[发明专利]一种侧壁材料

说明书

本发明公开了一种应用于铝电解行业的侧壁材料，特别是与低温电解质相匹配的侧壁材料，该材料的化学组成包括：氧化锌、氧化铬作为基础原材料，两者总构成比例为100％，在此基础上，额外添加一定含量的氧化镁、氧化钛、氧化铁、氧化硅、氧化铝一种添加剂或几种作为添加剂。本发明选用上述基础原材料和添加剂，所制备出的制品烧结性能较好，材料结构致密，无明显宏观结构开裂和显微组织缺陷。通过动态腐蚀和静态腐蚀实验测试，其结果表明，此材料在低温电解质中具有极低的溶解度和腐蚀速率，能够满足新型侧壁材料的使用要求。

技术领域

本发明属于铝电解领域，涉及一种新型侧壁材料，特别是与低温电解质匹配的侧壁材料。

背景技术

由于具有较低的能耗，排放氧气等优点，新型绿色铝电解槽被认为是电解铝工业的发展方向。侧壁材料作为铝电解槽一个重要的组成部分，其耐电解质腐蚀性和抗热震性能很大程度上决定了电解槽使用的稳定性和寿命。传统侧壁材料如Si3N4结合SiC材料和碳质材料由于其较差抗氧化性，较差的耐蚀性，以及与电解出铝液反应等缺点，无法满足新型侧壁材料使用要求。因此，急需开发出一种具有良好的抗氧化性及耐蚀性的材料，以满足新型材料使用性能要求。

到目前为止，各国学者对新型侧壁材料进行了一些研究，研究方向主要集中在铁尖晶石体系和铝尖晶石体系两个方面，形成了若干文献和专利。

专利CN 102603341 B发明了一种用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖及其制备方法，其以79～91wt％的工业氧化铝粉、5～14wt％的轻烧氧化镁粉和4～10wt％的工业纯碱为原料，外加所述原料2～12wt％的铁酸镍细粉，搅拌均匀；放入电弧炉内，升温至1850～1880℃，保温80～100分钟，再将炉温升至2250～2290℃，保温30～40分钟，先后进行两次吹氧，两次吹氧的时间间隔为20～30分钟；然后将炉温降至1860～1890℃进行浇铸，补浇；最后在隧道窑内退火9～13天，于30～70℃出窑，即得用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖。本发明所制备的用于铝电解槽侧壁的熔铸刚玉—尖晶石砖具有显气孔率低、抗氧化性能和抗电解质侵蚀性能优良的特点。

专利CN 102674857 B发明了一种铝电解槽上部侧壁用镁质复合材料的制备方法，其技术方案是以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。本发明所制备的铝电解槽上部侧壁用镁质复合材料具有成本低廉、导热系数较低、抗氧化性能和抗电解质侵蚀性能优良的特点。

专利CN 102267815 B发明了一种铝电解槽的侧壁用耐火材料及其制备方法。其技术方案是：以60～72wt％的刚玉颗粒、22～35wt％的镁铝尖晶石细粉和2～10wt％的α-Al2O3微粉为原料，外加0.5～4.0wt％的TiO2微粉和0.5～2.0wt％的聚乙烯醇，混合均匀，压制成型，在400～600℃条件下处理4～8h，然后在1350～1650℃的条件下烧成，保温3～6h，即得铝电解槽的侧壁用耐火材料。本发明所制备的铝电解槽的侧壁用耐火材料具有优良的抗氧化性能和抗电解质侵蚀性能的特点。

上述发明专利中，氧化铝、氧化镁及其添加剂能够形成复相尖晶石，抑制该成分在电解质中的溶解，但由于这两种成分在电解质中的溶解度较高(Al2O3：～6wt.％；MgO:1wt.％)，很难保障在电解质中长时间服役。而镍铁尖晶石体系中的镍和铁元素，虽然形成的尖晶石结构能够抑制该两种元素在电解质中的腐蚀速率，但两种元素在电解质化学腐蚀和低氧分压作用下易形成Ni-Fe合金，加速材料在电解质中的腐蚀速率，造成“灾难性”的后果。