本發(fā)明公開了一種電解鋁預(yù)焙陽(yáng)極防氧化涂料及其制備方法，屬于陽(yáng)極抗氧化涂料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

碳素陽(yáng)極的主要原料是石油焦、瀝青及殘極破碎料。在當(dāng)前的鋁電解工藝中，難以完全隔絕陽(yáng)極與空氣的接觸，更無法隔絕碳素陽(yáng)極側(cè)面與CO2的接觸，陽(yáng)極側(cè)部裸露在CO2之中。陽(yáng)極與氧化性氣體發(fā)生的氧化還原反應(yīng)和與CO2接觸發(fā)生的布多爾反應(yīng)，造成了碳素陽(yáng)極的過量消耗，生產(chǎn)一噸鋁的理論碳耗為333.3kg，世界先進(jìn)水平的陽(yáng)極凈耗達(dá)400kg/t-Al。特別是在瀝青與石油焦、殘極破碎料之間的選擇性氧化，瀝青的快速氧化導(dǎo)致殘極破碎骨料與石油焦形成突起剝落，掉落的碳渣惡化電解質(zhì)的性能和鋁液質(zhì)量，研究表明，電解質(zhì)中碳渣含量為可達(dá)到0.01%-0.05%，使電流效率出現(xiàn)不同程度的下降。陽(yáng)極的質(zhì)量和工作狀況對(duì)電解正常生產(chǎn)及電流效率、電能消耗、原鋁品位等經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)影響十分巨大，因此提高陽(yáng)極的抗氧化性具有重要意義。

電解鋁產(chǎn)量逐年增加，優(yōu)質(zhì)石油焦減少，碳素陽(yáng)極生產(chǎn)企業(yè)不得不使用微量元素含量較高的石油焦，而金屬微量元素對(duì)陽(yáng)極的氧化有催化作用，無法脫除，因此提高陽(yáng)極本身的抗氧化性較為困難。目前，為提高陽(yáng)極抗氧化性，一般在陽(yáng)極表面涂覆耐高溫的致密涂層，阻止氧化性氣體的滲透氧化，這種做法可有效降低陽(yáng)極無謂消耗，減少溫室氣體排放。

陽(yáng)極防氧化涂料是一種涂覆在陽(yáng)極表面的防腐涂料，具有可常溫固化、干燥迅速、施工方便、無毒、耐高溫、防腐性能優(yōu)異，硬度高、附著力好、不粘等優(yōu)點(diǎn)，隨著溫度的逐漸升高，晶粒收縮晶縫降低，最終形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在陽(yáng)極周圍形成一個(gè)完整的高強(qiáng)度的燒結(jié)體，450℃~500℃完成預(yù)燒結(jié)，長(zhǎng)期耐受800℃以上高溫，抵御空氣、氟化氫氣體及高濃度CO2的侵蝕，最終達(dá)到防止腐蝕的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種電解鋁預(yù)焙陽(yáng)極防氧化涂料及其制備方法。該涂料是一種低溫漿料，可解決鋁電解生產(chǎn)過程中使用周期短及鋁液中鐵含量偏高的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案之一為：一種電解鋁預(yù)焙陽(yáng)極防氧化涂料，其特征在于，所述涂料的組分及質(zhì)量百分比為：

陶瓷基連續(xù)相：由α－Al2O3及γ－Al2O3組成，占涂料總質(zhì)量的25%~40%；

陶瓷基連續(xù)催化相：由云母粉、鉀長(zhǎng)石粉、稀土精礦褐釔鈮礦組成，占涂料總質(zhì)量的20%~40%，褐釔鈮礦為獨(dú)居石類河流沖擊砂型礦；

堿及堿土金屬輔助催化相：由氫氧化鉀、氫氧化鈉、氟化鎂、水組成，占涂料總質(zhì)量的5%~10%；

陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相：由煅燒硅藻土粉、蒙脫土粉組成，占涂料總質(zhì)量的2%~5%；

穩(wěn)定相：由硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸脂偶聯(lián)劑組成，分別用于陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相、陶瓷基連續(xù)相的表面改性，占涂料總質(zhì)量的0.1%~0.4%；

成膜相：由甲基纖維素組成，占涂料總質(zhì)量的0.5%~2%；

水相：占涂料總質(zhì)量的24-25%。

優(yōu)選地，上述陶瓷基連續(xù)相中各用料的質(zhì)量百分比分別為85%-100%的α－Al2O3、0-15%的γ－Al2O3。

優(yōu)選地，上述陶瓷基連續(xù)相為改性的陶瓷基連續(xù)相，具體是通過將1000目α－Al2O3、325目γ－Al2O3在常溫下投入運(yùn)轉(zhuǎn)中的包覆式粉體改性機(jī)中，并添加占涂料總質(zhì)量0.05%~0.2%的穩(wěn)定相組分鋁酸脂偶聯(lián)劑，改性機(jī)連續(xù)運(yùn)行0.5~2h后完成改性，從而制得。

優(yōu)選地，上述陶瓷基連續(xù)催化相中各用料的質(zhì)量百分比分別為：40%~55%的云母粉、45%~60%的鉀長(zhǎng)石粉、＜0.5%的稀土精礦褐釔鈮礦。

優(yōu)選地，上述堿及堿土金屬輔助催化相中各用料的質(zhì)量百分比分別為：20%~35%的氫氧化鉀、10%~25%的氫氧化鈉、＜1%的氟化鎂、50%-70%的水。

優(yōu)選地，上述陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相中各用料的質(zhì)量百分比分別為：50%~70%的6000目煅燒硅藻土粉、30%~50%的3000目蒙脫土粉。

優(yōu)選地，上述陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相為改性的陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相，具體是將煅燒硅藻土粉、蒙脫土粉在常溫下投入包覆式粉體改性機(jī)中，并加入占涂料總質(zhì)量0.05%-0.2%的穩(wěn)定相組分硅烷偶聯(lián)劑，改性劑連續(xù)運(yùn)行0.5-2h后完成改性，從而制得。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案之二是：上述電解鋁預(yù)焙陽(yáng)極防氧化涂料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）按質(zhì)量比，準(zhǔn)備各原料，分別完成改性陶瓷基連續(xù)相的制備，陶瓷基連續(xù)催化相與堿及堿土金屬輔助催化相構(gòu)成的催化相的制備，改性陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相的制備，成膜相與水相的混合制備；其中，陶瓷基連續(xù)催化相與堿及堿土金屬輔助催化相構(gòu)成的催化相的制備是通過先將陶瓷基連續(xù)催化相的用料按質(zhì)量百分比配合后在常溫下置于雷蒙磨機(jī)中粉碎至粒度小于1250目，備用，然后將堿及堿土金屬輔助催化相用料中氫氧化鉀、氫氧化鈉、氟化鎂按質(zhì)量百分比添加于水中進(jìn)行攪拌溶解，備用，接著將粉碎的陶瓷基連續(xù)催化相和溶解的堿及堿土金屬輔助催化相先后投入壓熱反應(yīng)釜中，開啟攪拌并通入蒸汽加熱，待壓熱反應(yīng)釜中壓力上升至0.90~1.1Mpa、溫度升高至175~185℃后，停止通入直接蒸汽，保溫并維持壓力不變，連續(xù)攪拌2~4小時(shí)后完成；而成膜相與水相的混合制備是將甲基纖維素溶解于水相中，使用密閉式混合器進(jìn)行充分的攪拌，直至甲基纖維素分散均一溶液透明為止，不得混入空氣，不能有可見顆粒存在；

（2）將成膜相與水相的混合物在常溫下置于攪拌釜中，在攪拌中依次加入催化相、改性陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相、改性陶瓷基連續(xù)相，均勻攪拌1-2h，制得成品涂料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明制備的電解鋁預(yù)焙陽(yáng)極防氧化涂料是一種水性黏稠狀流體，與水互溶，性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)人體不產(chǎn)生任何危害，而且在陽(yáng)極表面具有極強(qiáng)的附著力，可在500℃燒結(jié)致密，在碳素陽(yáng)極表面形成一層致密的陶瓷基密封層，隔絕二氧化碳、氧氣、空氣，防止碳素陽(yáng)極外表面氧化剝落，進(jìn)而降低碳素陽(yáng)極毛耗及凈耗，從而延長(zhǎng)1-2天的陽(yáng)極換極周期。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的制備方法流程圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖1及具體實(shí)施例，來對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。以下所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明做其他形式的限制，任何本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可能利用本發(fā)明公開的技術(shù)內(nèi)容加以變更為同等變化的等效實(shí)施例。故凡是未脫離本發(fā)明方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以下實(shí)施例做簡(jiǎn)單修改或等同變化，均應(yīng)落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

實(shí)施例一

1000kg的電解鋁預(yù)焙陽(yáng)極防氧化涂料，其組分分別為：

陶瓷基連續(xù)相：由α－Al2O3及γ－Al2O3組成，占涂料總質(zhì)量的35%，共350kg，其中α－Al2O3占陶瓷基連續(xù)相的90%，即為315kg；、γ－Al2O3占陶瓷基連續(xù)相的10%，即35kg；

陶瓷基連續(xù)催化相：由云母粉、鉀長(zhǎng)石粉、稀土精礦褐釔鈮礦組成，占涂料總質(zhì)量的30%，即300kg，其中云母粉用量為陶瓷基連續(xù)催化相的40%，即120kg，鉀長(zhǎng)石粉用量為陶瓷基連續(xù)催化相的59.67%，約179kg，稀土精礦褐釔鈮礦用量為陶瓷基連續(xù)催化相的0.33%，約為1kg；

堿及堿土金屬輔助催化相：由氫氧化鉀、氫氧化鈉、氟化鎂、水組成，占涂料總質(zhì)量的7%，即70kg，其中氫氧化鉀的用量為堿及堿土金屬輔助催化相的35%，即24.5kg；氫氧化鈉的用量為堿及堿土金屬輔助催化相的10%，即7kg；氟化鎂的用量為堿及堿土金屬輔助催化相的0.2%，即0.14Kg；水的用量為堿及堿土金屬輔助催化相的54.8%，即38.36Kg；

陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相：由煅燒硅藻土粉、蒙脫土粉組成，占涂料總質(zhì)量的2%,共20kg，其中6000目煅燒硅藻土粉的用量為陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相的70%，即14kg；3000目蒙脫土粉的用量為陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相的30%，即6kg；

穩(wěn)定相：由硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸脂偶聯(lián)劑組成，占涂料總質(zhì)量的0.2%，共2kg，其中硅烷偶聯(lián)劑的用量為1kg, 用于陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相的表面改性；而鋁酸脂偶聯(lián)劑的用量為1Kg，用于陶瓷基連續(xù)相的表面改性；

成膜相：由甲基纖維素組成，占涂料總質(zhì)量的1%，共10kg；

水相：占涂料總質(zhì)量的24.8%，共248kg。

本實(shí)施例中電解鋁預(yù)焙陽(yáng)極防氧化涂料制備方法，包括如下步驟：

第一，改性陶瓷基連續(xù)相的制備：本發(fā)明中的陶瓷基連續(xù)相為改性的陶瓷基連續(xù)相，具體是將1000目α－Al2O3與325目γ－Al2O3在常溫下投入運(yùn)轉(zhuǎn)中的包覆式粉體改性機(jī)中，并添加鋁酸脂偶聯(lián)劑1kg，改性機(jī)連續(xù)運(yùn)行0.5~2h后完成改性，從而制得；

第二，陶瓷基連續(xù)催化相與堿及堿土金屬輔助催化相混合的催化相的制備：首先，將陶瓷基連續(xù)催化相的用料按質(zhì)量百分比配合后在常溫下置于雷蒙磨機(jī)中粉碎至粒度小于1250目，備用，然后將堿及堿土金屬輔助催化相的用料按質(zhì)量百分比添加于水中進(jìn)行攪拌溶解，備用，接著將粉碎的陶瓷基連續(xù)催化相和溶解的堿及堿土金屬輔助催化相先后投入壓熱反應(yīng)釜中，開啟攪拌并通入蒸汽加熱，待壓熱反應(yīng)釜中壓力上升至0.90~1.1Mpa、溫度升高至175~185℃后，停止通入直接蒸汽，保溫并維持壓力不變，連續(xù)攪拌2h后完成制備；

第三，改性陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相的制備：本發(fā)明的陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相為改性的陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相，具體是將煅燒硅藻土粉、蒙脫土粉在常溫下投入包覆式粉體改性機(jī)中，并加入硅烷偶聯(lián)劑1kg，改性劑連續(xù)運(yùn)行1h后完成改性，從而制得。

第四，成膜相與水相的混合制備：將甲基纖維素溶解于水相中，使用密閉式混合器進(jìn)行充分的攪拌，直至甲基纖維素分散均一溶液透明為止，不得混入空氣，不能有可見顆粒存在；

第五，充分混合：將成膜相與水相的混合物在常溫下置于攪拌釜中，在攪拌中依次加入催化相、改性陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相、改性陶瓷基連續(xù)相，均勻攪拌1-2h，制得成品涂料1000kg。

實(shí)施例二

1000kg的電解鋁預(yù)焙陽(yáng)極防氧化涂料，其組分分別為：

陶瓷基連續(xù)相：由α－Al2O3及γ－Al2O3組成，占涂料總質(zhì)量的40%，共400kg，其中1000目的α－Al2O3占陶瓷基連續(xù)相的85%，即為340kg；325目γ－Al2O3占陶瓷基連續(xù)相的15%，即60kg；

陶瓷基連續(xù)催化相：由云母粉、鉀長(zhǎng)石粉、稀土精礦褐釔鈮礦組成，占涂料總質(zhì)量的20%，即200kg，其中云母粉用量為陶瓷基連續(xù)催化相的55%，即110kg，鉀長(zhǎng)石粉用量為陶瓷基連續(xù)催化相的44.67%，約89.34kg，稀土精礦褐釔鈮礦用量為陶瓷基連續(xù)催化相的0.33%，約為0.66kg；

堿及堿土金屬輔助催化相：由氫氧化鉀、氫氧化鈉、氟化鎂、水組成，占涂料總質(zhì)量的10%，即100kg，其中氫氧化鉀的用量為堿及堿土金屬輔助催化相的20%，即20kg；氫氧化鈉的用量為堿及堿土金屬輔助催化相的25%，即25kg；氟化鎂的用量為堿及堿土金屬輔助催化相的0.5%，即0.5Kg；水的用量為堿及堿土金屬輔助催化相的54.5%，即54.5Kg；

陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相：由煅燒硅藻土粉、蒙脫土粉組成，占涂料總質(zhì)量的5%,共50kg，其中6000目煅燒硅藻土粉的用量為陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相的50%，即25kg；3000目蒙脫土粉的用量為陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相的50%，即25kg；

穩(wěn)定相：由硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸脂偶聯(lián)劑組成，占涂料總質(zhì)量的0.1%，共1kg，其中硅烷偶聯(lián)劑的用量為0.5kg, 用于陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相的表面改性；而鋁酸脂偶聯(lián)劑的用量為0.5Kg，用于陶瓷基連續(xù)相的表面改性；

成膜相：由甲基纖維素組成，占涂料總質(zhì)量的0.5%，共5kg；

水相：占涂料總質(zhì)量的24.4%，共244kg。

本實(shí)施例中電解鋁預(yù)焙陽(yáng)極防氧化涂料制備方法，包括如下步驟：

第一，改性陶瓷基連續(xù)相的制備：本發(fā)明中的陶瓷基連續(xù)相為改性的陶瓷基連續(xù)相，具體是將1000目α－Al2O3與325目γ－Al2O3在常溫下投入運(yùn)轉(zhuǎn)中的包覆式粉體改性機(jī)中，并添加鋁酸脂偶聯(lián)劑0.5kg，改性機(jī)連續(xù)運(yùn)行0.5~2h后完成改性，從而制得；

第二，陶瓷基連續(xù)催化相與堿及堿土金屬輔助催化相混合的催化相的制備：首先，將陶瓷基連續(xù)催化相的用料按質(zhì)量百分比配合后在常溫下置于雷蒙磨機(jī)中粉碎至粒度小于1250目，雷蒙磨機(jī)連續(xù)運(yùn)行1h后完成，備用；然后將堿及堿土金屬輔助催化相除水外的用料按質(zhì)量百分比添加于水中進(jìn)行攪拌溶解，攪拌混合0.5h，備用，接著將粉碎的陶瓷基連續(xù)催化相和溶解的堿及堿土金屬輔助催化相先后投入壓熱反應(yīng)釜中，開啟攪拌并通入蒸汽加熱，待壓熱反應(yīng)釜中壓力上升至0.90~1.1Mpa、溫度升高至175~185℃后，停止通入直接蒸汽，保溫并維持壓力不變，連續(xù)攪拌2h后完成制備；

第三，改性陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相的制備：本發(fā)明的陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相為改性的陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相，具體是將6000目煅燒硅藻土粉、3000目蒙脫土粉在常溫下投入包覆式粉體改性機(jī)中，并加入硅烷偶聯(lián)劑0.5kg，改性劑連續(xù)運(yùn)行1h后完成改性，從而制得。

第四，成膜相與水相的混合制備：將甲基纖維素溶解于水相中，并使用密閉式混合器進(jìn)行充分的攪拌，直至甲基纖維素完成溶解、溶液透明為止，攪拌過程中不得混入空氣，不能有可見顆粒存在；

第五，充分混合：將成膜相與水相的混合物在常溫下置于攪拌釜中，開啟攪拌，在攪拌中依次加入催化相、改性陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相、改性陶瓷基連續(xù)相，均勻攪拌2h，制得成品涂料1000kg。

實(shí)施例三

1000kg的電解鋁預(yù)焙陽(yáng)極防氧化涂料，其組分分別為：

陶瓷基連續(xù)相：由α－Al2O3及γ－Al2O3組成，占涂料總質(zhì)量的25%，共250kg，其中1000目的α－Al2O3占陶瓷基連續(xù)相的100%，即為250kg；325目γ－Al2O3占陶瓷基連續(xù)相的0%，即0kg；

陶瓷基連續(xù)催化相：由云母粉、鉀長(zhǎng)石粉、稀土精礦褐釔鈮礦組成，占涂料總質(zhì)量的40%，即400kg，其中云母粉用量為陶瓷基連續(xù)催化相的50%，即200kg，鉀長(zhǎng)石粉用量為陶瓷基連續(xù)催化相的49.67%，約198.68kg，稀土精礦褐釔鈮礦用量為陶瓷基連續(xù)催化相的0.33%，約為1.32kg；

堿及堿土金屬輔助催化相：由氫氧化鉀、氫氧化鈉、氟化鎂、水組成，占涂料總質(zhì)量的5%，即50kg，其中氫氧化鉀的用量為堿及堿土金屬輔助催化相的30%，即15kg；氫氧化鈉的用量為堿及堿土金屬輔助催化相的20%，即10kg；氟化鎂的用量為堿及堿土金屬輔助催化相的0.2%，即0.1Kg；水的用量為堿及堿土金屬輔助催化相的49.8%，即24.9Kg；

陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相：由煅燒硅藻土粉、蒙脫土粉組成，占涂料總質(zhì)量的3%,共30kg，其中6000目煅燒硅藻土粉的用量為陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相的60%，即18kg；3000目蒙脫土粉的用量為陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相的40%，即12kg；

穩(wěn)定相：由硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸脂偶聯(lián)劑組成，占涂料總質(zhì)量的0.4%，共4kg，其中硅烷偶聯(lián)劑的用量為2kg, 用于陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相的表面改性；而鋁酸脂偶聯(lián)劑的用量為2Kg，用于陶瓷基連續(xù)相的表面改性；

成膜相：由甲基纖維素組成，占涂料總質(zhì)量的2%，共20kg；

水相：占涂料總質(zhì)量的24.6%，共246kg。

本實(shí)施例中電解鋁預(yù)焙陽(yáng)極防氧化涂料制備方法，包括如下步驟：

第一，改性陶瓷基連續(xù)相的制備：本發(fā)明中的陶瓷基連續(xù)相為改性的陶瓷基連續(xù)相，具體是將1000目α－Al2O3在常溫下投入運(yùn)轉(zhuǎn)中的包覆式粉體改性機(jī)中，并添加鋁酸脂偶聯(lián)劑2kg，改性機(jī)連續(xù)運(yùn)行0.5~2h后完成改性，從而制得；

第二，陶瓷基連續(xù)催化相與堿及堿土金屬輔助催化相混合的催化相的制備：首先，將陶瓷基連續(xù)催化相的用料按質(zhì)量百分比配合后在常溫下置于雷蒙磨機(jī)中粉碎至粒度小于1250目，雷蒙磨機(jī)連續(xù)運(yùn)行1h后完成，備用；然后將堿及堿土金屬輔助催化相除水外的用料按質(zhì)量百分比添加于水中進(jìn)行攪拌溶解，攪拌混合0.5h，備用，接著將粉碎的陶瓷基連續(xù)催化相和溶解的堿及堿土金屬輔助催化相先后投入壓熱反應(yīng)釜中，開啟攪拌并通入蒸汽加熱，待壓熱反應(yīng)釜中壓力上升至0.90~1.1Mpa、溫度升高至175~185℃后，停止通入直接蒸汽，保溫并維持壓力不變，連續(xù)攪拌2h后完成制備；

第三，改性陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相的制備：本發(fā)明的陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相為改性的陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相，具體是將6000目煅燒硅藻土粉、3000目蒙脫土粉在常溫下投入包覆式粉體改性機(jī)中，并加入硅烷偶聯(lián)劑2kg，改性劑連續(xù)運(yùn)行1h后完成改性，從而制得。

第四，成膜相與水相的混合制備：將甲基纖維素溶解于水相中，并使用密閉式混合器進(jìn)行充分的攪拌，直至甲基纖維素完成溶解、溶液透明為止，攪拌過程中不得混入空氣，不能有可見顆粒存在；

第五，充分混合：將成膜相與水相的混合物在常溫下置于攪拌釜中，開啟攪拌，在攪拌中依次加入催化相、改性陶瓷基補(bǔ)強(qiáng)相、改性陶瓷基連續(xù)相，均勻攪拌2h，制得成品涂料1000kg。