[发明专利]一种高效硅硼体系浸渍剂配方及其制备与应用工艺

说明书

本发明公开了一种硅硼体系浸渍剂，是由0.001%‑10%的硅系物、0.001%‑10%的硼系物以及不大于10%的助剂和80%—99%的水，按照一定比例调和而成的溶液。助剂为增稠剂，根据实际要求调整增稠剂用量使浸渍剂的粘度控制在0.01‑10 Pa·s。通过先负压后正压的方式使浸渍剂有组织主动地进入阳极内部孔隙，在低温下干燥，在电解时的高温环境下，浸渍剂在阳极炭块内腔壁上形成致密的硅硼抗氧化薄膜，并具有一定的粘结强度，浸渍剂中的硅系物通过改善氧化硼薄膜与炭阳极的粘附性来增强其抗氧化性，能够有效防止阳极炭块孔隙通道内无效氧化，降低空气反应性，硅硼碳体系在阳极炭块孔隙内形成稳定的网状结构，从而有效防止掉渣。

技术领域

本发明涉及以煤炭、碳粉、石油焦、沥青焦等无定型碳原料中的一种或多种原料混合压制成型并经烧结定型的碳素或石墨材料的浸渍剂技术领域，尤其是一种电解铝阳极炭块用浸渍剂，具体涉及一种高效硅硼体系浸渍剂配方及其制备与应用工艺。

背景技术

电解铝使用的阳极是以石油焦、沥青焦为骨料，煤沥青为黏结剂制造而成，这种炭块经过长时间焙烧，具有稳定的几何形状，所以也称预焙阳极炭块。在电解铝中预焙阳极被业内人士称为铝电解槽的“心脏”，吨铝消耗500公斤，在行业总成本中预焙阳极占比10.29%。研究表明，在阳极消耗中有33%为无效消耗，无效消耗主要来源于以下几个方面：1、热阳极表面在空气中的氧化；2、阳极局部物质反应能力的差别造成的掉渣与粉尘现象；3、气体侵入多孔的炭阳极内部时，在气孔处发生的无效反应；4、最终的残极损耗量。

在预焙阳极炭块烧结成型后，为降低阳极无效消耗，提高预焙阳极炭块的使用寿命，还需对阳极炭块进行进一步的处理，这些处理方法包括：1、浸渍增重，利用浸渍剂填充阳极炭块中的间隙，增加单位体积中阳极炭块的重量，从而变相的延长炭块的使用寿命；2、涂层隔绝，通过铝基材料涂层喷涂在阳极上形成不渗透的物理屏障；或者换新阳极后将液浴涂在表面，凝固后形成涂层；利用涂层隔绝气体以减少无效反应；3、通过添加硼等化学物质降低碳固有的反应性。上述三种处理方案中，前两者主要是采用物理方式进行封堵或隔绝。第三种则主要利用化学方式，利用了硼对石墨氧化的化学影响，其作用机制大致可概括如下：1、石墨上的电位被硼取代从而降低反应活性；2、硼促进更大的石墨晶体形成，而较大石墨晶体对氧的反应性弱；3、石墨表面形成了氧化硼膜，使得活性位点被堵塞。然而，研究表明要通过第三种方案达到预期效果，硼的添加水平需要非常高，至少在1000ppm以上，这将使得生产成本大大增加。同时，从上述机理性分析可知，硼是在石墨化结构中进行替代来发挥作用，而在炭阳极的制造过程中，由于阳极焙烧温度远低于石墨化温度，无法发生明显的石墨化，因此该过程中硼的作用是有限的。

而通过氧化硼涂层来保护炭阳极，实际工艺过程可以用水溶液浸渍炭阳极，在现有技术中，已经实现通过含硼浸渍剂在阳极表面涂覆形成保护膜来达到保护阳极的作用，其通过形成覆盖炭阳极表面以及表面开口微孔的内表面的涂层，使炭阳极在高温下具有抵抗空气和 CO2扩散及反应的能力，但在应用过程中我们发现该方法保护效果有限，其根源在于，现有的含硼浸渍剂无法有效的浸入到阳极炭块的内部，只能停留在阳极炭块的表面或者较浅的表层形成保护膜，且现有的浸渍技术难以使浸渍剂深入到阳极的核心中，一般只能通过延长浸渍时间来增加浸渍的深度，但这些方法不仅增加了生产成本，降低了生产效率，且处理时间过长还会导致阳极对硼的吸收率过高，从而影响到最终产品的纯度，无法达到工业化生产。

因此，本申请旨在提供一种新的浸渍剂，使用该浸渍剂并配合相应的工艺，可以使浸渍剂深入到阳极的内部中，大副度降低阳极炭块的无效反应，节约资源。

发明内容

本发明的目的是解决上述的技术问题而提供一种高效硅硼体系浸渍剂配方及其制备与应用工艺，使用该浸渍剂，并利用真空浸渍的方式，可以将形成硅硼体系的浸渍剂有组织的完全浸入到炭阳极的内部孔隙中去，克服现有技术中浸渍时间过长、浸渍深度不够、原料成本过高和产品纯度不理想的问题，并有效处理阳极炭块内部孔隙通道所带来的无效氧化问题，以及阳极炭块掉渣现象。