專利名稱：一種鋁電解槽的側壁用耐火材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于耐火材料技術領域，具體涉及一種鋁電解槽的側壁用耐火材料及其制
備方法。
背景技術：
傳統鋁電解槽采用炭素材料作為陰極和陽極，電解煉鋁時發生的反應為 2A1203+3C = 4A1+3C02，反應過程放出大量的溫室氣體(X)2和熱量。傳統鋁電解槽的側壁采用導熱率很高的Si3N4-SiC磚砌筑，大量的熱通過該側壁耗散，保證了槽溫的恒定。此外，在熱量快速耗散過程中，側壁材料表面會有一層凝固的電解質(爐幫)形成。在爐幫的保護下，Si3N4-SiC側壁材料不會同熔融電解質和空氣直接接觸，因此取得了較好的使用效果。基于惰性電極的電解煉鋁新工藝可降低能耗20%以上，且在陽極處發出的氣體是O2，可以基本消除有害氣體的釋放。新工藝電解時鋁電解槽內發生的反應為2A1203 =4Α1+302，該反應不會放出大量的熱。為了維持槽內溫度，需要在側壁材料外面加入隔熱保溫材料。因此，熱量耗散的較慢，側壁材料表面不能形成保護側壁材料的爐幫，導致 Si3N4-SiC側壁材料會直接與熔融電解質和氧化性氣體接觸。由于Si3N4-SiC側壁材料抗氧化能力較差，在沒有爐幫保護的情況下，會被陽極放出的活性很高的O2氧化；此外， Si3N4-SiC側壁材料也易于和直接接觸的高溫熔融電解質反應生成SiF4氣體，從而導致側壁材料的嚴重損壞。由上述可知，Si3N4-SiC側壁材料由于抗氧化性和抗電解質侵蝕性能較差，已不能滿足新電解工藝條件下電解槽內的穩定維持，制約了基于惰性電極的鋁電解新工藝的成功應用。
發明內容
本發明旨在克服現有技術缺陷，目的是提供一種高溫條件下抗電解質侵蝕性能和抗氧化性能優良的鋁電解槽的側壁用耐火材料及其制備方法。為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是以60 72wt%的剛玉顆粒、22 35wt%的鎂鋁尖晶石細粉和2 10襯％的α -Al2O3微粉為原料，外加0. 5 4. Owt %的TW2 微粉和0. 5 2. Owt %的聚乙烯醇，混合均勻，壓制成型，在400 600°C條件下處理4 他，然后在1350 1650°C的條件下燒成，保溫3 6h，即得鋁電解槽的側壁用耐火材料。上述技術方案中剛玉顆粒或為電熔剛玉、或為燒結剛玉、或為電熔剛玉和燒結剛玉的混合物；剛玉的顆粒級配是粒徑5 3mm為55 65wt%，粒徑3 Imm為10 25wt%，粒徑1 0. Imm為15 30wt% ；鎂鋁尖晶石細粉的平均粒徑為20 μ m 45 μ m ； α -Al2O3微粉的平均粒徑為1. 5 3 μ m ；TiO2微粉的平均粒徑為1 2 μ m。由于采用上述技術方案，本發明制備的鋁電解槽的側壁用耐火材料的主要化學成分是氧化鋁和鎂鋁尖晶石，800°C時導熱系數為2. 0 3. Ow/(m. k)。由于氧化鋁和鎂鋁尖晶石在高溫條件下不會和氧氣發生化學反應，所以具有很好的抗氧化性能。另由于氧化鋁在電解煉鋁工作條件下不會和電解質發生明顯化學反應，能有效抵擋電解質對材料的的滲透和侵蝕。此外，鋁電解槽的側壁用耐火材料在高溫燒結時T^2微粉會和鎂鋁尖晶石細粉反應生成液態的化合物，液相的生成促進了材料的燒結。體積密度為2. 8 3. 6g/cm3，顯氣孔率為3 15%。因此，本發明所制備的鋁電解槽的側壁用耐火材料具有優良的抗氧化性能和抗電解質侵蝕性能的特點。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發明作進一步的描述，并非對其保護范圍的限制為避免重復，先將本具體實施方式
所涉及的原料技術參數統一描述如下，具體實施例中不再贅述剛玉的顆粒級配是粒徑5 3mm為55 65wt%，粒徑3 Imm為10 25wt%，粒徑1 0. Imm為15 30wt% ；鎂鋁尖晶石細粉的平均粒徑為20 μ m 45 μ m ； α -Al2O3微粉的平均粒徑為1. 5 3 μ m ；TiO2微粉的平均粒徑為1 2 μ m。實施例1一種鋁電解槽的側壁用耐火材料及其制備方法。以60 63wt%的電熔剛玉顆粒、 32 的鎂鋁尖晶石細粉和2 6襯％的α -Al2O3微粉為原料，外加0. 5 1. 5wt% 的TiO2微粉和0. 5 1. 0wt%的聚乙烯醇，混合均勻，壓制成型，在400 450°C條件下處理4 證，然后在1350 1400°C的條件下燒成，保溫3 4h，即得鋁電解槽的側壁用耐火材料。本實施例1所制得的鋁電解槽用新型側壁材料的體積密度為2. 8 3. Og/cm3, 顯氣孔率為12 15%，燒后耐壓強度為150 160MPa，800°C時導熱系數為2. O 2. 2w/ (m. k)，能有效抵擋電解質對材料的的滲透和侵蝕1 1. 2年。實施例2一種鋁電解槽的側壁用耐火材料及其制備方法。以63 66wt%的電熔剛玉顆粒、 29 32wt%的鎂鋁尖晶石細粉和2 6襯％的α -Al2O3微粉為原料，外加1. 5 2. 5wt% 的TiO2微粉和1. O 1. 5wt%的聚乙烯醇，混合均勻，壓制成型，在450 500°C條件下處理5 他，然后在1400 1450°C的條件下燒成，保溫4 5h，即得鋁電解槽的側壁用耐火材料。本實施例2所制得的鋁電解槽用新型側壁材料的體積密度為3. O 3. 2g/cm3, 顯氣孔率為10 13%，燒后耐壓強度為160 170MPa，80(TC時導熱系數為2. 2 2. 4w/ (m. k)，能有效抵擋電解質對材料的的滲透和侵蝕1. 2 1. 4年。實施例3:一種鋁電解槽的側壁用耐火材料及其制備方法。以66 69wt%的電熔剛玉顆粒、 26 ^wt %的鎂鋁尖晶石細粉和2 6襯％的α -Al2O3微粉為原料，外加2. 5 3. 5wt% 的TiO2微粉和1. 5 2. Owt%的聚乙烯醇，混合均勻，壓制成型，在500 550°C條件下處理6 7h，然后在1450 1500°C的條件下燒成，保溫5 6h，即得鋁電解槽的側壁用耐火材料。本實施例3所制得的鋁電解槽用新型側壁材料的體積密度為3. 2 3. 4g/cm3,顯氣孔率為7 10 %，燒后耐壓強度為170 180MPa, 800°C時導熱系數為2. 4 2. 6w/ (m. k)，能有效抵擋電解質對材料的的滲透和侵蝕1. 4 1. 6年。實施例4一種鋁電解槽的側壁用耐火材料及其制備方法。以69 72wt%的電熔剛玉顆粒、 23 ^wt %的鎂鋁尖晶石細粉和2 6襯％的α -Al2O3微粉為原料，外加3. 0 4. Owt % 的TiO2微粉和0. 5 1. 0wt%的聚乙烯醇，混合均勻，壓制成型，在550 600°C條件下處理7 他，然后在1500 1550°C的條件下燒成，保溫3 4h，即得鋁電解槽的側壁用耐火材料。本實施例4所制得的鋁電解槽用新型側壁材料的體積密度為3. 4 3. 6g/cm3,顯氣孔率為5 8 %，燒后耐壓強度為180 190MPa, 800°C時導熱系數為2. 6 2. 8w/ (m. k)， 能有效抵擋電解質對材料的的滲透和侵蝕1. 6 1. 8年。實施例5一種鋁電解槽的側壁用耐火材料及其制備方法。以60 63wt%的燒結剛玉顆粒、 28 32wt%的鎂鋁尖晶石細粉和5 9襯％的α -Al2O3微粉為原料，外加1. 0 2. Owt % 的TiO2微粉和0. 5 1. 0wt%的聚乙烯醇，混合均勻，壓制成型，在400 450°C條件下處理4 證，然后在1550 1600°C的條件下燒成，保溫4 5h，即得鋁電解槽的側壁用耐火材料。本實施例5所制得的鋁電解槽用新型側壁材料的體積密度為3. 4 3. 6g/cm3,顯氣孔率為3 6 %，燒后耐壓強度為190 200MPa, 800°C時導熱系數為2. 8 3. Ow/ (m. k)， 能有效抵擋電解質對材料的的滲透和侵蝕1. 8 2. 0年。實施例6一種鋁電解槽的側壁用耐火材料及其制備方法。以63 66wt%的燒結剛玉顆粒、 25 ^wt %的鎂鋁尖晶石細粉和5 9襯％的α -Al2O3微粉為原料，外加2. 0 3. Owt % 的TW2微粉和1. 0 1. 5wt%的聚乙烯醇，混合均勻，壓制成型，在400 450°C條件下處理5 他，然后在1400 1450°C的條件下燒成，保溫5 6h，即得鋁電解槽的側壁用耐火材料。本實施例6所制得的鋁電解槽用新型側壁材料的體積密度為3. 0 3. 2g/cm3,顯氣孔率為9 12 %，燒后耐壓強度為165 175MPa, 800°C時導熱系數為2. 3 2. 5w/ (m. k)， 能有效抵擋電解質對材料的的滲透和侵蝕1. 5 1. 7年。實施例7一種鋁電解槽的側壁用耐火材料及其制備方法。以66 69wt%的燒結剛玉顆粒、 22 ^wt %的鎂鋁尖晶石細粉和5 9襯％的α -Al2O3微粉為原料，外加3. 0 4. Owt % 的TiO2微粉和1. 0 1. 5wt%的聚乙烯醇，混合均勻，壓制成型，在450 500°C條件下處理6 幾，然后在1450 1500°C的條件下燒成，保溫3 4h，即得鋁電解槽的側壁用耐火材料。本實施例7所制得的鋁電解槽用新型側壁材料的體積密度為3. 2 3. 4g/cm3,顯氣孔率為6 9 %，燒后耐壓強度為175 185MPa, 800°C時導熱系數為2. 5 2. 7w/ (m. k)， 能有效抵擋電解質對材料的的滲透和侵蝕1. 7 1. 9年。實施例8一種鋁電解槽的側壁用耐火材料及其制備方法。以60 63wt%的燒結剛玉顆粒、27 31wt%的鎂鋁尖晶石細粉和7 IOwt %的α -Al2O3微粉為原料，外加3. 0 4. Owt % 的TW2微粉和1. 5 2. 0wt%的聚乙烯醇，混合均勻，壓制成型，在450 500°C條件下處理4 證，然后在1500 1550°C的條件下燒成，保溫4 5h，即得鋁電解槽的側壁用耐火材料。本實施例8所制得的鋁電解槽用新型側壁材料的體積密度為3. 2 3. 4g/cm3,顯氣孔率為4 7 %，燒后耐壓強度為185 195MPa, 800°C時導熱系數為2. 7 2. 9w/ (m. k)， 能有效抵擋電解質對材料的的滲透和侵蝕1. 6 1. 8年。實施例9一種鋁電解槽的側壁用耐火材料及其制備方法。以63 66wt%的電熔剛玉和燒結剛玉顆粒的混合物、對 ^wt %的鎂鋁尖晶石細粉和7 IOwt %的α -Al2O3微粉為原料，外加3. 0 4. Owt%的TiO2微粉和1. 0 1. 5wt%的聚乙烯醇，混合均勻，壓制成型，在 500 550°C條件下處理7 8h，然后在1550 1600°C的條件下燒成，保溫5 6h，即得鋁電解槽的側壁用耐火材料。本實施例9所制得的鋁電解槽用新型側壁材料的體積密度為3. 4 3. 6g/cm3,顯氣孔率為5 8 %，燒后耐壓強度為190 200MPa, 800°C時導熱系數為2. 8 3. Ow/ (m. k)， 能有效抵擋電解質對材料的的滲透和侵蝕1. 8 2. 0年。實施例10一種鋁電解槽的側壁用耐火材料及其制備方法。以66 66wt%的電熔剛玉和燒結剛玉顆粒的混合物、21 25wt%的鎂鋁尖晶石細粉和7 IOwt %的α -Al2O3微粉為原料，外加3. 0 4. Owt%的TiO2微粉和1. 5 2. Owt%的聚乙烯醇，混合均勻，壓制成型，在 550 600°C條件下處理6 7h，然后在1600 1650°C的條件下燒成，保溫4 5h，即得鋁電解槽的側壁用耐火材料。本實施例10所制得的鋁電解槽用新型側壁材料的體積密度為3. 4 3. 6g/cm3,顯氣孔率為3 6 %，燒后耐壓強度為190 200MPa, 800°C時導熱系數為2. 7 2. 9w/ (m. k)， 能有效抵擋電解質對材料的的滲透和侵蝕1. 7 1. 9年。本具體實施方式
制備的鋁電解槽的側壁用耐火材料的主要化學成分是氧化鋁和鎂鋁尖晶石，800°C時導熱系數為2. 0 3. Ow/(m. k)。由于氧化鋁和鎂鋁尖晶石在高溫條件下不會和氧氣發生化學反應，所以具有很好的抗氧化性能。另由于氧化鋁在電解煉鋁工作條件下不會和電解質發生明顯化學反應，能有效抵擋電解質對材料的的滲透和侵蝕。此外，鋁電解槽的側壁用耐火材料在高溫燒結時T^2微粉會和鎂鋁尖晶石細粉反應生成液態的化合物，液相的生成促進了材料的燒結。體積密度為2. 8 3. 6g/cm3，顯氣孔率為3 15%。因此，本具體實施方式
所制備的鋁電解槽的側壁用耐火材料具有優良的抗氧化性能和抗電解質侵蝕性能的特點。
權利要求
1.一種鋁電解槽的側壁用耐火材料的制備方法，其特征在于以60 72wt%的剛玉顆粒、22 35wt%的鎂鋁尖晶石細粉和2 IOwt %的α -Al2O3微粉為原料，外加0. 5 4. Owt%的TiO2微粉和0. 5 2. Owt%的聚乙烯醇，混合均勻，壓制成型，在400 600°C條件下處理4 他，然后在1350 1650°C的條件下燒成，保溫3 6h，即得鋁電解槽的側壁用耐火材料。
2.根據權利要求1所述的鋁電解槽的側壁用耐火材料的制備方法，其特征在于所述的剛玉顆粒或為電熔剛玉、或為燒結剛玉、或為電熔剛玉和燒結剛玉的混合物；剛玉的顆粒級配是粒徑5 3mm的為55 65wt%，3 Imm的為10 25wt%，1 0. Imm的為15 30wt%。
3.根據權利要求1所述的鋁電解槽的側壁用耐火材料的制備方法，其特征在于所述的鎂鋁尖晶石細粉的平均粒徑為20 μ m 45 μ m。
4.根據權利要求1所述的鋁電解槽的側壁用耐火材料的制備方法，其特征在于所述的 α -Al2O3微粉的平均粒徑為1. 5 3 μ m。
5.根據權利要求1所述的鋁電解槽的側壁用耐火材料的制備方法，其特征在于所述的 TiO2微粉的平均粒徑為1 2 μ m。
6.根據權利要求1 5項中任一項所述的鋁電解槽的側壁用耐火材料的制備方法所制備的鋁電解槽的側壁用耐火材料。
全文摘要
本發明具體涉及一種鋁電解槽的側壁用耐火材料及其制備方法。其技術方案是以60～72wt％的剛玉顆粒、22～35wt％的鎂鋁尖晶石細粉和2～10wt％的α-Al2O3微粉為原料，外加0.5～4.0wt％的TiO2微粉和0.5～2.0wt％的聚乙烯醇，混合均勻，壓制成型，在400～600℃條件下處理4～8h，然后在1350～1650℃的條件下燒成，保溫3～6h，即得鋁電解槽的側壁用耐火材料。本發明所制備的鋁電解槽的側壁用耐火材料具有優良的抗氧化性能和抗電解質侵蝕性能的特點。
文檔編號C25C3/08GK102267815SQ20111016466
公開日2011年12月7日 申請日期2011年6月20日 優先權日2011年6月20日
發明者徐義彪, 李亞偉, 李淑靜, 李遠兵, 桑紹柏, 秦慶偉, 趙雷 申請人:武漢科技大學