一种铝电解用TiB₂阴极涂层的制备方法

专利名称：一种铝电解用TiB₂阴极涂层的制备方法
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3(T50%、TiB2 20 40%、黏结剂20 35% ；添加剂0 5% 和稀释剂(Γιο%，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勻，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勻；
③将混勻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，使得黏结剂能够均勻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、浙青、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1(Γ100 μπι之间。所说混捏设备中混勻得到固体粉末混合物的混合时间为广10 h，温度为25°C的常
ilm ο步骤③混捏设备中固液混捏的时间为广18 h，温度为20 80 °C。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。
具体实施例方式实施例一
根据TiB2涂层复合材料的重量百分比含量，TiB2、石油焦和炭素纤维分别经过破碎球磨数次，得到1(Γ50μπι粒度的固体粉料，并按照重量百分比20 50 3的比例于混捏设备中，启动混捏机，混合2h，得到均勻的固体粉末混合物。将称量好的浙青与丙酮按照重量百分比20:7的比例于容器中充分搅拌混勻，得到具有一定流动性的混合物，倒入混捏设备中进行固液混捏5 h，控制混捏温度为50°C。得到铝电解所需的TiB2复合材料。将复合材料手工涂敷于整个电解槽的阴极炭块表面，抹平，固化。而后将涂敷有复合材料的阴极槽应用于电解铝系统。实施结果25°C，TiB2复合材料的电导率为27. 3 μ Ω -m ；复合材料与阴极炭块结合后其抗拉强度>2. 6 MPa，铝电解过程的电流效率提高了 1.05 %。阴极槽的寿命也延长了 25 %。实施例二
根据TiB2涂层复合材料的重量百分比含量，TiB2、冶金焦、炭素纤维分别经过破碎球磨数次粉碎到1(Γ30μπι，并按照重量百分比25 43 :5的比例于混捏设备中，启动混捏机，混合 3h，得到均勻的固体粉末混合物。将酚醛树脂与二乙烯三胺按照重量百分比22:5的比例于容器中充分搅拌混勻后，得到具有一定流动性的混合物，倒入混捏设备中进行固液混捏10 h，控制混捏温度为80°C。得到铝电解所需的TiB2复合材料。将复合材料手工涂敷于整个电解槽的阴极炭块表面，抹平，固化。而后将涂敷有复合材料的阴极槽应用于电解铝系统。实施结果25°C，TiB2复合材料的电导率为28. 2 μ Ω -m ；复合材料与阴极炭块结合后其抗拉强度>2. 6 MPa，铝电解过程的电流效率提高了 0.85 %。阴极槽的寿命也延长了 20 %。实施例三根据TiB2涂层复合材料的重量百分比含量，TiB2,电煅烧无烟煤分别经过破碎球磨数次，粉碎到1(Γ80 μ m,并按照重量百分比30 43的比例于混捏设备中，启动混捏机，混合2h， 得到均勻的固体粉末混合物。将蒽油与乙醇按照重量百分比26:1的比例于容器中充分搅拌混勻后，得到具有一定流动性的混合物，倒入混捏设备中进行固液混捏18 h，控制混捏温度为40V。得到铝电解所需的TiB2复合材料。将复合材料手工涂敷于整个电解槽的阴极炭块表面，抹平，固化。而后将涂敷有复合材料的阴极槽应用于电解铝系统。实施结果25°C，TiB2复合材料的电导率为26. 5 μ Ω -m ；复合材料与阴极炭块结合后其抗拉强度>2. 6 MPa，铝电解过程的电流效率提高了 1.25 %。阴极槽的寿命也延长了 30 %。
权利要求
1.一种铝电解用TiBJA极涂层的制备方法，其特征在于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勻，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勻；③将混勻的稀释剂与黏结剂的混合物倒入混捏设备中与先前的固体粉末混合物混合， 固液混捏得到铝电解所需的TiB2复合材料；④将TiB2复合材料涂敷在阴极炭块的表面，抹平，固化，即为TiB2阴极涂层。
2.根据权利要求1所述的铝电解用TiB2阴极涂层的制备方法，其特征在于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。
3.根据权利要求1所述的铝电解用TiB2阴极涂层的制备方法，其特征在于所说添加剂是炭素纤维或炭素纤维粉。
4.根据权利要求1所述的铝电解用TiB2阴极涂层的制备方法，其特征在于所说黏结剂是酚醛树脂、糠醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、浙青、煤焦油或蒽油中的一种或者几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的铝电解用TiB2阴极涂层的制备方法，其特征在于所说稀释剂是乙醇、丙酮、二乙烯三胺或硫酸乙脂中的一种或者几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的铝电解用TiB2阴极涂层的制备方法，其特征在于步骤①中各种固体物料粉碎后的粒度保持在IiTlOO μπι之间。
7.根据权利要求1或6所述的铝电解用TiB2阴极涂层的制备方法，其特征在于所说混捏设备中混勻得到固体粉末混合物的混合时间为广10 h，温度为25°C的常温。
8.根据权利要求1所述的铝电解用TiB2阴极涂层的制备方法，其特征在于步骤③混捏设备中固液混捏的时间为广18 h，温度为2(T80 °C。
全文摘要
一种铝电解用TiB2阴极涂层的制备方法，将TiB2、炭基材料、添加剂等物料粉碎后按照一定比例混合，而后于混捏设备中进一步的混匀，得到固体粉末混合物；将稀释剂加入黏结剂中，不断搅拌直到二者充分混匀；将混匀的稀释剂与黏结剂的混合物倒入混捏设备中与先前的固体粉末混合物混合，搅拌至均匀，便可得到铝电解所需的TiB2复合材料，采用本发明生产的产品使用于铝电解槽后大大延长了铝电解槽的使用寿命，同时大大提高了铝电解过程的电流效率，从而降低了吨铝的生产成本；本发明的工艺流程短，生产处理成本低，环境污染小。
文档编号C25C3/08GK102212845SQ201110134418
公开日2011年10月12日 申请日期2011年5月24日 优先权日2011年5月24日
发明者于站良, 俞小花, 苏其军, 谢刚 申请人:昆明冶金研究院