一种快速导电梯度炭素阳极及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种快速导电梯度炭素阳极及其制备方法；属于铝电解槽阳极制备技术领域。本发明专利技术所设计的炭素阳极包括普通炭块3、半石墨质炭块4，全石墨化炭块5；所述半石墨质炭块4位于普通炭块3与全石墨化炭块5之间，所述半石墨质炭块4的石墨化程度为40-50％。其生产方法是，将全石墨化料、半石墨质料与普通炭块料依次倒入振动机组中，铺成一定的厚度，然后利用高频振动加工成型。本发明专利技术所设计的炭素阳极在铝电解槽中使用时，可大幅缩短由于阳极换极带来的电解槽内较长时间的不导电周期。本发明专利技术制备工艺简单、实用便于产业化应用。

【技术实现步骤摘要】
一种快速导电梯度炭素阳极及其制备方法
本专利技术涉及一种快速导电梯度炭素阳极及其制备方法；属于铝电解槽阳极制备

技术介绍
在预焙阳极铝电解槽中，阳极的使用周期为28～31d，当阳极达到使用周期时，残极厚度约为15～17cm，如果继续使用，就会发生阳极钢爪熔化现象，因此，需要根据预焙阳极结构设计和组装情况，在保持一定残极高度情况下及时更换阳极，从而保证铝电解槽的正常稳定运行。铝电解槽中有温度场，物料场和电磁场。阳极的更换对“三场”都具有一定影响，但其影响最大的是温度场。正常稳定运行的铝电解槽是处于热平衡状态的。换极前，正常运行的铝电解槽保持着相对的能量平衡，浸入电解质中的阳极部分温度和电解质温度是相同的，阳极上部分的温度也高达600～700℃当高温残极由电解槽中拔出时，一方面残极会从电解质中带走一部分热量；另一方面，拔出阳极的位置会出现一定的空间，也会散失一部分热量，因为从拔出阳极到新阳极上槽需要一定的时间；此外，当室温新阳极安装到电解槽上并浸入电解质中时，由于二者之间巨大的温差，新阳极也会从电解质中吸收大量的热量，直至在二者界面达到新的热平衡为止。因此，换极过程实际上就是热平衡——破坏热平衡——建立新的热平衡的过程。通常，换极对电解槽的影响约持续24h。在这期间，新换的阳极浸入电解质部分由室温逐步被电解质加热，在换极后约24h，阳极温度基本与电解质温度相当。刚刚换入电解槽的新阳极几乎是不导电的，这是因为这时阳极与电解质之间存在巨大温差，在阳极浸入电解质的一刹那，与阳极底掌接触的电解质骤然遇到激冷，在阳极底掌表面形成一层电解质凝壳，这一层凝壳将液态电解质与阳极完全隔离，从而使得以导电性碳材料制造的阳极炭块失去导电作用。加之，在阳极底掌表面形成电解质凝壳的同时，由于热传导的作用，邻近阳极底掌部分的电解质失去的热量相对远离阳极处要快的多，从而使得阳极附近电解质的粘度增加。而电解质粘度的增加，也使得阳极气体不易排出，炭渣分离不清，增加了电解质的电阻率，导致该部分电解质导电性下降。因此，对于如何缩短由于阳极换极带来的电解槽内较长时间的不导电周期，不仅对于铝电解行业实现节能降耗的良好发展具有重要意义，同时也是实现电解槽“三场”稳定，槽况运行良好的基础。关于改善换极温度对槽况的影响，目前采取的办法有实施阳极预热，如利用电解槽烟气余热对预焙阳极进行预热，但在国内尚无成功应用的报道，而利用换下的高温残极对阳极进行预热，与该技术相关的仅有一个技术专利，名为《阳极块预热交换装置》，授权公告为CN201347457Y，该技术实施过程中，需要建设一系列中高温烟气管线，并要对管线进行防腐处理，而且要单独建设阳极预热间，不但投资大，并且运行成本高。因此，在不增加过多投资的的前提下，换极后阳极快速导电，缩短不导电周期对铝电解槽节能降耗的实现起到关键作用。
技术实现思路
本专利技术针对现有铝电解槽阳极存在的不足之处，提供一种快速导电梯度炭素阳极及其制备方法。本专利技术一种快速导电梯度炭素阳极包括：普通炭块(3)、半石墨质炭块(4)，全石墨化炭块(5)；所述半石墨质炭块(4)位于普通炭块(3)与全石墨化炭块(5)之间，所述半石墨质炭块(4)的石墨化程度为40-50％。本专利技术一种快速导电梯度炭素阳极包括：铝导杆(1)、阳极钢爪(2)、普通炭块(3)、半石墨质炭块(4)，全石墨化炭块(5)；所述阳极钢爪(2)的顶部与铝导杆(1)相连，阳极钢爪(2)的底部与铝导杆普通炭块(3)的顶部相连，普通炭块(3)的底部与半石墨质炭块(4)的顶部相连；所述半石墨质炭块(4)的底部与全石墨化炭块(5)相连。本专利技术一种快速导电梯度炭素阳极所述全石墨化炭块(5)、半石墨质炭块(4)、普通炭块(3)的厚度之比为，全石墨化炭块(5)：半石墨质炭块(4)：普通炭块(3)＝1-2:1-2:2-6；优选为1:1:2-1:1:3。即全石墨化炭块(5)、半石墨质炭块(4)与普通炭块(3)的质量比为1-2:1-2:2-6、优选为1:1:2-1:1:3。本专利技术一种快速导电梯度炭素阳极，所述全石墨化炭块(5)的厚度根据实际应用时电解槽的尺寸进行调整。本专利技术一种快速导电梯度炭素阳极的制备方法，以全石墨化炭颗粒、半石墨质炭颗粒、普通炭颗粒为原料，先将全石墨化炭颗粒、半石墨质炭颗粒、普通炭颗粒按设计的量依次加入振动机中，振动后的，得到所述炭素阳极；依次加入全石墨化炭颗粒、半石墨质炭颗粒、普通炭颗粒时，等比例加入粘接剂，所述所述粘接剂与原料的质量比为3-4:16-17。。在本专利技术中所述等比例加入粘接剂是指，假设所述粘接剂与原料的质量比选自A：B，且全石墨化炭颗粒占原料总质量的C％时，那么再加入全石墨化炭颗粒时，加入粘接剂的质量为(A×原料质量/B)×C％；依次类推，可以计算在加入半石墨质炭颗粒时，等比例所加入的粘接剂的用量；同理也可已计算出加入普通炭颗粒时，等比例所加入的粘接剂的用量。本专利技术一种快速导电梯度炭素阳极的制备方法，全石墨化炭颗粒、半石墨质炭颗粒、普通炭颗粒的质量比为1-2:1-2:2-6、优选为1:1:2-1:1:3。本专利技术一种快速导电梯度炭素阳极的制备方法，所述粘接剂选自改质沥青、中温沥青、高温沥青中的一种，优选为改质沥青。其中全石墨化炭颗粒、半石墨质炭颗粒、普通炭颗粒越细碎越好，粒径小于12mm。本专利技术一种快速导电梯度炭素阳极的制备方法，振动的频率为50-55Hz。本专利技术一种快速导电梯度炭素阳极的制备方法，所述全石墨化炭颗粒是通过下述步骤制备的：步骤一按质量比，煅后石油焦：改质沥青＝7-8:2-3，配取煅后石油焦和改质沥青混合均匀后，于1100-1200℃进行焙烧20-40小时；得到首次焙烧产物；步骤二将步骤以所得焙烧产物浸渍于改质沥青中，浸渍3-4小时后，取出并进行第二次焙烧，第二次焙烧的温度为700-800℃、时间为3-4小时、气氛为保护气氛；浸渍时控制压力为1.4-1.6MPa；得到第二次焙烧产物；步骤三将步骤二所得第二次焙烧产物置于石墨化炉内、于2600-3000℃进行石墨化处理直至第二次焙烧产物完全石墨化后，进行破碎，得到全石墨化炭颗粒。本专利技术一种快速导电梯度炭素阳极的制备方法，所述半石墨质炭颗粒是通过下述步骤制备的：按质量比，固体碳源：改质沥青＝8-9:1-2，配取固体和改质沥青混合均匀后，于1000-1200℃进行焙烧20-40小时；得到半石墨质炭颗粒；所述固体碳源选自石油焦、沥青焦、残极、生碎及焙烧碎中的至少一种；优选为煅后石油焦、半石墨质石油焦，人造石墨碎中的至少一中；进一步优选为煅后石油焦。本专利技术一种快速导电梯度炭素阳极的制备方法，所述普通炭颗粒可采用现有碳素阳极制备方法进行制备；也可采用下述方法制备：按质量比阳极主体:粘结剂＝82-86:14-18，配取阳极主体和粘结剂后混合均匀，干燥，破碎，得到所述普通炭颗粒；所述阳极主体选自煅后石油焦、沥青焦、残极、生碎及焙烧碎中的至少一种；所述阳极主体按质量百分数计包括：粗颗粒料14-20％、中颗粒料8-10％、细颗粒料45-54％、粉料22-25％；所述粗颗粒料的粒径为6-12mm，中颗粒料的粒径为3-6mm，细颗粒料的粒径小于3mm，粉料的粒径小于等于0.074mm。本专利技术的功能梯度炭素阳极在外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速导电梯度炭素阳极，其特征在于：包括普通炭块(3)、半石墨质炭块(4)，全石墨化炭块(5)；所述半石墨质炭块(4)位于普通炭块(3)与全石墨化炭块(5)之间，所述半石墨质炭块(4)的石墨化程度为40‑50％。

【技术特征摘要】
1.一种快速导电梯度炭素阳极，其特征在于：包括普通炭块(3)、半石墨质炭块(4)，全石墨化炭块(5)；所述半石墨质炭块(4)位于普通炭块(3)与全石墨化炭块(5)之间，所述半石墨质炭块(4)的石墨化程度为40-50％。2.根据权利要求1所述的一种快速导电梯度炭素阳极，还包括铝导杆(1)、阳极钢爪(2)，其特征在于：所述阳极钢爪(2)的顶部与铝导杆(1)相连，阳极钢爪(2)的底部与铝导杆普通炭块(3)的顶部相连，普通炭块(3)的底部与半石墨质炭块(4)的顶部相连；所述半石墨质炭块(4)的底部与全石墨化炭块(5)相连。3.根据权利要求1所述的一种快速导电梯度炭素阳极，其特征在于：所述全石墨化炭块(5)、半石墨质炭块(4)、普通炭块(3)的厚度之比为，全石墨化炭块(5)：半石墨质炭块(4)：普通炭块(3)＝1-2:1-2:2-6。4.根据权利要求1所述的一种快速导电梯度炭素阳极，其特征在于：所述全石墨化炭块(5)、半石墨质炭块(4)、普通炭块(3)的厚度之比为，全石墨化炭块(5)：半石墨质炭块(4)：普通炭块(3)＝1:1:2-1:1:3。5.一种制备如权利要求1-4任意一项所述快速导电梯度炭素阳极的方法，其特征在于：以全石墨化炭颗粒、半石墨质炭颗粒、普通炭颗粒为原料，先将全石墨化炭颗粒、半石墨质炭颗粒、普通炭颗粒按设计的量依次加入振动机中，振动后的，得到所述炭素阳极；依次加入全石墨化炭颗粒、半石墨质炭颗粒、普通炭颗粒时，等比例加入粘接剂，所述所述粘接剂与原料的质量比为3-4:16-17。6.根据权利要求5所述的一种快速导电梯度炭素阳极的制备方法，其特征在于：全石墨化炭颗粒、半石墨质炭颗粒、普通炭颗粒的质量比为1-2:1-2:2-6。7.根据权利要求6所述的一种快速导电梯度炭素阳极的制备方法，其特征在于：所述粘接剂选自改质沥青、中温沥青、高温沥青中...

【专利技术属性】
技术研发人员：张红亮，孙珂娜，李劼，梁金鼎，汤卓，肖劲，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43