一種電解鋁用陽極炭塊的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電解鋁用陽極炭塊的制備方法，屬于碳素生產(chǎn)領(lǐng)域。具體包括以下步驟：首先，選取無煙煤、半焦與炭黑為主要原料，煤瀝青為粘結(jié)劑，再將經(jīng)煅燒后無煙煤、半焦和炭黑粉碎后制成粉，然后將其放入氫氧化鈉溶液中浸漬；利用振動成型機(jī)將煤瀝青與浸漬后的煤粉壓制成型，得到炭塊；在將經(jīng)過炭化后的炭塊放入處理后煤瀝青中浸漬；最后將炭塊放入炭化爐中進(jìn)一步固化，得到本發(fā)明陽極炭塊。本發(fā)明提供了一種電解鋁用陽極炭塊的制備方法，這種陽極炭塊以煤炭為主要原料，降低了生產(chǎn)成本，制作方法簡單，所得陽極炭塊性能優(yōu)良，耐氧化性好，導(dǎo)電性好，延長了使用周期，適合廣泛應(yīng)用。
【專利說明】-種電解錯用陽極炭塊的制備方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及碳素生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種電解侶用陽極炭塊的制備方法。 【技術(shù)背景】
[0002] 侶是地殼中元素最多的元素，世界上所有的侶都是用電解法生產(chǎn)出來的，電解侶 工業(yè)歷經(jīng)30多年發(fā)展，逐步成為中國重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，但由于生產(chǎn)過程中耗電高，歷來被稱 為"高耗能產(chǎn)業(yè)"，也是國家重點(diǎn)調(diào)控的產(chǎn)業(yè)之一。
[0003] 目前，在節(jié)能減排降碳的整體形勢下，各行各業(yè)都在采用措施節(jié)約能源，具體到電 解侶行業(yè)，電解侶中化11-Heroult烙鹽電解法仍然是工業(yè)煉侶的唯一方法。該方法是將 Ah化烙解在高溫烙融鹽中，在直流電的作用下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，含氧絡(luò)合離子在陽極放電 并氧化炭陽極并釋放C〇2,含侶絡(luò)合離子在陰極放電得到烙融金屬侶。
[0004] 現(xiàn)代電解侶行業(yè)所用陽極炭塊均W石油焦為主料，W煤漸青為粘結(jié)劑，經(jīng)過配料、 混捏、成型和賠燒等階段制成。近幾年，國民經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，石油制品消費(fèi)量連年攀升，石油 焦的供應(yīng)量趨于下降，W致于大大增加了制作陽極炭塊的成本，并且炭塊制作工藝存在參 數(shù)控制不合理的情況，導(dǎo)致煤漸青不能充分發(fā)揮粘結(jié)作用，使成型的陽極炭塊出現(xiàn)容易破 碎和使用周期短的現(xiàn)象。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005] 鑒于W上提出的問題，本發(fā)明提供了一種電解侶用陽極炭塊的制備方法，運(yùn)種陽 極炭塊W煤炭為主要原料，降低了生產(chǎn)成本，制作方法簡單，所得陽極炭塊性能優(yōu)良，耐氧 化性好，導(dǎo)電性好，延長了使用周期，適合廣泛應(yīng)用。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] -種電解侶用陽極炭塊的制備方法，具體方法包括W下步驟：
[000引（1)原料:選擇無煙煤、半焦與炭黑為主要原料，煤漸青為粘結(jié)劑；
[0009] (2)般燒:將無煙煤、半焦W及燃煤催化劑放入般燒爐中，在1250-1300°C下般燒8- 1化后取出，將般燒后的無煙煤、半焦和炭黑混合，將混合物放入粉碎機(jī)中粉碎至粒度小于 1mm，得到混合物a;其中，所述燃煤催化劑為：1.0wt%的硝酸鋼與l.Owt%碳酸鐘，添加量為 煤總質(zhì)量的0.05-0.08 %;
[0010] (3)浸潰:將步驟(2)所得混合物a放入濃度為0.5-1.Owt%的氨氧化鋼溶液中浸潰 0.5-1. Oh，過濾后，用清水洗涂，驚干，得到混合物b;
[0011] (4)成型:將步驟(3)所得混合物b放入混料機(jī)中混合20min，再于105-11(TC溫度下 與煤漸青混捏1.0-1.化，得到混合糊料，將混合糊料放入振動成型機(jī)中，壓制成型，得到炭 塊a;其中，所述混合物b與煤漸青的質(zhì)量比為8:1-1.5;
[0012] (5)炭化:將步驟(4)成型的炭塊a放入炭化爐中，W5-9°C/min的升溫速率升溫至 450-550°C，并于溫度為450-550°C炭化5-化，冷卻至常溫得到炭塊b;
[0013] (6)浸潰:將煤漸青破碎至粒度為l-2cm，再將破碎后的煤漸青放入浸潰劑慷醇樹 脂中，常溫下浸潰4-化，然后過濾，取出煤漸青，將取出的煤漸青加熱至100-105°C，將步驟 (5)所得炭塊b放入加熱烙融的煤漸青中，保持煤漸青恒溫于100-105°C，浸潰6-8h，取出，得 到炭塊C;
[0014] (7)固化:將步驟(6)所得炭塊C放入炭化爐中，通入氮?dú)猓3-5°C/min的升溫速 率加熱至250-300°C，保持炭化溫度為250-300°C，炭化3-化，冷卻后取出，即得到成品陽極 炭塊。
[0015] 進(jìn)一步地，在步驟(1)中，所述無煙煤、半焦與炭黑的質(zhì)量比為10:2-2.5:1-1.2。
[0016] 進(jìn)一步地，在步驟(3)中，所述混合物a與所述濃度為0.5-1. Owt %的氨氧化鋼溶液 的質(zhì)量比為1:4-4.5。
[0017] 進(jìn)一步地，在步驟(4)中，所述振動成型機(jī)在使用前預(yù)熱，使振動成型機(jī)較所述煤 粉高4-5°C。
[0018] 進(jìn)一步地，在步驟(6)中，所述煤漸青與所述慷醇樹脂的質(zhì)量比為1:3-4。
[0019] 進(jìn)一步地，在步驟(7)中，所述氮?dú)獾捏w積流量為350-450ml/min。
[0020] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0021] (1)本發(fā)明的陽極炭塊所用主要原料為無煙煤、半焦和炭黑，替代石油焦。增加了 我國煤炭的利用率，從而降低生產(chǎn)成本;本發(fā)明所用無煙煤的含碳量在90% W上，半焦中碳 元素所占比例達(dá)95%，經(jīng)過高溫般燒、磨碎后，加入一定比例的燃煤催化劑，W特定比例混 合使用，可提高煤的燃燒效率，還能降低混合煤粉燃燒排放的廢氣量;本發(fā)明中還加入炭 黑，炭黑原子之間可形成共價(jià)鍵，碳原子通過共價(jià)鍵在電勢上產(chǎn)生通路，從而減小電阻，實(shí) 現(xiàn)節(jié)能的目的。
[0022] (2)嚴(yán)格把控制作工藝，混合煤粉經(jīng)過氨氧化鋼浸潰、壓制成型與炭化工藝，降低 了原料灰分與雜質(zhì)含量，使所得炭塊在下一步浸潰過程能與浸潰劑較好融合，提高了陽極 炭塊的抗氧化性能，其中，成型所用振動成型機(jī)在使用前預(yù)熱，溫度較所述煤粉高4-5Γ，可 減少陽極炭塊的裂紋與縫隙，提高其機(jī)械強(qiáng)度。
[0023] (3)本發(fā)明所用粘結(jié)劑為煤漸青，首先將煤漸青放入有機(jī)溶劑慷醇樹脂中浸潰，可 提高煤漸青的粘結(jié)性和耐腐蝕性;再將處理后的炭塊放入加熱烙融的煤漸青中浸潰特定時 間，煤漸青內(nèi)的多芳控化合物經(jīng)過一系列的熱解和縮聚反應(yīng)，最后形成粘結(jié)劑焦，將炭粉與 焦粉粘結(jié)在一起，形成機(jī)械性能和抗氧化性能較好的陽極炭塊。
[0024] 總之，本發(fā)明提供了一種電解侶用陽極炭塊的制備方法，運(yùn)種陽極炭塊W煤炭為 主要原料，降低了生產(chǎn)成本，制作方法簡單，所得陽極炭塊性能優(yōu)良，耐氧化性好，導(dǎo)電性 好，延長了使用周期，適合廣泛應(yīng)用。 【【具體實(shí)施方式】】
[0025] 下面的實(shí)施例可W幫助本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面的理解本發(fā)明，但不可任何 方式限制本發(fā)明。
[00%] 實(shí)施例1
[0027] -種電解侶用陽極炭塊的制備方法，具體方法包括W下步驟：
[0028] (1)原料:選擇無煙煤、半焦與炭黑為主要原料，煤漸青為粘結(jié)劑;其中，所述無煙 煤、半焦與炭黑的質(zhì)量比為10:2:1;
[0029] (2)般燒:將無煙煤、半焦W及燃煤催化劑放入般燒爐中，在1250°C下般燒化后取 出，將般燒后的無煙煤、半焦和炭黑混合，將混合物放入粉碎機(jī)中粉碎至粒度小于1mm，得到 混合物a;其中，所述燃煤催化劑為：l.〇wt%的硝酸鋼與l.Owt%碳酸鐘，添加量為煤總質(zhì)量 的 0.05%;
[0030] (3)浸潰：將步驟（2)所得混合物a放入濃度為0.5wt%的氨氧化鋼溶液中浸潰 0. 5h，過濾后，用清水洗涂，驚干，得到混合物b;其中，所述混合物a與所述濃度為0.5wt %的 氨氧化鋼溶液的質(zhì)量比為1: 4。
[0031] (4)成型:將步驟(3)所得混合物b放入混料機(jī)中混合20min，再于105°C溫度下與煤 漸青混捏1.化，得到混合糊料，將混合糊料放入振動成型機(jī)中，壓制成型，得到炭塊a;其中， 所述混合物b與煤漸青的質(zhì)量比為8:1;所述振動成型機(jī)在使用前預(yù)熱，使振動成型機(jī)較所 述煤粉高4°C;
[0032] (5)炭化:將步驟(4)成型的炭塊a放入炭化爐中，W5°C/min的升溫速率升溫至450 °C，并于溫度為450°C炭化化，冷卻至常溫得到炭塊b;
[0033] (6)浸潰:將煤漸青破碎至粒度為l-2cm，再將破碎后的煤漸青放入浸潰劑慷醇樹 脂中，常溫下浸潰地，然后過濾，取出煤漸青，將取出的煤漸青加熱至100°C，將步驟(5)所得 炭塊b放入加熱烙融的煤漸青中，保持煤漸青恒溫于100°C，浸潰化，取出，得到炭塊C;其中， 所述煤漸青與所述慷醇樹脂的質(zhì)量比為1:3;
[0034] (7)固化:將步驟(6)所得炭塊C放入炭化爐中，通入氮?dú)?，并W3°C/min的升溫速率 加熱至250°C，保持炭化溫度為250°C，炭化化，冷卻后取出，即得到成品陽極炭塊。其中，所 述氮?dú)獾捏w積流量為350ml/min。
[0035] 實(shí)施例2
[0036] -種電解侶用陽極炭塊的制備方法，具體方法包括W下步驟：
[0037] (1)原料:選擇無煙煤、半焦與炭黑為主要原料，煤漸青為粘結(jié)劑;其中，所述無煙 煤、半焦與炭黑的質(zhì)量比為10:2.5:1.2;
[0038] (2)般燒:將無煙煤、半焦W及燃煤催化劑放入般燒爐中，在130(TC下般燒lOh后取 出，將般燒后的無煙煤、半焦和炭黑混合，將混合物放入粉碎機(jī)中粉碎至粒度小于1mm，得到 混合物a;其中，所述燃煤催化劑為：l.〇wt%的硝酸鋼與l.Owt%碳酸鐘，添加量為煤總質(zhì)量 的 0.08%;
[0039] (3)浸潰：將步驟（2)所得混合物a放入濃度為l.Owt%的氨氧化鋼溶液中浸潰 1. Oh，過濾后，用清水洗涂，驚干，得到混合物b;其中，所述混合物a與所述濃度為1. Owt %的 氨氧化鋼溶液的質(zhì)量比為1:4.5。
[0040] (4)成型:將步驟(3)所得混合物b放入混料機(jī)中混合20min，再于11(TC溫度下與煤 漸青混捏1.化，得到混合糊料，將混合糊料放入振動成型機(jī)中，壓制成型，得到炭塊a;其中， 所述混合物b與煤漸青的質(zhì)量比為8:1.5;所述振動成型機(jī)在使用前預(yù)熱，使振動成型機(jī)較 所述煤粉高5°C;
[0041] (5)炭化:將步驟(4)成型的炭塊a放入炭化爐中，W9°C/min的升溫速率升溫至550 °C，并于溫度為550°C炭化化，冷卻至常溫得到炭塊b;
[0042] (6)浸潰:將煤漸青破碎至粒度為l-2cm，再將破碎后的煤漸青放入浸潰劑慷醇樹 脂中，常溫下浸潰化，然后過濾，取出煤漸青，將取出的煤漸青加熱至l〇5°C，將步驟(5)所得 炭塊b放入加熱烙融的煤漸青中，保持煤漸青恒溫于105°C，浸潰化，取出，得到炭塊c;其中， 所述煤漸青與所述慷醇樹脂的質(zhì)量比為1:4;
[0043] (7)固化:將步驟(6)所得炭塊C放入炭化爐中，通入氮?dú)?，并W5°C/min的升溫速率 加熱至300°C，保持炭化溫度為300°C，炭化化，冷卻后取出，即得到成品陽極炭塊。其中，所 述氮?dú)獾捏w積流量為450ml/min。
[0044] 實(shí)施例3
[0045] -種電解侶用陽極炭塊的制備方法，具體方法包括W下步驟：
[0046] (1)原料:選擇無煙煤、半焦與炭黑為主要原料，煤漸青為粘結(jié)劑;其中，所述無煙 煤、半焦與炭黑的質(zhì)量比為10:2:1;
[0047] (2)般燒:將無煙煤、半焦W及燃煤催化劑放入般燒爐中，在1280°C下般燒化后取 出，將般燒后的無煙煤、半焦和炭黑混合，將混合物放入粉碎機(jī)中粉碎至粒度小于1mm，得到 混合物a;其中，所述燃煤催化劑為：l.〇wt%的硝酸鋼與l.Owt%碳酸鐘，添加量為煤總質(zhì)量 的 0.06%;
[004引（3)浸潰：將步驟（2)所得混合物a放入濃度為0.6wt%的氨氧化鋼溶液中浸潰 0.6h，過濾后，用清水洗涂，驚干，得到混合物b;其中，所述混合物a與所述濃度為0.6wt %的 氨氧化鋼溶液的質(zhì)量比為1:4.2。
[0049] (4)成型:將步驟(3)所得混合物b放入混料機(jī)中混合20min，再于108°C溫度下與煤 漸青混捏1.化，得到混合糊料，將混合糊料放入振動成型機(jī)中，壓制成型，得到炭塊a;其中， 所述混合物b與煤漸青的質(zhì)量比為8:1.2;所述振動成型機(jī)在使用前預(yù)熱，使振動成型機(jī)較 所述煤粉高4.5 °C;
[0050] (5)炭化:將步驟(4)成型的炭塊a放入炭化爐中，W7°C/min的升溫速率升溫至500 °C，并于溫度為500°C炭化化，冷卻至常溫得到炭塊b;
[0051] (6)浸潰:將煤漸青破碎至粒度為l-2cm，再將破碎后的煤漸青放入浸潰劑慷醇樹 脂中，常溫下浸潰化，然后過濾，取出煤漸青，將取出的煤漸青加熱至l〇2°C，將步驟(5)所得 炭塊b放入加熱烙融的煤漸青中，保持煤漸青恒溫于102°C，浸潰化，取出，得到炭塊C;其中， 所述煤漸青與所述慷醇樹脂的質(zhì)量比為1:3.5;
[0052] (7)固化:將步驟(6)所得炭塊C放入炭化爐中，通入氮?dú)猓4°C/min的升溫速率 加熱至280°C，保持炭化溫度為280°C，炭化地，冷卻后取出，即得到成品陽極炭塊。其中，所 述氮?dú)獾捏w積流量為400ml/min。
[0化3] 實(shí)施例4
[0054] -種電解侶用陽極炭塊的制備方法，具體方法包括W下步驟：
[0055] (1)原料:選擇無煙煤、半焦與炭黑為主要原料，煤漸青為粘結(jié)劑;其中，所述無煙 煤、半焦與炭黑的質(zhì)量比為10:2.5:1;
[0056] (2)般燒:將無煙煤、半焦W及燃煤催化劑放入般燒爐中，在1270°C下般燒化后取 出，將般燒后的無煙煤、半焦和炭黑混合，將混合物放入粉碎機(jī)中粉碎至粒度小于1mm，得到 混合物a;其中，所述燃煤催化劑為：l.〇wt%的硝酸鋼與l.Owt%碳酸鐘，添加量為煤總質(zhì)量 的 0.07%;
[0057] (3)浸潰：將步驟（2)所得混合物a放入濃度為0.8wt%的氨氧化鋼溶液中浸潰 0.7h，過濾后，用清水洗涂，驚干，得到混合物b;其中，所述混合物a與所述濃度為0.8wt %的 氨氧化鋼溶液的質(zhì)量比為1:4.3。
[005引（4)成型:將步驟(3)所得混合物b放入混料機(jī)中混合20min，再于106°C溫度下與煤 漸青混捏1.化，得到混合糊料，將混合糊料放入振動成型機(jī)中，壓制成型，得到炭塊a;其中， 所述混合物b與煤漸青的質(zhì)量比為8:1;所述振動成型機(jī)在使用前預(yù)熱，使振動成型機(jī)較所 述煤粉高4°C;
[0059] (5)炭化:將步驟(4)成型的炭塊a放入炭化爐中，W6°C/min的升溫速率升溫至420 °C，并于溫度為420°C炭化化，冷卻至常溫得到炭塊b;
[0060] (6)浸潰:將煤漸青破碎至粒度為l-2cm，再將破碎后的煤漸青放入浸潰劑慷醇樹 脂中，常溫下浸潰地，然后過濾，取出煤漸青，將取出的煤漸青加熱至100°C，將步驟(5)所得 炭塊b放入加熱烙融的煤漸青中，保持煤漸青恒溫于100°C，浸潰化，取出，得到炭塊C;其中， 所述煤漸青與所述慷醇樹脂的質(zhì)量比為1:3;
[0061] (7)固化:將步驟(6)所得炭塊C放入炭化爐中，通入氮?dú)猓3°C/min的升溫速率 加熱至250°C，保持炭化溫度為250°C，炭化地，冷卻后取出，即得到成品陽極炭塊。其中，所 述氮?dú)獾捏w積流量為400ml/min。
[0062] 實(shí)驗(yàn)案例：
[0063] 本發(fā)明經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)操作與檢測，對本發(fā)明方法中所制得陽極炭塊進(jìn)行了一系 列實(shí)驗(yàn)，測試其機(jī)械強(qiáng)度、耐氧化性及耐久性，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并與常規(guī)市售陽極炭塊a進(jìn)行 對比，陽極炭塊的參數(shù)見表1。
[0064] 表1陽極炭塊參數(shù)
[00 化]
[0067] 從上述表1中可W看出，與市售陽極炭塊相比，采用本發(fā)明制得的陽極炭塊的比電 阻較低，更為省電，并且本發(fā)明陽極炭塊的機(jī)械強(qiáng)度與耐久性均較好。
[0068] 雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實(shí)施方案對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在 本發(fā)明基礎(chǔ)上，可W對之作一些修改或改進(jìn)，運(yùn)對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因 此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的運(yùn)些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電解鋁用陽極炭塊的制備方法，其特征在于，所述的具體方法包括以下步驟： (1) 原料:選擇無煙煤、半焦與炭黑為主要原料，煤瀝青為粘結(jié)劑； (2) 煅燒:將無煙煤、半焦以及燃煤催化劑放入煅燒爐中，在1250-1300°C下煅燒8-1 Oh 后取出，將煅燒后的無煙煤、半焦和炭黑混合，將混合物放入粉碎機(jī)中粉碎至粒度小于1_， 得到混合物a;其中，所述燃煤催化劑為：1.Owt%的硝酸鈉與l.Owt%碳酸鉀，添加量為煤總 質(zhì)量的 0.05-0.08 %; (3) 浸漬:將步驟(2)所得混合物a放入濃度為0.5-1. Owt %的氫氧化鈉溶液中浸漬0.5-1. Oh，過濾后，用清水洗滌，晾干，得到混合物b; (4) 成型：將步驟(3)所得混合物b放入混料機(jī)中混合20min，再于105-110°C溫度下與煤 瀝青混捏1.0-1.5h，得到混合糊料，將混合糊料放入振動成型機(jī)中，壓制成型，得到炭塊a; 其中，所述混合物b與煤瀝青的質(zhì)量比為8:1-1.5; (5) 炭化:將步驟(4)成型的炭塊a放入炭化爐中，以5-9°C/min的升溫速率升溫至450-550°C，并于溫度為450-550°C炭化5-8h，冷卻至常溫得到炭塊b; (6) 浸漬:將煤瀝青破碎至粒度為1 -2 cm，再將破碎后的煤瀝青放入浸漬劑糠醇樹脂中， 常溫下浸漬4_6h，然后過濾，取出煤瀝青，將取出的煤瀝青加熱至100-105Γ，將步驟(5)所 得炭塊b放入加熱熔融的煤瀝青中，保持煤瀝青恒溫于100-105Γ，浸漬6-8h，取出，得到炭 塊c; (7) 固化:將步驟(6)所得炭塊c放入炭化爐中，通入氮?dú)猓⒁?-5°C/min的升溫速率加 熱至250-300°C，保持炭化溫度為250-300°C，炭化3-5h，冷卻后取出，即得到成品陽極炭塊。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電解鋁用陽極炭塊的制備方法，其特征在于，在步驟(1)中， 所述無煙煤、半焦與炭黑的質(zhì)量比為10:2-2.5:1-1.2。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電解鋁用陽極炭塊的制備方法，其特征在于，在步驟(3)中， 所述混合物a與所述濃度為0.5-1. Owt %的氫氧化鈉溶液的質(zhì)量比為1:4-4.5。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電解鋁用陽極炭塊的制備方法，其特征在于，在步驟(4)中， 所述振動成型機(jī)在使用前預(yù)熱，使振動成型機(jī)較所述煤粉高4_5°C。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電解鋁用陽極炭塊的制備方法，其特征在于，在步驟(6)中， 所述煤瀝青與所述糠醇樹脂的質(zhì)量比為1:3-4。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電解鋁用陽極炭塊的制備方法，其特征在于，在步驟(7)中， 所述氮?dú)獾捏w積流量為350-450ml/min。
【文檔編號】C04B35/622GK106083052SQ201610642924
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月8日 公開號201610642924.0, CN 106083052 A, CN 106083052A, CN 201610642924, CN-A-106083052, CN106083052 A, CN106083052A, CN201610642924, CN201610642924.0
【發(fā)明人】趙唯皓, 楊云坤, 羅高強(qiáng), 黃海燕, 周勇, 李永鋒, 農(nóng)增宏
【申請人】廣西強(qiáng)強(qiáng)碳素股份有限公司