[发明专利]预焙炭阳极用石墨烯复合保护层的制备方法

说明书

本发明属于电解铝行业的炭阳极新材料领域，具体涉及一种预焙炭阳极用石墨烯复合保护层的制备方法。该制备方法步骤如下：(1)在蒸馏水中加入氧化石墨烯，超声搅拌均匀，再加入酚醛树脂，加热并搅拌，进行氧化还原反应，得到石墨烯酚醛树脂的水分散液；(2)取石墨烯酚醛树脂水溶液，依次加入石墨粉乳液、纳米氧化铝颗粒，超声分散，得到石墨烯复合涂料；(3)取石墨烯复合涂料或者是取(2)中的石墨烯复合涂料加蒸馏水稀释后涂覆在预焙阳极炭块表面，自然干燥后得到石墨烯复合保护层。本发明所获得的保护层能有效的阻隔空气和二氧化碳对炭块的氧化作用，空气反应性测试残碳率大于95％，CO₂反应性测试后，残碳率大于96％。

技术领域

本发明属于电解铝行业的炭阳极新材料领域，具体涉及一种预焙炭阳极用石墨烯复合保护层的制备方法。

背景技术

阳极是铝电解生产的心脏，铝电解槽不断向大型化，智能化发展的过程中，对阳极质量的要求也越来越高，优质阳极炭块具有较高的强度、较低的电阻率、较低的CO₂和空气反应系数，较低的灰分。阳极炭块的质量是受焙烤质量的直接影响的。

预焙阳极炭块与空气或CO₂反应，造成的炭损耗一直是电解铝行业的一大难题，随着节能降耗的日益发展为一种行业的趋势，提高炭阳极的抗氧化性能，从而提高炭阳极电解铝时的使用寿命，成为业内亟待解决的问题。

目前，采用的抗氧化技术主要包括两种：一是铝系外抗氧护层，即在炭块的外表面施加一层氧化铝或铝粉的抗氧化涂层，起到隔绝气体与炭块的接触，效果显著。包括铝系陶瓷、铝粉、氧化铝溶胶，其他铝盐等。另外一种抗氧化技术是在炭块基体内部添加助剂法，通过助剂的添加提高炭块的抗氧化性能。但两种方法都存在较大缺陷，采用氧化铝系抗氧化保护层方法时，氧化铝保护层参与电极反应，消耗部分炭块，降低了炭块的使用寿命，另外，铝系保护层和碳基体外层属于两种不同性质的材料，热膨胀效应区别较大，同时铝系保护层和碳基体表面的附着力较低，导致保护层自炭块表面容易脱落。与铝系保护层不同，助剂法不存在界面脱落问题，但助剂法的添加量较大，而且引入了杂质金属，并且提高炭块气体反应性的效果有限。

因此，需要针对上述的技术缺陷进行改进，发明一种保护层不易自炭块表面容易脱落的、附着力优异并且炭块的抗氧化性能效果显著的预焙炭阳极用石墨烯复合保护层制备方法。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种预焙炭阳极用石墨烯复合保护层的制备方法，该保护层材料的制备采用了无污染的氧化还原反应及共混技术，反应介质为水。

本发明的预焙阳极炭块用石墨烯保护层的制备方法，包括下述的步骤：

(1)在蒸馏水中加搅拌边加入氧化石墨烯，然后超声搅拌均匀，加入酚醛树脂，加热并搅拌，进行氧化还原反应，得到石墨烯酚醛树脂的水分散液；

(2)取(1)中的石墨烯酚醛树脂水分散液，依次加入石墨粉乳液、纳米氧化铝颗粒，超声分散，得到石墨烯复合涂料；

(3)取(2)中的石墨烯复合涂料或者是取(2)中的石墨烯复合涂料加蒸馏水稀释后涂覆在预焙阳极炭块表面，自然干燥后得到石墨烯复合保护层。

具体的，上述的预焙阳极炭块用石墨烯保护层的制备方法，包括以下的步骤：

(1)在蒸馏水中加搅拌边加入氧化石墨烯，然后超声搅拌均匀，加入酚醛树脂进行氧化还原反应，加热到25℃-75℃，反应8-24h后，得到石墨烯酚醛树脂的水分散液；

氧化石墨烯和酚醛树脂的重量比是10:1到10:8；

(2)取(1)中石墨烯酚醛树脂水分散液35-55份，依次加入40-60份的石墨粉乳液、5-15份纳米氧化铝颗粒或铝粉，超声搅拌分散6-10h，得到石墨烯复合涂料；