[发明专利]一种快速导电梯度炭素阳极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速导电梯度炭素阳极及其制备方法；属于铝电解槽阳极制备技术领域。

背景技术

在预焙阳极铝电解槽中，阳极的使用周期为28～31d，当阳极达到使用周期时，残极厚度约为15～17cm，如果继续使用，就会发生阳极钢爪熔化现象，因此，需要根据预焙阳极结构设计和组装情况，在保持一定残极高度情况下及时更换阳极，从而保证铝电解槽的正常稳定运行。铝电解槽中有温度场，物料场和电磁场。阳极的更换对“三场”都具有一定影响，但其影响最大的是温度场。正常稳定运行的铝电解槽是处于热平衡状态的。换极前，正常运行的铝电解槽保持着相对的能量平衡，浸入电解质中的阳极部分温度和电解质温度是相同的，阳极上部分的温度也高达600～700℃当高温残极由电解槽中拔出时，一方面残极会从电解质中带走一部分热量；另一方面，拔出阳极的位置会出现一定的空间，也会散失一部分热量，因为从拔出阳极到新阳极上槽需要一定的时间；此外，当室温新阳极安装到电解槽上并浸入电解质中时，由于二者之间巨大的温差，新阳极也会从电解质中吸收大量的热量，直至在二者界面达到新的热平衡为止。因此，换极过程实际上就是热平衡——破坏热平衡——建立新的热平衡的过程。

通常，换极对电解槽的影响约持续24h。在这期间，新换的阳极浸入电解质部分由室温逐步被电解质加热，在换极后约24h，阳极温度基本与电解质温度相当。刚刚换入电解槽的新阳极几乎是不导电的，这是因为这时阳极与电解质之间存在巨大温差，在阳极浸入电解质的一刹那，与阳极底掌接触的电解质骤然遇到激冷，在阳极底掌表面形成一层电解质凝壳，这一层凝壳将液态电解质与阳极完全隔离，从而使得以导电性碳材料制造的阳极炭块失去导电作用。加之，在阳极底掌表面形成电解质凝壳的同时，由于热传导的作用，邻近阳极底掌部分的电解质失去的热量相对远离阳极处要快的多，从而使得阳极附近电解质的粘度增加。而电解质粘度的增加，也使得阳极气体不易排出，炭渣分离不清，增加了电解质的电阻率，导致该部分电解质导电性下降。

因此，对于如何缩短由于阳极换极带来的电解槽内较长时间的不导电周期，不仅对于铝电解行业实现节能降耗的良好发展具有重要意义，同时也是实现电解槽“三场”稳定，槽况运行良好的基础。关于改善换极温度对槽况的影响，目前采取的办法有实施阳极预热，如利用电解槽烟气余热对预焙阳极进行预热，但在国内尚无成功应用的报道，而利用换下的高温残极对阳极进行预热，与该技术相关的仅有一个实用新型专利，名为《阳极块预热交换装置》，授权公告为CN201347457Y，该技术实施过程中，需要建设一系列中高温烟气管线，并要对管线进行防腐处理，而且要单独建设阳极预热间，不但投资大，并且运行成本高。因此，在不增加过多投资的的前提下，换极后阳极快速导电，缩短不导电周期对铝电解槽节能降耗的实现起到关键作用。

发明内容

本发明针对现有铝电解槽阳极存在的不足之处，提供一种快速导电梯度炭素阳极及其制备方法。

本发明一种快速导电梯度炭素阳极包括：普通炭块(3)、半石墨质炭块(4)，全石墨化炭块(5)；所述半石墨质炭块(4)位于普通炭块(3)与全石墨化炭块(5)之间，所述半石墨质炭块(4)的石墨化程度为40-50％。

本发明一种快速导电梯度炭素阳极包括：铝导杆(1)、阳极钢爪(2)、普通炭块(3)、半石墨质炭块(4)，全石墨化炭块(5)；所述阳极钢爪(2)的顶部与铝导杆(1)相连，阳极钢爪(2)的底部与铝导杆普通炭块(3)的顶部相连，普通炭块(3)的底部与半石墨质炭块(4)的顶部相连；所述半石墨质炭块(4)的底部与全石墨化炭块(5)相连。

本发明一种快速导电梯度炭素阳极所述全石墨化炭块(5)、半石墨质炭块(4)、普通炭块(3)的厚度之比为，全石墨化炭块(5)：半石墨质炭块(4)：普通炭块(3)＝1-2:1-2:2-6；优选为1:1:2-1:1:3。即全石墨化炭块(5)、半石墨质炭块(4)与普通炭块(3)的质量比为1-2:1-2:2-6、优选为1:1:2-1:1:3。

本发明一种快速导电梯度炭素阳极，所述全石墨化炭块(5)的厚度根据实际应用时电解槽的尺寸进行调整。