[发明专利]一种将预焙阳极炭块固化连接的烧结固化材料

说明书

本发明涉及铝电解领域，特别涉及一种用于铝电解行业的将预焙阳极炭块固化连接的烧结固化材料；包含以下原料：炭制品、含C、H、N、O元素的有机物质原料、树脂；本发明材料通过科学合理的原料配比及制造工艺，制成具备可靠烧结固化性能的材料，并且将其应用在铝电解行业中，尤其是在铝电解预焙阳极的接续使用中，实现了铝电解工艺过程中大量减少残极产生的目的，解决了目前铝电解预焙阳极炭块烧结固化接续应用的材料难题。

技术领域

本发明涉及铝电解领域，特别涉及一种将预焙阳极炭块固化连接的烧结固化材料。

背景技术

铝冶炼电解工艺是在电解槽内，利用悬挂于槽上部的阳极炭块和固定在槽底部的阴极导通大电流直流电，对槽内主要成分为氧化铝(Al₂O₃)的电解质进行电解，氧原子与阳极炭块反应生成CO₂、CO气体排出、槽底生成纯铝熔液，完成金属铝的冶炼。因此阳极炭块在生产过程中参与反应不断消耗，需要定时更换补充新阳极。目前铝电解工艺使用的阳极均为预焙阳极，即阳极炭块在制造过程中经过焙烧，炭质纯度很高、导电性能良好。

阳极炭块在电解槽上不断反应消耗，大约每天消耗10～20mm厚度，当炭块变薄到一定程度时(约150mm左右，成为残极)，为避免导杆金属组件接触电解质造成铝液污染，必须将残极组件从槽上取下，更换新的阳极组件。这种用新阳极更换残极的方式存在很多缺点，其中一个主要缺陷是残极不能完全用于生产消耗，将有约15％以上的阳极变成残极严重浪费。按年产50万吨的电解厂为例，每年将消耗25万吨阳极，产生约4万吨残极，新阳极价格按每吨4000元、残极外卖价格按每吨1500元估算，因残极不能完全消耗造成的浪费将高达每年1亿元。

国际国内铝电解行业一直在探索阳极完全消耗的方法，原理上希望阳极炭块消耗变薄后能在其上部或下部接续增加新阳极炭块，旧阳极与新阳极能固化连接成一体，在保证导电和被接续上的炭块不掉落的前提下即可完全消耗阳极、不产生或少产生残极。但基于阳极炭块是利用导杆悬挂的结构，要接续的炭块若不能可靠固定连接于导杆悬挂的阳极炭块的下部，将掉落到电解槽底部造成事故。因此，如何将要接续的炭块与悬挂于导杆的炭块实现接续使用，提高阳极的使用率，使得残极能完全或尽量多的用于生产消耗，实现行业的无残极化生产，是目前铝电解行业首要解决的技术问题。

近年来在实现新旧阳极粘接方面也有相关的研究报道，但是目前公开的文献、专利都只是比较笼统的提到在新旧阳极炭块之间涂抹粘接导电料、或者涂覆黏结层、或者是黏结剂和导电糊等材料，这也是目前行业中普遍研究设计的，其目的都是为了新旧阳极炭块之间实现粘接。但是对于材料都没有详细说明成分、配方、制备和使用方法、应用条件要求、以及使用后对工艺性能产生的影响分析，实际只是理想理论上的期望作用描述，并未实际研发出可靠可用的连接材料。如目前可查已公开的相关技术《铝电解用的连续预焙阳极_沈振纲》中公开了采取在阳极上预先钻孔插入阳极棒，并在阳极棒上涂以不透气化合物3-10mm，成分为60％石墨0-3mm，26％沥青，0-3mm，14％糖蜜，作为粘接剂。该描述与本专利有本质上的区别，首先该技术是早期小型预焙阳极电解槽，只有单排阳极，因此可以采用两侧插入阳极棒的起承重作用的机械结构，而目前电解铝行业的槽型都是采用双排阳极，电解槽内阳极排列非常紧密已不可能采用阳极棒侧部支撑阳极。即使是早期的单排阳极小电解槽，其环境也具有高温、强磁场，若要使用该技术需要对电解槽做较大改造且操作难度大，目前行业内从未真正实际应用过该技术。其次该技术描述的涂抹的不透气化合物是涂抹在插入阳极的阳极棒上及阳极之间，但由于其阳极承重主要由两侧阳极棒承受，从其专利描述的成分看，仅仅只是作为导电及简单的粘接，并未考虑其粘接后阳极之间的承重、抗折、抗弯性能，这种类似的粘接剂在其他专利中也有所报道，但实际使用中，由于电解槽内温度很高，在遇到高温时，此类粘接剂的粘接和导电功能急剧下降甚至可能在接触高温的瞬间挥发碳化导致整个粘接层失去粘接性。本专利与以往各种公开或提及到的粘接材料有本质上的不同，本专利材料的重点是在没有机械辅助结构承重的情况下，烧结材料在烧结完成后具备导电、承重等功能并与原阳极炭块同样符合电解槽工艺使用的工艺参数。