本發明涉及炭素制品領域，具體涉及一種鋁電解預焙陽極及其生產工藝。
背景技術：
預焙陽極在鋁電解槽生產過程中起著十分重要的作用，它作為導體將直流電導入電解槽，并作為電解槽陽極材料參與陽極反應過程，其質量和工作狀況對鋁電解生產是否正常及電流效率、電能消耗、原鋁品位等經濟技術指標有重大關聯，特別是電阻率指標，是陽極優質與否的重要指標。
預焙陽極炭塊一般為長方體，電解槽通電時通過它的電流密度一般為0.7A/cm2～0.8A/cm2，加上導桿與接點電阻，鋁電解生產消耗在炭陽極上的電壓降為300mV～500mV，占電解槽電壓降的10％～15％。在電解槽中，預焙陽極的電阻率增大，則導致陽極電壓降升高，電解消耗也隨之增大，炭塊電阻率每增加1μΩ·m會使槽電壓上升2.59mV，每上升1mV壓降可增加電耗3.2Kwh/t-Al。
在預焙陽極實際生產過程中，因生產工藝流程長，各工序影響因素較多，電阻率往往波動比較大，給陽極質量造成不穩定因素，進而影響其在電解槽中的高效節能使用。鋁電解用預焙陽極有色金屬行業標準(YS/T285-2012)中對預焙陽極電阻率的要求，一級品不大于57μΩ·m，二級品不大于62μΩ·m。預焙陽極電阻率的變化是熱處理溫度變化的一個函數。在生產流程中，原料石油焦的結構、氣孔率、粒度分布、粉焦含量；工藝條件煅燒溫度的控制、焙燒升溫速率、最終焙燒溫度、保溫時間；物料粒級最佳搭配、設備調控、參數設置與員工操作規范度等都會對陽極電阻率產生較大影響，現有技術中大多都是圍繞于此進而研究，或是改變配方，或是優化工藝條件，以期得到優質陽極，但采用現有技術制備的預焙陽極仍具有較高的電阻率。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種鋁電解預焙陽極，其擁有較低的電阻率，能夠降低生產成本。
本發明的另一目的在于提供一種鋁電解預焙陽極的生產工藝，其能夠降低鋁電解預焙陽極的電阻率、提高炭素陽極的導電性能，進而降低電解生產電能的消耗。
本發明的實施例是這樣實現的：
一種鋁電解預焙陽極，其原料按重量百分數計包括：配料組分82～86％和粘接劑14％～18％，其中，配料組分按重量百分比計包括煅后石油焦80％～84％、灰分含量小于1％的殘極14％～16％以及鋁電解用陰極的加工過程中產生的陰極銑面粉2％～4％。
一種鋁電解預焙陽極的生產工藝，備取上述鋁電解預焙陽極的原料，將配料組分進行一級混合，加入粘結劑，進行二級混合制得糊料，對糊料進行振動成型，得到陽極生坯，將陽極生坯水冷養護后進行焙燒，冷卻。
本發明實施例的有益效果是：陰極銑面粉是在生產鋁電解用陰極過程中產生的，因陰極炭塊主要是由電煅無煙煤、石墨碎、焙燒碎及粘結劑經混捏、1200℃高溫焙燒而成，且采用的電煅無煙煤是經1800～2000℃煅燒而成，具有較高的石墨化度，導電性能好。鋁電解用石墨質陰極炭塊有色金屬行業標準(YS/T 623-2012)中對GS-3電阻率的要求為不大于35μΩ·m，對GS-5電阻率的要求為不大于30μΩ·m。為此，陰極加工過程中殘余的陰極銑面粉具有電阻率低、均勻、質優等特點，將其摻配到煅后石油焦、灰分含量小于1％的殘極中可以起到降低電阻率的作用。另外，該陰極銑面粉為陰極車間殘余物料，消化吸收掉可以實現資源回收利用，降低生產成本。本發明提供的生產方法，利用陰極銑面粉作為配料組分之一，能夠實現降低電阻率，提高炭素陽極的導電性能，進而降低電解生產電能的消耗。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。實施例中未注明具體條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。
下面對本發明實施例的一種鋁電解預焙陽極及其生產工藝進行具體說明。
一種鋁電解預焙陽極，其原料按重量百分數計包括：配料組分82～86％和粘接劑14％～18％，其中，配料組分按重量百分比計包括煅后石油焦80％～84％、灰分含量小于1％的殘極14％～16％以及鋁電解用陰極的加工過程中產生的陰極銑面粉2％～4％。
需要說明的是，原料的重量百分數為配料組分和粘接劑占原料的總量的重量百分比，而配料組分的重量百分比為各個組分(如煅后石油焦、殘極以及陰極銑面粉)占配料組分的總量的重量百分比。
煅后石油焦：在煉鋼用的石墨電極或制鋁、制鎂用的陽極糊(融熔電極)時，為使石油焦(生焦)適應要求，必須對生焦進行煅燒。
煅后石油焦按重量百分比計包括一級顆粒18％～23％、二級顆粒20％～25％、三級顆粒25％～30％和四級粉末32％～37％，其中，一級顆粒的粒徑為5mm～8mm，二級顆粒的粒徑為2mm～5mm，三級顆粒的粒徑<2mm，四級粉末是由一級顆粒、二級顆粒和三級顆粒混合研磨制得，四級粉末的粒徑≤0.074。
具體地，將煅后石油焦粉碎后進行篩分，得到一級顆粒、二級顆粒和三級顆粒，然后將粉碎后未篩分的煅后石油焦研磨成四級粉末，一級顆粒的粒徑為5mm～8mm，表示一級顆粒的粒徑大于等于5mm，小于8mm；同樣的二級顆粒的粒徑為2mm～5mm，表示二級顆粒的粒徑大于等于2mm，小于5cm；由于顆粒的粒徑必然大于0，所以，本發明實施例在描述三級顆粒的粒徑時，僅說明其粒徑小于2mm，但應當理解的是，三級顆粒的粒徑大于0mm且小于2mm。四級粉末的粒徑小于等于0.074mm。
然后將制得的一級顆粒、二級顆粒、三級顆粒以及四級粉末按照比例進行配比，即煅后石油焦按重量百分比計包括一級顆粒18％～23％、二級顆粒20％～25％、三級顆粒25％～30％和四級粉末32％～37％，備取后的煅后石油焦作為鋁電解預焙陽極的配料組分。
殘極是指預焙陽極炭塊在電解槽上使用以后的殘余部分。殘極長期與電解質接觸，含有較高的電解質成分，如鋁、鈉、鉀、鈣、鎂、鋰、氟等成分，其表面往往附有電解質所形成的硬殼。本實施例中，通過測定選擇灰分含量小于1％的殘極作為本發明實施例中的鋁電解預焙陽極的配料組分。
陰極銑面粉是在生產鋁電解用陰極過程中產生的，包括在鋁電解用陰極加工過程中的銑床切削下來的機加工切屑粉和凈化除塵器吸收而獲得的收塵粉。因陰極炭塊主要是由電煅無煙煤、石墨碎、焙燒碎及粘結劑經混捏、1200℃高溫焙燒而成，且采用的電煅無煙煤是經1800～2000℃煅燒而成，具有較高的石墨化度，導電性能好。鋁電解用石墨質陰極炭塊有色金屬行業標準(YS/T 623-2012)中對GS-3電阻率的要求為不大于35μΩ·m，對GS-5電阻率的要求為不大于30μΩ·m。為此，陰極加工過程中殘余的陰極銑面粉具有電阻率低、均勻、質優等特點。本發明實施例中將陰極銑面粉摻配到煅后石油焦和殘極中可以起到降低電阻率的作用。另外，該銑面粉為陰極車間殘余物料，消化吸收掉可以實現資源回收利用，降低生產成本。
本實施例中，選取粒徑小于等于0.074mm的陰極銑面粉作為本發明實施例的配料組分，陰極銑面粉的粒徑小，便于與煅后石油焦和殘極混合，混合更均勻。
上述煅后石油焦、殘極以及陰極銑面粉作為配料組分，占配料組分的重量百分比分別為煅后石油焦80％～84％、灰分含量小于1％的殘極14％～16％以及陰極銑面粉2％～4％。將配料組分按照相應的比例配制完成后，再將配料組分和粘接劑按照配料組分82～86％和粘接劑14％～18％的比例進行配合。
其中，粘接劑包括煤瀝青和添加劑，添加劑包括環氧樹脂、酚醛樹脂、糠醛樹脂、呋喃樹脂中的一種或多種。
一種鋁電解預焙陽極的生產工藝，其包括以下步驟：
S1、一級混合：
先將煅后石油焦和殘極置于容器中進行攪拌，并于攪拌過程中不斷加入陰極銑面粉。其中，陰極銑面粉是單獨放置于料倉內，稱重后直接打入螺旋輸送機內，并由螺旋輸送機將陰極銑面粉進行不斷加入至容器(例如：混捏鍋)中進行一級混合，混合時間為20～25min，混合溫度為95～105℃。
S2、二級混合：
將預先配置好的粘接劑加入容器中進行二級混合(混捏)制得糊料，混合時間為30～40min，混合溫度為150～160℃。
S3、振動成型：
對糊料進行振動成型，得到陽極生坯，振動成型的振動時間為90～120s，壓力1.3～1.8kg/cm2；振動成型可以利用常規設備(例如：振動成型機)進行。
S4、焙燒：
將陽極生坯水冷養護后進行焙燒，焙燒后冷卻即得。焙燒的溫度為1150～1250℃，時間為70～80h。
通過該加工工藝的方法和特定的參數制得的陽極生坯的的體積密度為1.64～1.66g/cm3，而制得的鋁電解預焙陽極的電阻率為53～54μΩ·m。
本發明實施例充分利用了陰極加工過程中殘余的陰極銑面粉具有電阻率低、均勻、質優等特點，將其摻配到煅后石油焦、灰分含量小于1％的殘極中可以起到降低電阻率的作用。另外，該陰極銑面粉為陰極車間殘余物料，消化吸收掉可以實現資源回收利用，降低生產成本。本發明提供的生產方法，利用本實施例提供的原料在特定的工藝參數下制備，能夠實現降低電阻率，提高炭素陽極的導電性能，進而降低電解生產電能的消耗。
以下結合實施例對本發明的特征和性能作進一步的詳細描述：
實施例一
一種鋁電解預焙陽極，其原料按重量百分比計包括：配料組分84％和粘接劑16％。其中，配料組分按重量百分比計包括煅后石油焦83％、灰分含量小于1％的殘極15％以及陰極銑面粉2％。煅后石油焦按重量百分比計包括：一級顆粒18％、二級顆粒25％，三級顆粒25％，四級粉末32％。其中粘結劑是由煤瀝青和酚醛樹脂組成。
將稱重好的配料組分進行一級混合，混合時間為25min，混合溫度為98℃，接著加入粘結劑，進行二級混合制得糊料，二級混合的混合時間為30min，混合溫度為155℃，對糊料進行振動成型，振動成型的振動時間為100s，壓力1.6kg/cm2，得到陽極生坯，陽極生坯的體積密度為1.65g/cm3。將陽極生坯水冷養護后進行焙燒，焙燒的溫度為1200℃，時間為72h。焙燒后冷卻得到鋁電解預焙陽極制品。
實施例二
一種鋁電解預焙陽極，其原料按重量百分比計包括：配料組分82％和粘接劑18％。
其中，配料組分按重量百分比計包括煅后石油焦84％、灰分含量小于1％的殘極14％以及陰極銑面粉2％。煅后石油焦按重量百分比計包括：一級顆粒23％、二級顆粒20％，三級顆粒25％，四級粉末32％。其中粘結劑是由煤瀝青、環氧樹脂和酚醛樹脂組成。
將稱重好的配料組分進行一級混合，混合時間為22min，混合溫度為95℃，接著加入粘結劑，進行二級混合制得糊料，二級混合的混合時間為35min，混合溫度為150℃，對糊料進行振動成型，振動成型的振動時間為120s，壓力1.4kg/cm2，得到陽極生坯，陽極生坯的體積密度為1.64g/cm3。將陽極生坯水冷養護后進行焙燒，焙燒的溫度為1150℃，時間為70h。焙燒后冷卻得到鋁電解預焙陽極制品。
實施例三
一種鋁電解預焙陽極，其原料按重量百分比計包括：配料組分86％和粘接劑14％。其中，配料組分按重量百分比計包括煅后石油焦80％、灰分含量小于1％的殘極16％以及陰極銑面粉4％。煅后石油焦按重量百分比計包括：一級顆粒18％、二級顆粒20％，三級顆粒30％，四級粉末32％。其中粘結劑是由煤瀝青和糠醛樹脂組成。
先將煅后石油焦和殘極置于容器中進行攪拌，并于攪拌過程中不斷加入陰極銑面粉。其中，陰極銑面粉是單獨放置于料倉內，稱重后直接打入螺旋輸送機內，并由螺旋輸送機將陰極銑面粉進行不斷加入至混捏鍋中進行一級混合，混合時間為21min，混合溫度為100℃，接著加入粘結劑，進行二級混合制得糊料，二級混合的混合時間為33min，混合溫度為160℃，對糊料進行振動成型，振動成型的振動時間為90s，壓力1.7kg/cm2，得到陽極生坯，陽極生坯的體積密度為1.66g/cm3。將陽極生坯水冷養護后進行焙燒，焙燒的溫度為1190℃，時間75h。焙燒后冷卻得到鋁電解預焙陽極制品。
實施例四
一種鋁電解預焙陽極，其原料按重量百分比計包括：配料組分85％和粘接劑15％。其中，配料組分按重量百分比計包括煅后石油焦82％、灰分含量小于1％的殘極15％以及陰極銑面粉3％。煅后石油焦按重量百分比計包括：一級顆粒18％、二級顆粒20％，三級顆粒25％，四級粉末37％。其中粘結劑是由煤瀝青、環氧樹脂、呋喃樹脂和呋喃樹脂組成。
將稱重好的配料組分進行一級混合，混合時間為20min，混合溫度為102℃，接著加入粘結劑，進行二級混合制得糊料，二級混合的混合時間為40min，混合溫度為157℃，對糊料進行振動成型，振動成型的振動時間為110s，壓力1.5kg/cm2，得到陽極生坯，陽極生坯的體積密度為1.64g/cm3。將陽極生坯水冷養護后進行焙燒，焙燒的溫度為1225℃，時間為80h。焙燒后冷卻得到鋁電解預焙陽極制品。
實施例五
一種鋁電解預焙陽極，其原料按重量百分比計包括：配料組分83％和粘接劑17％。其中，配料組分按重量百分比計包括煅后石油焦81％、灰分含量小于1％的殘極15.5％以及陰極銑面粉3.5％。煅后石油焦按重量百分比計包括：一級顆粒19％、二級顆粒22％，三級顆粒26％，四級粉末33％。其中粘結劑是由煤瀝青、環氧樹脂、酚醛樹脂、糠醛樹脂、呋喃樹脂和酚醛樹脂組成。
先將煅后石油焦和殘極置于容器中進行攪拌，并于攪拌過程中不斷加入陰極銑面粉。其中，陰極銑面粉是單獨放置于料倉內，稱重后直接打入螺旋輸送機內，并由螺旋輸送機將陰極銑面粉進行不斷加入至混捏鍋中進行一級混合，混合時間為23min，混合溫度為105℃，接著加入粘結劑，進行二級混合制得糊料，二級混合的混合時間為37min，混合溫度為159℃，對糊料進行振動成型，振動成型的振動時間為105s，壓力1.8kg/cm2，得到陽極生坯，陽極生坯的體積密度為1.66g/cm3。將陽極生坯水冷養護后進行焙燒，焙燒的溫度為1250℃，時間為78h。焙燒后冷卻得到鋁電解預焙陽極制品。
實驗數據
采用本發明實施例一～實施例五提供的生產工藝制得的鋁電解預焙陽極各項指標均符合YS/T185-2012標準一級品要求，與現有技術中制得預焙陽極制品的各項性能指標對照表為：
通過批量試驗生產分析，利用本實施例提供的原料在特定的工藝參數下制備，可以有效降低預焙陽極制品的電阻率、空氣滲透率，增加陽極耐壓強度，同時，可以消耗掉陰極車間的陰極銑面粉，實現車間資源回收利用，降低生產成本。
以上所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。