[发明专利]一种铝电解用TiB2阴极涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝电解用阴极涂层的制备方法。特别是铝用电解槽TiB₂阴极复合涂层材料的制备方法。

背景技术

熔融电解法制铝是当今全球唯一的工业炼铝方法。其采用冰晶石-氧化铝熔盐电解法炼铝，现行的炭素阴极对熔融金属铝不润湿，为了保持熔融金属铝阴极表面的平稳，现行铝电解槽中必须存留相当厚度的铝液，因金属铝液是槽内的导电流体，受强磁场的作用，导电流体中感应产生电磁力，使铝液产生流动、波动和隆起，这不仅使得阴、阳极间必须维持较高的极距，而且增大铝的二次反应损失。另外，炭素阴极易被电解质和钠渗透，能和铝反应生成炭化铝，容易在不湿润铝的炭素阴极表面形成槽底沉淀，引起阴极电压降增大、电流分布不均，生产不稳定，最终导致阴极的膨胀、破损等。

二硼化钛TiB₂ 是唯一在铝液中溶解度很小、导电率高、并且能被铝液润湿的材料。它由于具有熔点高、导电率高、硬度大、耐熔融铝液和冰晶石熔体的侵蚀等特点，已经成为制造铝电解槽用可润湿性惰性阴极的首选材料。名称“一种铝电解用硼化钛阴极材料及其制备方法”、专利申请号为201010207080.X，公告日期为2010年11月03日。该发明以TiB₂、石墨、高温粘结剂M、增强剂X等为原料，经过一系列加工后制成铝电解用阴极。由于TiB₂价格昂贵，生产出来的阴极产品成本也非常高，难以应用于铝电解生产中；而且该项技术在实现材料大型化、异型结构设计等方面存在明显的缺陷，无法实现规模化生产。

发明内容

本发明的目的是针对目前现有技术存在的不足，提出一种能使用在工业铝电解槽阴极炭块上的铝电解用TiB₂阴极涂层的制备方法，通过在阴极炭块上涂覆该涂层复合材料，能够有效降低铝电解槽中的阴极压降，减少电解槽底沉淀，提高铝电解生产的电解效率，实现节能、环保、单位产能高等效益。

本发明采用如下技术方案实现：一种铝电解用TiB₂阴极涂层的制备方法，由以下各重量百分比组分的材料制成：炭基材料30~50%、TiB₂ 20~40%、黏结剂20~35%；添加剂0~5%和稀释剂0~10%，制备步骤如下：

①将炭基材料、TiB₂和添加剂固体物料分别粉碎后混合，于混捏设备中进行进一步的混匀，得到固体粉末混合物；

②将稀释剂加入黏结剂中，不断搅拌直到二者充分混匀；

③将混匀的稀释剂与黏结剂的混合物按照一定的重量比倒入混捏设备中与先前的固体粉末混合物混合，控制混捏机的温度和混捏时间，使得黏结剂能够均匀地渗透入固体粉末混合物中，固液混捏得到铝电解所需的TiB₂涂层复合材料；

④将TiB₂复合材料于室温下涂敷在阴极炭块的表面，抹平使之与炭块能够充分接触，固化，即为TiB₂阴极涂层。

所说炭基材料是普通煅烧无烟煤、电煅烧无烟煤、高碳石墨、冶金焦或石油焦中的一种或者几种的混合物。

所说添加剂是炭素纤维或炭素纤维粉。

所说黏结剂是酚醛树脂、糠醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、沥青、煤焦油或蒽油中的一种或者几种的混合物。

所说稀释剂是乙醇、丙酮、二乙烯三胺或硫酸乙脂中的一种或者几种的混合物。

步骤①的各种固体物料粉碎后的粒度保持在10~100 μm之间。

所说混捏设备中混匀得到固体粉末混合物的混合时间为1~10 h，温度为25℃的常温。

步骤③混捏设备中固液混捏的时间为1~18 h，温度为20~80 ℃。

本发明的有益效果是：该发明工艺简单，生产处理成本低；生产出来的TiB₂涂层复合材料产品能够在常压下进行涂敷作业，大大减少了作业的劳动强度，减少了对环境的压力。TiB₂涂层复合材料在铝电解槽内的使用大大延长了铝电解槽的使用寿命，使得电解电流效率得到大大的提高。

具体实施方式

实施例一