一种电解铝槽专用长效抗渗透砖的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种电解铝槽专用长效抗渗透砖的制备方法，属于金冶炼材料技术领域。本发明专利技术先将铝粉、碳酸钙、碳酸镁、氧化剂、冰晶石、氧化铝和二氧化硅搅拌混合均匀后，铺设于模具中，于惰性气体保护状态下，分三次逐级升温反应后，于空气气氛中退火，得发泡砖坯；将发泡砖坯用去离子水洗涤后，真空干燥，得水洗发泡砖坯；将水洗发泡砖坯用明胶分散液浸渍干燥后，炭化，并进一步升温，高温反应，得炭化砖坯；将炭化砖坯用铝液真空浸渍后，冷却，保温氧化后，冷却至室温，出料，即得电解铝槽专用长效抗渗透砖。本发明专利技术技术方案制备的电解铝槽专用长效抗渗透砖具有优异的保温和抗渗性能的特点，在金冶炼材料技术行业的发展中具有广阔的前景。

A Method of Preparing Long-acting Anti-permeability Brick for Aluminum Electrolysis Cell

The invention discloses a preparation method of a special long-term anti-permeability brick for electrolytic aluminium cell, which belongs to the technical field of gold smelting materials. After mixing aluminum powder, calcium carbonate, magnesium carbonate, oxidant, cryolite, alumina and silicon dioxide evenly, the foamed brick blank is laid in the mould, under the inert gas protection condition, annealed in the air atmosphere three times by step, and then the foamed brick blank is washed with deionized water, vacuum dried, and water-washed foamed brick blank is obtained. After soaking and drying with gelatin dispersing solution, the bricks are carbonized and further heated. The bricks are vacuum impregnated with liquid aluminium, then cooled, heat preservation and oxidation, then cooled to room temperature and discharged. The long-term anti-permeability bricks for electrolytic aluminium cell are obtained. The special long-term anti-permeability brick for electrolytic aluminium cell prepared by the technical scheme of the invention has excellent heat preservation and impermeability characteristics, and has broad prospects in the development of the technical industry of gold smelting materials.

【技术实现步骤摘要】
一种电解铝槽专用长效抗渗透砖的制备方法
本专利技术公开了一种电解铝槽专用长效抗渗透砖的制备方法，属于金冶炼材料

技术介绍
电解槽一般由石墨质或碳化硅质工作层、硅酸铝质阻碍层、保温层三层结构构成。阻碍层通常是耐火砖或复合保温材料，如干式防渗料、抗渗透砖等；保温层通常是硅藻土保温砖和硅酸钙保温板。铝电解过程中，维护电解槽内的热平衡尤为重要。当温度在700℃以上时，由于Na、NaF和冰晶石等电解质及铝液从工作层的缝隙或材料的气孔中进入阻碍层，和耐火材料化合形成钠霞石等矿物而产生体积膨胀，导致耐火材料结构破坏，Na、NaF和冰晶石熔体还会进一步渗透到保温层，在保温层中沉积，从而使保温层的热阻减小，导致电解槽热平衡被破坏而不能使用。铝工业对电解槽的破损现象，早已开始详细的调研工作。发现破损现象不仅出现在炭阴极本体中，而且也出现在炭阴极下面的耐火砖和保温材料中，同时钢质槽壳也会发生严重的破损与变形。电解槽破损一般都是从阴极内衬开始的。在电解过程中，阴极炭块的破坏主要表现在膨胀隆起、裂开或有冲蚀坑穴，生成黄色的碳化铝并侵入电解质和铝。阴极钢棒是阴极的一个重要组成部分，它的变异主要有三种情形：渗碳、向上隆起、电解质沉积在铁-炭界面层。电解槽底部阻碍层和保温层的变异主要表现在阴极炭块的下面出现合金层-铝铁硅沉积层、灰白层、玻璃体层，主要物相有AlN，NaF及部分Al12((OH)0.5F0.6)和A1(OH)3，另外有少量的石墨化碳、CaF2和Na1.95(A11.95Si0.05O4)。这些物质是铝液和电解质渗入电解槽底部的阻碍层和保温层，并对其发生侵蚀和渗透作用而形成的。目前国内电解铝槽底部普遍采用干式防渗料，起到了一定的防渗效果，但由于受到现场施工的影响比较大，施工的致密度直接影响其防渗性能，品质保证难以控制，同时，存在施工粉尘大等弊端。主要采用抗渗透砖，其典型的产品为ALUBAＲ1100。也有厂家尝试生产抗渗透砖，主要是以粘土质原料进行生产，产品气孔率在17%～22%，耐压强度30～50MPa，且在使用过程中，材料存在收缩，容易产生砖缝而导致渣、铝液从砖缝渗入，与产品有一定的差距，其防渗性能与干式料无差异，难以推广。针对铝电解槽内衬的损毁特点，重点对阻碍层材料的保温性、耐侵蚀性及抗渗透性进行了攻关。通过分析电解铝工业中铝电解槽内衬阻碍层使用的抗渗透砖，开展了抗渗透砖的研制工作，并研制的产品常温显气孔率逐渐增加，体密逐渐减小，耐压强度也逐渐减小，950℃×0.5h的抗折强度也逐渐减小。随粘土含量由5%增加到20%，试样950℃×24h抗渗试验的侵蚀面积逐渐增大。该抗渗透砖的抗渗机理是在抗渗试验过程中，液体冰晶石及其蒸汽通过砖体的气孔向砖体内部渗透，并与该硅酸铝质物料反应，生成粘度较大的玻态状霞石和四氟化硅。传统电解铝槽所用抗渗透砖的保温和抗渗性能无法进一步提升，且在使用过程中随着使用期限的延长，由于砖体开裂或收缩引起的抗渗性能急剧下降的弊端，为获取更高综合性能的提升，是其推广与应用于更广阔的领域，满足工业生产需求亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是：针对传统电解铝槽所用抗渗透砖的保温和抗渗性能无法进一步提升，且在使用过程中随着使用期限的延长，由于砖体开裂或收缩引起的抗渗性能急剧下降的弊端，提供了一种电解铝槽专用长效抗渗透砖的制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种电解铝槽专用长效抗渗透砖的制备方法，具体制备步骤为：（1）按重量份数计，依次取80～100份铝粉，8～10份碳酸钙，4～6份碳酸镁，2～4份氧化剂，4～6份冰晶石，20～30份氧化铝，8～10份二氧化硅，搅拌混合均匀后，铺设于模具中，于惰性气体保护状态下，加热升温至660～668℃，保温1～2h后，继续升温至918～920℃，保温反应8～10min后，继续加热升温至1060～1080℃，保温15～30min后，于空气气氛中退火10～20min，得发泡砖坯；（2）将发泡砖坯用去离子水洗涤后，真空干燥，得水洗发泡砖坯；（3）将水洗发泡砖坯用明胶分散液浸渍干燥后，炭化，并进一步升温至1480～1500℃，高温反应，得炭化砖坯；（4）将炭化砖坯用铝液真空浸渍后，冷却至60～65℃，保温氧化后，冷却至室温，出料，即得电解铝槽专用长效抗渗透砖。步骤（1）所述氧化剂为高锰酸钾、氯酸钾、高氯酸钾中的任意一种。步骤（1）所述惰性气体为氦气、氩气中的任意一种。步骤（3）所述明胶分散液是由以下重量份数的原料配制而成：8～10份明胶，100～200份水，0.1～0.2份氟化钠，0.6～0.8份纳米铁粉；所述明胶选择等电点为6.4～6.8的明胶。步骤（1）所述铺设于模具中采用铺设厚度为模具内高度的1/3～1/2；优选的铺设厚度为模具内高度的1/2。步骤（3）所述炭化为：于氩气保护状态下，于温度为480～500℃条件下保温炭化2～4h。步骤（4）所述保温氧化为：于氧气气压为0.2～0.3MPa的密闭容器中，于温度为60～65℃条件下，保压保温氧化3～5h。步骤（1）所述于空气气氛中退火为：停止通入惰性气体，改为通入压缩空气，调节压缩空气进气速率为300～500mL/min，以降温速率为8～15℃/min速率进行退火。步骤（2）所述真空干燥为：于真空度为60～80Pa，温度为105～110℃，条件下，真空干燥至恒重。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术技术方案通过在砖体结构中引入二级闭孔结构，并对孔结构进行补强和增韧，有效提高了产品的保温和抗渗性能，并且在长期使用过程中可有效避免砖体的开裂和收缩，进一步提升了产品保温和抗渗性能的时效；（2）本专利技术技术方案首先以碳酸钙和碳酸镁为发泡剂，使铝液发泡，此时体系中未熔融的氧化铝、冰晶石以及二氧化硅等组分可以作为稳定剂，提高泡沫液膜机械性能，避免泡沫塌陷，另外，部分铝液在氧化剂作用下发生氧化转变为氧化铝而逐渐固化，进一步提升了泡沫骨架的稳定性，再进一步升温过程中，氧化铝和冰晶石等发生熔融并进入泡沫结构中，在后续水洗时，冰晶石溶于水中去除而使泡沫孔结构转变为通孔，再利用明胶为碳源，经炭化后进一步升温使炭质骨架和二氧化硅反应形成碳硅化学键，实现对泡沫结构的进一步补强增韧，另外，在最终滤液浸渍时，铝液通过通孔孔隙后瞬间发泡，在泡沫空间内二次发泡，形成二级泡孔结构，随着后续氧化，二级泡孔结构内部铝转变为氧化铝，因体积发生变化以及二级泡孔结构的构建从而实现对通孔结构的封闭，在体系内部形成二级闭孔结构，有效提高了产品的隔热性能和抗渗性能；（3）本专利技术技术方案通过限定发泡剂为碳酸钠和碳酸镁，两者分解后可转变为氧化钙为氧化镁，在产品多次升温和降温过程中，由于氧化钙、氧化镁和碳化硅基体之间的弹性模量和热膨胀系数存在差异，在产品冷却过程中，产生的残余应力可导致氧化钙和氧化镁颗粒周围微裂纹发生偏转，实现对基体的增韧，有效避免产品在长期使用过程中发生开裂和收缩，使产品的保温和抗渗性能得到有效延长。具体实施方式按重量份数计，依次取80～100份铝粉，8～10份碳酸钙，4～6份碳酸镁，2～4份氧化剂，4～6份冰晶石，20～30份氧化铝，8～10份二氧化硅，倒入混料机中，用搅拌器以200～300r/min转速搅拌混合2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解铝槽专用长效抗渗透砖的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）按重量份数计，依次取80～100份铝粉，8～10份碳酸钙，4～6份碳酸镁，2～4份氧化剂，4～6份冰晶石，20～30份氧化铝，8～10份二氧化硅，搅拌混合均匀后，铺设于模具中，于惰性气体保护状态下，加热升温至660～668℃，保温1～2h后，继续升温至918～920℃，保温反应8～10min后，继续加热升温至1060～1080℃，保温15～30min后，于空气气氛中退火10～20min，得发泡砖坯；（2）将发泡砖坯用去离子水洗涤后，真空干燥，得水洗发泡砖坯；（3）将水洗发泡砖坯用明胶分散液浸渍干燥后，炭化，并进一步升温至1480～1500℃，高温反应，得炭化砖坯；（4）将炭化砖坯用铝液真空浸渍后，冷却至60～65℃，保温氧化后，冷却至室温，出料，即得电解铝槽专用长效抗渗透砖。

【技术特征摘要】
1.一种电解铝槽专用长效抗渗透砖的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）按重量份数计，依次取80～100份铝粉，8～10份碳酸钙，4～6份碳酸镁，2～4份氧化剂，4～6份冰晶石，20～30份氧化铝，8～10份二氧化硅，搅拌混合均匀后，铺设于模具中，于惰性气体保护状态下，加热升温至660～668℃，保温1～2h后，继续升温至918～920℃，保温反应8～10min后，继续加热升温至1060～1080℃，保温15～30min后，于空气气氛中退火10～20min，得发泡砖坯；（2）将发泡砖坯用去离子水洗涤后，真空干燥，得水洗发泡砖坯；（3）将水洗发泡砖坯用明胶分散液浸渍干燥后，炭化，并进一步升温至1480～1500℃，高温反应，得炭化砖坯；（4）将炭化砖坯用铝液真空浸渍后，冷却至60～65℃，保温氧化后，冷却至室温，出料，即得电解铝槽专用长效抗渗透砖。2.根据权利要求1所述的一种电解铝槽专用长效抗渗透砖的制备方法，其特征在于步骤（1）所述氧化剂为高锰酸钾、氯酸钾、高氯酸钾中的任意一种。3.根据权利要求1所述的一种电解铝槽专用长效抗渗透砖的制备方法，其特征在于步骤（1）所述惰性气体为氦气、氩气中的任意一种。4.根据权利要求1所述的一种电解铝槽专用长效抗渗透砖的制备方法，其特征在于步骤（3）所述明胶分散液是由以下重量份数的原料配制而成：8～10份明胶，100～200份水，0.1～0.2份氟化钠，0.6～0...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞小峰，
申请(专利权)人：俞小峰，
类型：发明
国别省市：江苏,32