铝电解预焙阳极及其生产工艺

摘要

本发明提供了一种铝电解预焙阳极及其生产工艺，属于炭素制品领域，该铝电解预焙阳极的原料按重量百分数计包括：配料组分82～86％和粘接剂14％～18％，其中，配料组分按重量百分比计包括煅后石油焦80％～84％、残极14％～16％以及阴极铣面粉2％～4％。该生产工艺包括备取上述铝电解预焙阳极的原料，将配料组分进行一级混合，加入粘结剂，进行二级混合制得糊料，对糊料进行振动成型，得到阳极生坯，将阳极生坯水冷养护后进行焙烧冷却。该生产工艺能够降低铝电解预焙阳极的电阻率、提高炭素阳极的导电性能，从而获得电阻率低的预焙阳极制品，进而降低电解生产电能的消耗。

权利要求

1.一种铝电解预焙阳极，其特征在于，其原料按重量百分数计包括：配料组分82～86％和粘接剂14％～18％，其中，所述配料组分按重量百分比计包括煅后石油焦80％～84％、灰分含量小于1％的残极14％～16％以及铝电解用阴极的加工过程中产生的阴极铣面粉2％～4％。

2.根据权利要求1所述的铝电解预焙阳极，其特征在于，所述阴极铣面粉包括所述铝电解用阴极加工过程中的机加工切屑粉和收尘粉。

3.根据权利要求1所述的铝电解预焙阳极，其特征在于，所述阴极铣面粉的粒径小于等于0.074mm。

4.根据权利要求1所述的铝电解预焙阳极，其特征在于，所述粘接剂包括煤沥青和添加剂，所述添加剂包括环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂、呋喃树脂中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的铝电解预焙阳极，其特征在于，所述煅后石油焦按重量百分比计包括一级颗粒18％～23％、二级颗粒20％～25％、三级颗粒25％～30％和四级粉末32％～37％，其中，所述一级颗粒的粒径大于等于5mm，且小于8mm，所述二级颗粒的粒径大于等于2mm，且小于5mm，所述三级颗粒的粒径小于2mm，所述四级粉末的粒径小于等于0.074mm。

6.根据权利要求1所述的铝电解预焙阳极，其特征在于，所述铝电解预焙阳极的电阻率为53～54μΩ·m。

7.一种如权利要求1所述的铝电解预焙阳极的生产工艺，其特征在于，将所述原料中的所述配料组分进行一级混合，加入粘结剂，进行二级混合制得糊料，对所述糊料进行振动成型，得到阳极生坯，将所述阳极生坯水冷养护后进行焙烧，冷却。

8.根据权利要求7所述的铝电解预焙阳极的生产工艺，其特征在于，所述一级混合的混合时间为20～25min，混合温度为95～105℃；所述二级混合的混合时间为30～40min，混合温度为150～160℃；所述振动成型的振动时间为90～120s，压力1.3～1.8kg/cm2；所述焙烧的温度为1150～1250℃，时间为70～80h。

9.根据权利要求7所述的铝电解预焙阳极的生产工艺，其特征在于，在进行所述一级混合时，先将所述煅后石油焦和所述残极置于容器中进行搅拌，并于搅拌过程中不断加入所述阴极铣面粉。

10.根据权利要求7所述的铝电解预焙阳极的生产工艺，其特征在于，所述阳极生坯的体积密度为1.64～1.66g/cm3。

说明书

铝电解预焙阳极及其生产工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及炭素制品领域，具体涉及一种铝电解预焙阳极及其生产工艺。

背景技术

[0002] 预焙阳极在铝电解槽生产过程中起着十分重要的作用，它作为导体将直流电导入电解槽，并作为电解槽阳极材料参与阳极反应过程，其质量和工作状况对铝电解生产是否正常及电流效率、电能消耗、原铝品位等经济技术指标有重大关联，特别是电阻率指标，是阳极优质与否的重要指标。

[0003] 预焙阳极炭块一般为长方体，电解槽通电时通过它的电流密度一般为0.7A/cm2～2
0.8A/cm ，加上导杆与接点电阻，铝电解生产消耗在炭阳极上的电压降为300mV～500mV，占电解槽电压降的10％～15％。在电解槽中，预焙阳极的电阻率增大，则导致阳极电压降升高，电解消耗也随之增大，炭块电阻率每增加1μΩ·m会使槽电压上升2.59mV，每上升1mV压降可增加电耗3.2Kwh/t-Al。

[0004] 在预焙阳极实际生产过程中，因生产工艺流程长，各工序影响因素较多，电阻率往往波动比较大，给阳极质量造成不稳定因素，进而影响其在电解槽中的高效节能使用。铝电解用预焙阳极有色金属行业标准(YS/T285-2012)中对预焙阳极电阻率的要求，一级品不大于57μΩ·m，二级品不大于62μΩ·m。预焙阳极电阻率的变化是热处理温度变化的一个函数。在生产流程中，原料石油焦的结构、气孔率、粒度分布、粉焦含量；工艺条件煅烧温度的控制、焙烧升温速率、最终焙烧温度、保温时间；物料粒级最佳搭配、设备调控、参数设置与员工操作规范度等都会对阳极电阻率产生较大影响，现有技术中大多都是围绕于此进而研究，或是改变配方，或是优化工艺条件，以期得到优质阳极，但采用现有技术制备的预焙阳极仍具有较高的电阻率。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种铝电解预焙阳极，其拥有较低的电阻率，能够降低生产成本。

[0006] 本发明的另一目的在于提供一种铝电解预焙阳极的生产工艺，其能够降低铝电解预焙阳极的电阻率、提高炭素阳极的导电性能，进而降低电解生产电能的消耗。

[0007] 本发明的实施例是这样实现的：

[0008] 一种铝电解预焙阳极，其原料按重量百分数计包括：配料组分82～86％和粘接剂14％～18％，其中，配料组分按重量百分比计包括煅后石油焦80％～84％、灰分含量小于
1％的残极14％～16％以及铝电解用阴极的加工过程中产生的阴极铣面粉2％～4％。

[0009] 一种铝电解预焙阳极的生产工艺，备取上述铝电解预焙阳极的原料，将配料组分进行一级混合，加入粘结剂，进行二级混合制得糊料，对糊料进行振动成型，得到阳极生坯，将阳极生坯水冷养护后进行焙烧，冷却。

[0010] 本发明实施例的有益效果是：阴极铣面粉是在生产铝电解用阴极过程中产生的，因阴极炭块主要是由电煅无烟煤、石墨碎、焙烧碎及粘结剂经混捏、1200℃高温焙烧而成，且采用的电煅无烟煤是经1800～2000℃煅烧而成，具有较高的石墨化度，导电性能好。铝电解用石墨质阴极炭块有色金属行业标准(YS/T 623-2012)中对GS-3电阻率的要求为不大于35μΩ·m，对GS-5电阻率的要求为不大于30μΩ·m。为此，阴极加工过程中残余的阴极铣面粉具有电阻率低、均匀、质优等特点，将其掺配到煅后石油焦、灰分含量小于1％的残极中可以起到降低电阻率的作用。另外，该阴极铣面粉为阴极车间残余物料，消化吸收掉可以实现资源回收利用，降低生产成本。本发明提供的生产方法，利用阴极铣面粉作为配料组分之一，能够实现降低电阻率，提高炭素阳极的导电性能，进而降低电解生产电能的消耗。

具体实施方式

[0011] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

[0012] 下面对本发明实施例的一种铝电解预焙阳极及其生产工艺进行具体说明。

[0013] 一种铝电解预焙阳极，其原料按重量百分数计包括：配料组分82～86％和粘接剂14％～18％，其中，配料组分按重量百分比计包括煅后石油焦80％～84％、灰分含量小于
1％的残极14％～16％以及铝电解用阴极的加工过程中产生的阴极铣面粉2％～4％。

[0014] 需要说明的是，原料的重量百分数为配料组分和粘接剂占原料的总量的重量百分比，而配料组分的重量百分比为各个组分(如煅后石油焦、残极以及阴极铣面粉)占配料组分的总量的重量百分比。

[0015] 煅后石油焦：在炼钢用的石墨电极或制铝、制镁用的阳极糊(融熔电极)时，为使石油焦(生焦)适应要求，必须对生焦进行煅烧。

[0016] 煅后石油焦按重量百分比计包括一级颗粒18％～23％、二级颗粒20％～25％、三级颗粒25％～30％和四级粉末32％～37％，其中，一级颗粒的粒径为5mm～8mm，二级颗粒的粒径为2mm～5mm，三级颗粒的粒径<2mm，四级粉末是由一级颗粒、二级颗粒和三级颗粒混合研磨制得，四级粉末的粒径≤0.074。

[0017] 具体地，将煅后石油焦粉碎后进行筛分，得到一级颗粒、二级颗粒和三级颗粒，然后将粉碎后未筛分的煅后石油焦研磨成四级粉末，一级颗粒的粒径为5mm～8mm，表示一级颗粒的粒径大于等于5mm，小于8mm；同样的二级颗粒的粒径为2mm～5mm，表示二级颗粒的粒径大于等于2mm，小于5cm；由于颗粒的粒径必然大于0，所以，本发明实施例在描述三级颗粒的粒径时，仅说明其粒径小于2mm，但应当理解的是，三级颗粒的粒径大于0mm且小于2mm。四级粉末的粒径小于等于0.074mm。

[0018] 然后将制得的一级颗粒、二级颗粒、三级颗粒以及四级粉末按照比例进行配比，即煅后石油焦按重量百分比计包括一级颗粒18％～23％、二级颗粒20％～25％、三级颗粒25％～30％和四级粉末32％～37％，备取后的煅后石油焦作为铝电解预焙阳极的配料组分。

[0019] 残极是指预焙阳极炭块在电解槽上使用以后的残余部分。残极长期与电解质接触，含有较高的电解质成分，如铝、钠、钾、钙、镁、锂、氟等成分，其表面往往附有电解质所形成的硬壳。本实施例中，通过测定选择灰分含量小于1％的残极作为本发明实施例中的铝电解预焙阳极的配料组分。

[0020] 阴极铣面粉是在生产铝电解用阴极过程中产生的，包括在铝电解用阴极加工过程中的铣床切削下来的机加工切屑粉和净化除尘器吸收而获得的收尘粉。因阴极炭块主要是由电煅无烟煤、石墨碎、焙烧碎及粘结剂经混捏、1200℃高温焙烧而成，且采用的电煅无烟煤是经1800～2000℃煅烧而成，具有较高的石墨化度，导电性能好。铝电解用石墨质阴极炭块有色金属行业标准(YS/T 623-2012)中对GS-3电阻率的要求为不大于35μΩ·m，对GS-5电阻率的要求为不大于30μΩ·m。为此，阴极加工过程中残余的阴极铣面粉具有电阻率低、均匀、质优等特点。本发明实施例中将阴极铣面粉掺配到煅后石油焦和残极中可以起到降低电阻率的作用。另外，该铣面粉为阴极车间残余物料，消化吸收掉可以实现资源回收利用，降低生产成本。

[0021] 本实施例中，选取粒径小于等于0.074mm的阴极铣面粉作为本发明实施例的配料组分，阴极铣面粉的粒径小，便于与煅后石油焦和残极混合，混合更均匀。

[0022] 上述煅后石油焦、残极以及阴极铣面粉作为配料组分，占配料组分的重量百分比分别为煅后石油焦80％～84％、灰分含量小于1％的残极14％～16％以及阴极铣面粉2％～4％。将配料组分按照相应的比例配制完成后，再将配料组分和粘接剂按照配料组分82～
86％和粘接剂14％～18％的比例进行配合。

[0023] 其中，粘接剂包括煤沥青和添加剂，添加剂包括环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂、呋喃树脂中的一种或多种。

[0024] 一种铝电解预焙阳极的生产工艺，其包括以下步骤：

[0025] S1、一级混合：

[0026] 先将煅后石油焦和残极置于容器中进行搅拌，并于搅拌过程中不断加入阴极铣面粉。其中，阴极铣面粉是单独放置于料仓内，称重后直接打入螺旋输送机内，并由螺旋输送机将阴极铣面粉进行不断加入至容器(例如：混捏锅)中进行一级混合，混合时间为20～25min，混合温度为95～105℃。

[0027] S2、二级混合：

[0028] 将预先配置好的粘接剂加入容器中进行二级混合(混捏)制得糊料，混合时间为30～40min，混合温度为150～160℃。

[0029] S3、振动成型：

[0030] 对糊料进行振动成型，得到阳极生坯，振动成型的振动时间为90～120s，压力1.3～1.8kg/cm2；振动成型可以利用常规设备(例如：振动成型机)进行。

[0031] S4、焙烧：

[0032] 将阳极生坯水冷养护后进行焙烧，焙烧后冷却即得。焙烧的温度为1150～1250℃，时间为70～80h。

[0033] 通过该加工工艺的方法和特定的参数制得的阳极生坯的的体积密度为1.64～1.66g/cm3，而制得的铝电解预焙阳极的电阻率为53～54μΩ·m。

[0034] 本发明实施例充分利用了阴极加工过程中残余的阴极铣面粉具有电阻率低、均匀、质优等特点，将其掺配到煅后石油焦、灰分含量小于1％的残极中可以起到降低电阻率的作用。另外，该阴极铣面粉为阴极车间残余物料，消化吸收掉可以实现资源回收利用，降低生产成本。本发明提供的生产方法，利用本实施例提供的原料在特定的工艺参数下制备，能够实现降低电阻率，提高炭素阳极的导电性能，进而降低电解生产电能的消耗。

[0035] 以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述：

[0036] 实施例一

[0037] 一种铝电解预焙阳极，其原料按重量百分比计包括：配料组分84％和粘接剂16％。其中，配料组分按重量百分比计包括煅后石油焦83％、灰分含量小于1％的残极15％以及阴极铣面粉2％。煅后石油焦按重量百分比计包括：一级颗粒18％、二级颗粒25％，三级颗粒
25％，四级粉末32％。其中粘结剂是由煤沥青和酚醛树脂组成。

[0038] 将称重好的配料组分进行一级混合，混合时间为25min，混合温度为98℃，接着加入粘结剂，进行二级混合制得糊料，二级混合的混合时间为30min，混合温度为155℃，对糊料进行振动成型，振动成型的振动时间为100s，压力1.6kg/cm2，得到阳极生坯，阳极生坯的3
体积密度为1.65g/cm 。将阳极生坯水冷养护后进行焙烧，焙烧的温度为1200℃，时间为
72h。焙烧后冷却得到铝电解预焙阳极制品。

[0039] 实施例二

[0040] 一种铝电解预焙阳极，其原料按重量百分比计包括：配料组分82％和粘接剂18％。

[0041] 其中，配料组分按重量百分比计包括煅后石油焦84％、灰分含量小于1％的残极14％以及阴极铣面粉2％。煅后石油焦按重量百分比计包括：一级颗粒23％、二级颗粒20％，三级颗粒25％，四级粉末32％。其中粘结剂是由煤沥青、环氧树脂和酚醛树脂组成。

[0042] 将称重好的配料组分进行一级混合，混合时间为22min，混合温度为95℃，接着加入粘结剂，进行二级混合制得糊料，二级混合的混合时间为35min，混合温度为150℃，对糊料进行振动成型，振动成型的振动时间为120s，压力1.4kg/cm2，得到阳极生坯，阳极生坯的体积密度为1.64g/cm3。将阳极生坯水冷养护后进行焙烧，焙烧的温度为1150℃，时间为70h。焙烧后冷却得到铝电解预焙阳极制品。

[0043] 实施例三

[0044] 一种铝电解预焙阳极，其原料按重量百分比计包括：配料组分86％和粘接剂14％。其中，配料组分按重量百分比计包括煅后石油焦80％、灰分含量小于1％的残极16％以及阴极铣面粉4％。煅后石油焦按重量百分比计包括：一级颗粒18％、二级颗粒20％，三级颗粒
30％，四级粉末32％。其中粘结剂是由煤沥青和糠醛树脂组成。

[0045] 先将煅后石油焦和残极置于容器中进行搅拌，并于搅拌过程中不断加入阴极铣面粉。其中，阴极铣面粉是单独放置于料仓内，称重后直接打入螺旋输送机内，并由螺旋输送机将阴极铣面粉进行不断加入至混捏锅中进行一级混合，混合时间为21min，混合温度为100℃，接着加入粘结剂，进行二级混合制得糊料，二级混合的混合时间为33min，混合温度
2
为160℃，对糊料进行振动成型，振动成型的振动时间为90s，压力1.7kg/cm ，得到阳极生坯，阳极生坯的体积密度为1.66g/cm3。将阳极生坯水冷养护后进行焙烧，焙烧的温度为
1190℃，时间75h。焙烧后冷却得到铝电解预焙阳极制品。

[0046] 实施例四

[0047] 一种铝电解预焙阳极，其原料按重量百分比计包括：配料组分85％和粘接剂15％。其中，配料组分按重量百分比计包括煅后石油焦82％、灰分含量小于1％的残极15％以及阴极铣面粉3％。煅后石油焦按重量百分比计包括：一级颗粒18％、二级颗粒20％，三级颗粒
25％，四级粉末37％。其中粘结剂是由煤沥青、环氧树脂、呋喃树脂和呋喃树脂组成。

[0048] 将称重好的配料组分进行一级混合，混合时间为20min，混合温度为102℃，接着加入粘结剂，进行二级混合制得糊料，二级混合的混合时间为40min，混合温度为157℃，对糊料进行振动成型，振动成型的振动时间为110s，压力1.5kg/cm2，得到阳极生坯，阳极生坯的体积密度为1.64g/cm3。将阳极生坯水冷养护后进行焙烧，焙烧的温度为1225℃，时间为80h。焙烧后冷却得到铝电解预焙阳极制品。

[0049] 实施例五

[0050] 一种铝电解预焙阳极，其原料按重量百分比计包括：配料组分83％和粘接剂17％。其中，配料组分按重量百分比计包括煅后石油焦81％、灰分含量小于1％的残极15.5％以及阴极铣面粉3.5％。煅后石油焦按重量百分比计包括：一级颗粒19％、二级颗粒22％，三级颗粒26％，四级粉末33％。其中粘结剂是由煤沥青、环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂、呋喃树脂和酚醛树脂组成。

[0051] 先将煅后石油焦和残极置于容器中进行搅拌，并于搅拌过程中不断加入阴极铣面粉。其中，阴极铣面粉是单独放置于料仓内，称重后直接打入螺旋输送机内，并由螺旋输送机将阴极铣面粉进行不断加入至混捏锅中进行一级混合，混合时间为23min，混合温度为105℃，接着加入粘结剂，进行二级混合制得糊料，二级混合的混合时间为37min，混合温度为159℃，对糊料进行振动成型，振动成型的振动时间为105s，压力1.8kg/cm2，得到阳极生坯，阳极生坯的体积密度为1.66g/cm3。将阳极生坯水冷养护后进行焙烧，焙烧的温度为
1250℃，时间为78h。焙烧后冷却得到铝电解预焙阳极制品。

[0052] 实验数据

[0053] 采用本发明实施例一～实施例五提供的生产工艺制得的铝电解预焙阳极各项指标均符合YS/T185-2012标准一级品要求，与现有技术中制得预焙阳极制品的各项性能指标对照表为：

[0054]

[0055] 通过批量试验生产分析，利用本实施例提供的原料在特定的工艺参数下制备，可以有效降低预焙阳极制品的电阻率、空气渗透率，增加阳极耐压强度，同时，可以消耗掉阴极车间的阴极铣面粉，实现车间资源回收利用，降低生产成本。

[0056] 以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。