mm为50~60wt%，3~1mm为15~30wt%，1~0.1mm为15~30wt%。

所述轻烧氧化镁细粉的MgO含量＞95wt%，粒径＜100μm。

所述氧化物添加剂细粉为SnO₂细粉、Fe₂O₃细粉、ZrO₂细粉、NiO细粉和TiO₂细粉中的一种以上；氧化物添加剂细粉的纯度均＞97wt%，粒径均＜45μm。