[发明专利]一种铝电解槽用无沥青结合阴极炭块材料及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝电解槽用阴极炭块，特别是无沥青结合的阴极炭块及其生产方法。

背景技术

铝电解槽中与铝液和电解质接触的部分是阴极炭块砌筑而成，在电解过程中，阴极炭块既是阴极，同时也是直接与铝液、电解质接触，阴极炭块的寿命直接影响到电解槽的寿命，阴极炭块必须具备耐高温、耐熔盐侵蚀和导电、导热性能好的特性，同时还需要有高的机械强度，抗钠、氟化盐侵蚀性强的特点。

目前，工业界阴极炭块分为三类：无烟煤阴极炭块、石墨质阴极炭块和石墨化阴极炭块。阴极炭块的工业生产过程中，普遍采用沥青作结合剂，其加入量在15～25%左右；然而沥青的粘度大，常温下为固态，使用时需加热处理，在原料混捏的时候要在140～170℃的高温下进行，在振动成型的时候要求在100～150℃才能进行，只有在这种温度下沥青具有较好粘结性能和流动性能，热处理制度不好控制、工艺复杂；同时沥青中主要含有难挥发的蒽、菲、芘等，其中里面含有的苯并芘是一种常见的高活性间接致癌物，因此沥青对环境和人体有强烈的危害。

同时沥青的残炭率为30～35%，意味着大量结合剂在加热过程中挥发会留下气孔，降低炭块的结合强度；留下的气孔也成了铝液和电解质进入炭块的通道，降低了耐熔盐侵蚀性能；气孔的大量生成会降低炭块的导热性能和导电性能。因此利用新的结合剂开发出节能、长寿、稳定运行的阴极炭块，不论从经济角度、环境要求还是从我国铝工业发展战略的高度来看，都是十分紧迫和必要的。

中国发明专利申请号为CN200910167718.9（公开/公告号：CN101665957）的《铝电解槽用耐磨蚀石墨化阴极炭块及其制造方法》的发明公开了一种铝电解槽用耐磨蚀石墨化阴极炭块及其制造方法。该发明采用了硫含量达1～3%的高硫石油焦作为生产石墨化阴极炭块的原料之一，原料配比：硫含量1～3%高硫石油焦80～85%，改质煤沥青15～20%。虽然，石墨化阴极炭块导热系数高达80W/m.K以上，有利于槽底散热。但是，此发明主要原料使用了石油焦或沥青焦，石油焦和沥青焦中含有蒽、菲、芘等，对环境和人体有极大的危害，且沥青的残炭率要低于改性酚醛树脂，残留气孔增加，降低了材料的导热性能和导电性能，也缩短了材料的使用寿命。

中国发明专利申请号为CN03144094.0（公开/公告号：CN1480562 ）《高石墨阴极炭块及其生产方法》的发明涉及一种铝电解槽用阴极炭块，特别是高石墨阴极炭块及其生产方法，该阴极炭块是由粒度小于8毫米的30-60%电煅无烟煤，15-30%焙烧碎，10-50%石墨和15-25%沥青组成。该高石墨阴极炭块的生产方法，包括配料、混捏、成型、焙烧。虽然，通过该方法生产出的阴极炭块具有导电率较高且能够提高铝电解槽的使用寿命。但是其结合剂也是沥青系列。

中国发明专利申请号为CN03156248.5（公开/公告号：CN1485464）《一种铝电解槽用阴极炭块的生产方法》公开了一种铝电解槽用阴极炭块的生产方法，其特征在于：包括破碎→筛分→配料→混捏→成型→一次焙烧→浸渍→二次焙烧→加工工序；阴极糊料中按重量百分比选用半石墨化石油焦为10%-80%，以颗粒、粉料形式加入，全石墨化石油焦为10%-80%，以颗粒、粉料形式加入，电煅无烟煤为10%-50%，以颗粒形式加入，焙烧碎为0%-10%，以颗粒形式加入作为骨料，选用含煤焦油0%-30%的调质煤沥青作为粘结剂，其骨料占糊料(重量百分比)的80%-85%，其粘结剂占糊料的15%-20%。混捏温度为130℃-180℃；成型温度为110℃-150℃；一次焙烧温度为700℃-1000℃；二次焙烧温度为1100℃-1300℃。此发明是采用调质煤沥青作为粘结剂，也属于沥青系列粘合剂，且其混捏和成型温度均高于100℃，且要经过二次焙烧，与常温混捏和成型相比，工序繁琐，也增加了生产成本。

中国发明专利申请号为CN200610017795.2（公开/公告号：CN1880511）《高体密半石墨质阴极炭块及其生产方法》的发明公开了一种高体密半石墨质阴极炭块及其生产方法，按重量百分比称取原料，电煅无烟煤15%，电煅石油焦50%，石墨碎5%，残极15%，改质煤沥青15%，原料经筛分、配料、混捏、成型、一次焙烧、浸渍、二次焙烧、加工工序而到成品，其中混捏温度为155-165℃，成型温度为110-130℃，一次焙烧温度为1250-1300℃，二次焙烧温度为1200-1250℃。此发明中用的是改制煤沥青，且含量在15%，也属于沥青系列粘合剂，其混捏温度和成型温度均高于100℃。残炭率低、环境污染、混捏温度和成型温度这些问题都没有解决。