[发明专利]一种电解铝阳极炭块及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电解铝阳极炭块及其制备方法，尤其是一种用无烟煤替代部分石油焦制作而成的电解铝阳极炭块及其制备方法。

技术背景

1880年美国的霍尔(Hall)和法国的埃鲁特(Heroult)同时提出冰晶石-氧化铝溶解炼铝法。1888年美国匹兹堡电解厂应用于工业生产，建成世界上最早的预焙阳极电解槽。阳极炭块用木炭作原料，采用模压法生产，单个阳极面积只有8～10cm²，质量较差。之后，瑞士、法国、英国、德国，有了类似的预焙阳极，用电解法生产铝。

1924年，挪威人Soderberg发明连续自焙阳极，阳极面积逐步扩大；1934年，法国彼斯涅(Peckiney)铝业公司研制上插自焙阳极，随后又用多功能天车进行操作；20世纪50年代之后，用挤压和振动成型机制造大规格预焙阳极炭块成功，预焙阳极又逐步被推广应用。20世纪80年代后期，预焙阳极电解系列，电流容量达280～350kA，最新的预焙阳极电解槽电流达500kA。

20世纪末，已普遍采用预焙阳极炼铝。国外用振动成型法生产的阳极炭块，最大的尺寸为2250×750×2500mm，单块重为2500kg。

目前电解铝生产用阳极炭块一般采用石油焦、沥青焦作为骨料，煤沥青作为粘结剂，经过煅烧、破碎、配料、混捏、成型以及焙烧之后使用。

电解铝阳极炭块制成后的物理指标包括灰分，体积密度，真密度和比电阻；力学指标为抗压强度。

目前使用的工业阳极灰分含量分为三级：0.6％以下，0.6～1.0％，1.0％以上；体积密度(比重)的范围一般为1.55～1.6k/cm³；真密度为2.04～2.10g/cm³；比电阻为50～70微欧米；抗压强度30MPa以上。

虽然有关惰性阳极的研究正在进行中，但从国内外的情况来看，目前基本上仍然局限于实验室阶段，1990年代美国曾进行过5年的中试，最终宣告失败，最近的试验也宣告失败。专家预测，惰性阳极并不适合于现有的霍尔法。所以在今后的一段时间之内，炭阳极仍将占主导地位。而我国石油比较短缺，目前石油进口依赖已达到42.9％，在未来的几年内有可能达到50％以上。而且随着近年来石油资源的紧张，石油焦的价格在不断的上升，造成电解铝成本的急剧增加。但是据资料显示，我国石油的储采比仅为19年，自从1993年成为石油进口国之后，我国的石油依赖度越来越大，由于石油价格不断上涨，石油进口压力逐年增大。生产一吨电解铝的阳极毛耗一般为450-600kg。因此，人们正在努力寻找一种能够代替石油焦作为铝电解焙烧阳极的原材料和方法，并取得了一些进展。

2007，(12).《轻金属》发表的“应用石油焦压密技术研究开发优质预焙阳极”文献中：将煅前石油焦压密和煅烧，通过体积密度、真密度、显气孔率、粉末电阻率、颗粒抗压碎强度的测试，研究压密煅烧石油焦特性。采用压密煅烧石油焦制成预焙阳极，通过体积密度、真密度、显气孔率、电阻率、耐压强度、透气度的测试，结果表明，压密石油焦能显著地改善预焙阳极的理化性能，使预焙阳极制造过程中沥青加入量控制在13％，预焙阳极的体积密度达到1.65g/cm3，强度达到50MPa。

2007，(1).《炭素》发表的“烟煤焦炭制备铝业预焙阳极的先驱实验分析”和2007西安科技大学硕士论文“电解铝用新型炭素预焙阳极的制备与性能研究”文献中：研究了以优质低灰烟煤焦炭替代石油焦炭作原料，制备了铝业预焙阳极。采用正交实验方法，分析了原料组成、粒度对阳极性能的影响，并进行了原料成本核算。实验结果分析表明：用烟煤焦炭制备阳极是可行的，并且具有很好的市场前景。

2005，(4).《甘肃冶金》发表的“煤沥青性能及其对铝用预焙阳极质量的影响”文献中：煤沥青的组分及性能对预焙阳极的质量有直接的影响，在预焙阳极生产中应选择合适组分的煤沥青，或使用改质沥青。

2004，(3).《炭素》发表的“石油焦性能与阳极消耗”文献中：阳极消耗与电解工艺参数和阳极质量有关。原料及生产工艺过程对阳极质量都有很大影响。组成阳极的主要原料是石油焦，因此石油焦的性能直接影响阳极的质量，尤其是阳极的氧化性与原料的抗氧化性有直接关系。本文通过分析影响石油焦CO2反应性及空气反应的因素，说明控制石油焦的杂质含量、提高体积密度、降低孔度对阳极生产的重要性。