[发明专利]一种镁电解碳素电极用浸渍型保护材料及其应用方法

说明书

技术领域

本发明属于熔融氯化镁电解技术领域，特别涉及一种镁电解碳素电极用浸渍型保护材料及其应用方法。

背景技术

熔融氯化镁电解法是当今世界生产镁的主要方法，其产量约占全部镁产量的60％以上。熔融氯化镁电解法采用既可以作为阴极、又可以作为阳极的碳素材料作为双电极，将其插入700℃至750℃的熔融氯化镁电解质中，在阴极上析出镁，在阳极上生出氯气。镁电解碳素电极本身开口孔隙率(显孔隙率)高于20％、高温腐蚀性气体沿电极开口孔隙浸入电极内部、破坏碳素粒子之间的结合，而使其从电极表面脱落。氯化镁电解时，产生高温氯气的冲刷和腐蚀、氧气和水蒸气氧化的综合作用，处于熔融氯化镁电解液面以上、电极夹持器以下部分容易发生局部腐蚀、发生碳粒子从碳素电极表面剥落，碳素电极断面积缩小，失去强度和导电功能而报废，企业必须要不停的更换电极，这样不仅给企业带来了很高的生产成本，而且也影响了企业的生产效率，增加了人工成本。

通过在碳素电极表面形成耐腐蚀薄膜，是提高其耐腐蚀的有效方法之一。目前用于炼钢石墨电极的抗氧化保护材料的主要成分由二氧化硅、三氧化二铝、氧化钛、氧化锆、硼酸等组成，这些物质均与高温氯气反应生成沸点低的氯化物(四氯化硅、沸点57.6℃；三氯化铝、沸点178℃；四氯化钛、沸点-25℃)。这些氯化物在镁电解槽的温度(700℃～750℃)下以气态存在而挥发，不能在碳素电极表面形成稳定的耐腐蚀的保护膜。即现有的石墨电极抗氧化保护材料对高温氯气腐蚀没有防护作用。

本发明提供一种能有效地阻止高温氯气、氧气、水蒸气对碳素电极的腐蚀，从而延长其使用寿命的浸渍型保护材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种镁电解碳素电极用浸渍型保护材料，这种保护材料能在碳素电极表面形成致密的碳酸钙—氧化硼—氧化锂系保护薄膜，该保护薄膜本身耐热度高于750℃、在电解槽中耐氯气腐蚀性强，能稳定存在于碳素电极表面，降低了碳素电极的显气孔率(开口气孔率)有效地阻止高温下氯气、氧气、水蒸气等腐蚀性气体沿碳素电极开口孔隙向其内部的侵蚀，延长碳素电极的使用寿命。

本发明的另一个目的是提供上述保护材料在碳素电极表面形成保护薄膜的应用方法。

本发明的浸渍型碳素电极保护材料，是一种低粘度、低表面张力的悬浮液。将其浸渍到镁电解碳素电极开口孔隙中，经干燥、高温硬化后在碳素电极表面形成铆钉在碳素电极开口空隙上的保护薄膜，大幅提高了保护薄膜与碳素电极表面的粘合强度，保护薄膜具有优良的耐热冲击性能。

本发明浸渍型保护材料中所使用的各原料所对应金属的电极电位低于金属镁的电极电位，即使少量混入电解液中也不会随氯化镁电解进入金属镁中而带入有害杂质。

为了实现以上技术效果，本发明是通过如下技术方案实现：

一种镁电解槽用浸渍型碳素电极保护材料，其特征在于：该保护材料中含有如下重量百分数计的原料：

余量为水，优选为蒸馏水。

在所述碳素电极保护材料中，碳酸钙的含量占原料总重量的8wt％～27wt％，优选为17wt％～21wt％。如果碳酸钙的含量低于8wt％，保护薄膜在750℃高温下氧化锂--氧化硼玻璃相太多，薄膜的耐热度降低；如果其含量高于27wt％，氧化锂--氧化硼玻璃相太过低，不能形成致密、与碳素基体粘结复合强度高的保护薄膜。

碳酸钙的粒径小于5μm，优选为0.1-1μm。如果其粒径大于5μm，在水溶液中的稳定性不好，长期放置易产生沉淀分离；如果其粒径小于0.1μm，将使碳素电极保护材料的制作成本提高数十倍。

作为镁电解碳素电极用浸渍型保护材料在电极表面形成的保护膜的主要成分为碳酸钙，在高温下与氯气反应的产物为氯化钙(CaCl₂)。氯化钙的沸点为1935℃，熔点为772℃，均高于碳素电极的使用环境温度750℃，氯化钙能稳定的存在于电极表面，溶入薄膜中成为薄膜的组成物之一。

硼酸作为成膜材料和高温粘结剂组分加入，高温下硼酸成为氧化硼，在400℃左右就能与碳酸锂反应形成氧化锂—氧化硼玻璃相，随温度升高碳酸钙逐渐溶入其中，生成耐热度高于900℃、致密的氧化硼—氧化锂—碳酸钙保护薄膜，同时，提高保护薄膜与碳素电极表面的粘结复合强度。在保护材料中，硼酸含量为6wt％～15wt％，优选为9wt％～10wt％。如果其含量低于6wt％，在高温下不能形成致密的保护薄膜；如果其含量高于15wt％，在300℃以上时，因过量的氧化硼的挥发导致保护薄膜的致密性反而降低。