CN106189600A - 电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电解铝碳阳极技术领域，是一种电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料及其制备方法，该原料包括铝溶胶、丙烯酸乳液、硼酸、甘油、氧化铝和水。本发明的电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料属于水性涂料，浓度可水调、十分便利，是一种环境友好型碳阳极表面涂料，使用该产品有利于节能减排、减少工人劳动强度、降低企业生产成本，提高经济效益，对降低企业生产成本，减少电解质炭渣含量，优化电解槽各项技术指标，提高碳阳极利用率，延长炭阳极使用周期有着十分重要意义，具有较宽的推广前景，是一种能够使碳阳极抗高温抗氧化、减少碳渣、降低碳耗的行之有效方法。

Description

电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电解铝碳阳极技术领域，是一种电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料及其制备方法。
背景技术
碳素阳极（碳阳极）是电解铝生产主要原材料之一，其占据电解铝生产成本25％左右，电解铝碳素阳极在电解铝生产过程中主要起电极作用，其消耗主要包括：电化学消耗、化学消耗和机械消耗。在电解过程中碳素阳极除了必需的电化学反应外还会被空气和二氧化碳氧化，造成大量炭渣脱落，增加碳素阳极碳耗。国内如东北大学、中南大学、北京科德鲁公司等企业研究机构对提高碳阳极抗氧化性进行了大量研究，但是目前还没有能够使碳阳极抗高温抗氧化、减少碳渣、降低碳耗的行之有效方法。
发明内容
本发明提供了一种电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料及其制备方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决目前没有能够使碳阳极抗高温抗氧化、减少碳渣、降低碳耗的行之有效方法的问题。
本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料，其原料按重量份数计包括铝溶胶45份至50份、丙烯酸乳液10份至15份、硼酸6份至10份、甘油20份至25份、氧化铝60份至65份和水17份至20份。
下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：
上述电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料按下述方法得到：第一步，称取所需量的铝溶胶、丙烯酸乳液、硼酸、甘油、氧化铝和水；第二步，将铝溶胶、甘油、硼酸、丙烯酸乳液和水混合后，在温度为50℃至80℃条件下加热至硼酸完全溶解形成混合溶液；第三步，向混合溶液中加入氧化铝搅拌混合均匀后过200目筛网即得到本发明的电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料。
本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料的制备方法，按步骤进行：第一步，称取所需量的铝溶胶、丙烯酸乳液、硼酸、甘油、氧化铝和水；第二步，将铝溶胶、甘油、硼酸、丙烯酸乳液和水混合后，在温度为50℃至80℃条件下加热至硼酸完全溶解形成混合溶液；第三步，向混合溶液中加入氧化铝搅拌混合均匀后过200目筛网即得到本发明的电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料。
本发明的电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料属于水性涂料，浓度可水调、十分便利，适应于刷涂、喷涂、辊涂，其颜色为白色、灰白色或黑色；在使用的过程中不会产生任何剌激性气味和有害物质，不会对人身产生任何化学侵害，更不会对原铝质量及电解质组份造成任何影响，是一种环境友好型碳阳极表面涂料，使用该产品有利于节能减排、减少工人劳动强度、降低企业生产成本，提高经济效益，对降低企业生产成本，减少电解质炭渣含量，优化电解槽各项技术指标，提高碳阳极利用率，延长炭阳极使用周期有着十分重要意义，具有较宽的推广前景，是一种能够使碳阳极抗高温抗氧化、减少碳渣、降低碳耗的行之有效方法。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所提到各种化学试剂和化学用品如无特殊说明，均为现技术中公知公用的化学试剂和化学用品；本发明中的百分数如没有特殊说明，均为质量百分数；本发明中的水如没有特殊说明，为自来水或纯净水。
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1，该电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料，其原料按重量份数计包括铝溶胶45份至50份、丙烯酸乳液10份至15份、硼酸6份至10份、甘油20份至25份、氧化铝60份至65份和水17份至20份。
实施例2，该电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料，其原料按重量份数计包括铝溶胶45份或50份、丙烯酸乳液10份或15份、硼酸6份或10份、甘油20份或25份、氧化铝60份或65份和水17份或20份。
实施例3，作为实施例1和实施例2的优化，该电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料按下述制备方法得到：第一步，称取所需量的铝溶胶、丙烯酸乳液、硼酸、甘油、氧化铝和水；第二步，将铝溶胶、甘油、硼酸、丙烯酸乳液和水混合后，在温度为50℃至80℃条件下加热至硼酸完全溶解形成混合溶液；第三步，向混合溶液中加入氧化铝搅拌混合均匀后过200目筛网即得到本发明的电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料。本发明以铝溶胶、丙烯酸乳液为高温粘结剂，以氧化铝为高温填充料，以硼酸或硼化物做涂层表面增强剂，以甘油做硼酸助溶剂，用水做浓度调节剂，浓度可水调、十分便利。本发明的电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料是电解铝碳阳极专用涂料，低温烘干或者常温自干，在碳阳极表面形成致密坚硬层，高温煅烧后强度更加明显，不起皮不开裂；同时，本发明的电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料属于水性涂料，浓度可水调、十分便利，适应于刷涂、喷涂、辊涂，其颜色为白色、灰白色或黑色；在使用的过程中不会产生任何剌激性气味和有害物质，不会对人身产生任何化学侵害，更不会对原铝质量及电解质组份造成任何影响，是一种环境友好型碳阳极表面涂料。
本发明的电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料的各原料的理化性质如下：
铝溶胶：铝溶胶的化学分子式为a（Al2O3·nH2O）·bHx·cH2O,其中：Al2O3·nH2O为水合氧化铝，Hx为胶溶剂，系数：b<a、c、n；其外观为半透明至透明的粘稠胶体，胶粒微观结构呈羽毛状，带正电荷，无毒、无臭、不挥发、不可燃，高温脱水后生成活性氧化铝或高纯氧化铝；此铝溶胶具有胶黏性、触变性、易分散性、水溶可逆性、悬浮性、带正电性、吸附性、稳定性等特性。
硼酸：硼酸熔点：169°沸点300°密度1.43；硼酸为白色粉末状结晶或三斜轴面磷片状光泽结晶，有滑腻手感；无臭味溶于水、酒精、甘油、醚类及香精油，水溶液呈弱酸性；大量用于玻璃（光学玻璃、耐酸玻璃、耐热玻璃、绝缘材料用玻璃纤维）工业，可以改善玻璃制品的耐热、透明性能，提高机械强度，缩短熔融时间。
甘油：沸点（℃）：290.0；相对密度：（水=1）：1.26331（℃）；相对蒸气密度：（空气=1）：3.1；粘度：（20°）：1412mPa.s； (25°)：945mPa.s；表面张力（20°）：63.3mN/m；饱和蒸汽压（kPa）:0.4(20℃)；闪点（℃）：177；引燃（℃）：370；体积膨胀系数/K-1：0.000615；溶解性：可混溶于乙醇，与水混溶，不溶于氯仿、醚、二硫化碳、苯、油类，可溶解某些无机物。
丙烯酸乳液：外观：浅白色半透明乳液；黏度：(CP25)300～1000；固含量：49%；PH值：8.5；Tg：105；酸值：55。
氧化铝：相对密度：（d204），熔点：2050℃；难溶于水的白色固体，无臭、无味、质极硬，易吸潮而不解潮（灼烧过的不吸湿）。两性氧化物，能溶于无机酸和碱性溶液中，几乎不溶于水及非极性有机溶剂。
分别检测采用本发明的电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料前后的碳素阳极使用前后的碳素阳极长宽高数据：
表1为经碳素工厂生产加工后的碳素阳极长宽高数据；
表2为经碳素工厂生产加工后采用本发明的电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料前的碳素阳极经电解槽使用38天后的碳素阳极长宽高数据；
表3为经碳素工厂生产加工后采用本发明的电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料后的碳素阳极经电解槽使用38天后的碳素阳极长宽高数据；
结论：
由表1、表2和表3可知，通过为期40天时间经电解槽使用后实验数据所得，相比于使用本发明的电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料前，使用本发明的电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料后碳阳极截面积增加4.88%（全槽），即电流密度降低4.88%，阳极反应消耗速度也降低，因此可延长阳极使用周期1.5天至2天左右，理论上降低阳极吨铝单耗20kg/tAl左右；同时大幅减少了氧化渣量，由表1、表2和表3可知，碳阳极表面涂刷本发明的电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料后可有效减少电解槽炭渣含量约50%至80%，不仅可以减少电解质因为碳渣而带来的污染，稳定电解生产,同时，残极回收率提高10%以上，按照300kg左右残极计算，每个阳极将多回收30kg左右残极；进一步减少氧化掉渣、降低氟盐消耗及CO2排放：由于碳渣产生的大幅度减少，电解铝生产过程中基本无碳渣捞出，因此可以降低氟盐消耗2kg/tAl左右，同时吨铝减少碳消耗30kg/tAl左右，即减少CO2排放110kg/tAl左右。因此，能够有效降低企业生产成本，减少电解质炭渣含量，优化电解槽各项技术指标，提高碳阳极利用率。
并且，通过实验可知，本发明可以耐1000℃高温甚至更高温。
本发明的电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料属于水性涂料，浓度可水调、十分便利，适应于刷涂、喷涂、辊涂，其颜色为白色、灰白色或黑色；在使用的过程中不会产生任何剌激性气味和有害物质，不会对人身产生任何化学侵害，更不会对原铝质量及电解质组份造成任何影响，是一种环境友好型碳阳极表面涂料因此，使用该产品有利于节能减排、减少工人劳动强度、降低企业生产成本，提高经济效益，对降低企业生产成本，减少电解质炭渣含量，优化电解槽各项技术指标，提高碳阳极利用率，延长炭阳极使用周期有着十分重要意义，具有较宽的推广前景。
以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
表1
长 高 宽
碳阳极1 1800mm 650mm 740mm
碳阳极2 1800mm 650mm 740mm
碳阳极3 1800mm 650mm 740mm
表2
长 高 宽
碳阳极1 1680mm 700mm 150mm
碳阳极2 1700mm 680mm 160mm
碳阳极3 1650mm 690mm 160mm
表3
长 高 宽
碳阳极1 1800mm 220mm 740mm
碳阳极2 1790mm 240mm 740mm
碳阳极3 1760mm 200mm 720mm

Claims (3)

1.一种电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料，其特征在于原料按重量份数计包括铝溶胶45份至50份、丙烯酸乳液10份至15份、硼酸6份至10份、甘油20份至25份、氧化铝60份至65份和水17份至20份。
2.根据权利要求1所述的电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料，其特征在于按下述方法得到：第一步，称取所需量的铝溶胶、丙烯酸乳液、硼酸、甘油、氧化铝和水；第二步，将铝溶胶、甘油、硼酸、丙烯酸乳液和水混合后，在温度为50℃至80℃条件下加热至硼酸完全溶解形成混合溶液；第三步，向混合溶液中加入氧化铝搅拌混合均匀后过200目筛网即得到本发明的电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料。
3.一种根据权利要求1所述的电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料的制备方法，其特征在于按步骤进行：第一步，称取所需量的铝溶胶、丙烯酸乳液、硼酸、甘油、氧化铝和水；第二步，将铝溶胶、甘油、硼酸、丙烯酸乳液和水混合后，在温度为50℃至80℃条件下加热至硼酸完全溶解形成混合溶液；第三步，向混合溶液中加入氧化铝搅拌混合均匀后过200目筛网即得到本发明的电解铝碳阳极表面抗高温抗氧化涂料。
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