一種含硅添加劑的微膨脹低收縮鋁電解用炭間糊及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于鋁電解用炭素材料領域，特別涉及一種含硅添加劑的微膨脹、低收縮 鋁電解用炭間糊及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 鋁電解用陰極材料主要由陰極炭塊和陰極糊組成，其性能直接影響著鋁電解槽的 運行效率和經濟效益，隨著400~500KA大型電解槽的廣泛應用，電解鋁企業對鋁用陰極材 料的性能提出了更高的要求。從普通的無定型陰極炭塊、石墨質陰極炭塊到目前大規模使 用的石墨化陰極炭塊，陰極炭塊的性能已經得到很大的提高，而與陰極炭塊配套使用的陰 極糊，已成為鋁電解槽內襯的薄弱環節。
[0003] 陰極糊按照使用位置的不同可分為鋼棒糊、周圍糊以及炭間糊，其中炭間糊是鋁 電解槽砌筑時填充陰極炭塊與炭塊之間縫隙的炭素材料，其主要作用為在電解槽焙燒啟動 過程中形成致密的槽體結構，維持均勻的電流和溫度場分布，阻礙高溫鋁液和電解質的滲 透，并吸收陰極炭塊的熱膨脹及電解質溶液滲透產生的鈉膨脹。當炭間糊的膨脹/收縮率 較差時，會導致其與陰極炭塊之間收縮/膨脹不同步且強度下降，易形成孔隙、裂紋和夾層 等缺陷，成為電解液和鋁液的滲入通道。相關統計表明，由于電解質溶液和鋁液滲透進入陰 極炭塊間縫隙造成電解槽早期破損的比例高達82%，而電解槽作為鋁電解的核心裝備，其使 用壽命的長短直接影響著電解鋁的生產成本及原鋁產量，由此可見，炭間糊的膨脹/收縮 率對鋁電解工業具有十分重要的意義。
[0004]目前國內陰極糊研究多集中于耐壓強度、體積密度、電阻率等常規指標，涉及到膨 脹/收縮率問題的研究較少。其中中國專利CN101608319B公開了一種低收縮率陰極糊料， 以電煅煤、瀝青焦、人造石墨為骨料，改質瀝青和雜酚油為粘結劑制備陰極糊，但此專利未 涉及到含硅添加劑的應用，且該陰極糊料的膨脹/收縮率為1. 24%，未達到YS/T65-2012標 準中膨脹/收縮率< 〇. 95%的要求。因此，開發符合標準規定的微膨脹、低收縮炭間糊對鋁 電解工業具有十分重要的意義。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的是提供一種含硅添加劑的微膨脹、低收縮鋁電解用炭間糊及其制備 方法，以降低炭間糊粘結劑在結焦期的膨脹率以及恒溫階段的收縮率，進而改善炭間糊的 膨脹/收縮率，能夠有效阻礙電解質和鋁液的滲透，降低鋁電解槽的早期破損率。
[0006] 本發明的技術方案： 一種含硅添加劑的微膨脹低收縮鋁電解用炭間糊，其組分和重量份數為： 骨料基體80~85份，復合粘結劑15~20份，含硅添加劑0. 1份~6份。
[0007] 所述的復合粘結劑為改質瀝青或中溫瀝青混合煤焦油或蒽油，其中改質瀝青或中 溫瀝青的質量份數為43~49份，煤焦油或蒽油的質量份數為51~57份。
[0008] 所述的含硅添加劑為硅粉、碳化硅、二氧化硅、氮化硅、硅烷中的一種或多種。
[0009] 所述的骨料基體由三種骨料組成，，一種是冶金焦、電煅煤或兩者混合物，優選為 電煅煤，占骨料基體總重量的22~28%，一種是石油焦、瀝青焦或兩者混合物，優選為瀝青 焦，占骨料基體總重量的25~31%，一種是生碎或熟碎，占骨料基體總重量的44~50%。
[0010] 所述的冶金焦或電煅煤的粒度小于5mm，設有5~3mm、3~1mm、1~0. 074mm、小 于0. 074mm四個粒度區間，分別占冶金焦或電煅煤重量的18~24%、28~34%、31~37%、 11 ~17%〇
[0011] 所述的石油焦或瀝青焦的粒度為粉料，其要求為粒度小于〇. 〇74_的粉料質量大 于總粉料添加量的47%。
[0012] 所述的生碎、熟碎的粒度小于4. 5mm，其中顆粒狀的質量份數為82~88份，粉料的 質量份數為12~18份。
[0013] 所述的生碎或熟碎粉料的要求為粒度小于0. 074_粉料占總粉料添加量比例大 于 47%。
[0014] 一種含硅添加劑的微膨脹低收縮鋁電解用炭間糊的制備方法，包括如下步驟： 1) 干混：按配比將骨料基體投入混捏機中進行混勻，混捏溫度為50~150°C，混捏時間 為0· 1~lh; 2) 制備復合粘結劑：按配比將粘結劑加入至反應器中進行加熱，加熱溫度為100~ 180°C，加熱時間為0. 5~2h;待其中的固體粘結劑完全溶化后，將加熱溫度下調至80~ 160°C，并通過電動攪拌器進行混勻； 3) 加入添加劑：待復合粘結劑混合均勻時，將含硅添加劑通過振動給料機加入，并采用 電動攪拌器充分攪拌，直至完全混勻； 4) 濕混：將步驟2)、3)制備的復合粘結劑投入混捏機中，與預先加入的骨料基體進行 充分混勻，混捏溫度為70~130 °C，混捏時間為0. 1~lh; 5) 出料：混捏完成后，出料，待制備炭間糊冷卻后，密封存放。
[0015] 采用本發明的技術方案后，與現有技術相比具有以下有益效果： 1)顯著降低了炭間糊的膨脹/收縮率，恒溫前后的膨脹/收縮率最低僅為0.11%、 0. 15%，遠低于YS/T65-2012標準中規定的0. 85%、0. 95%，其中恒溫后的焙燒收縮率滿足國 外電解鋁廠的技術要求，達到國外先進水平（< 〇. 2%)，對于提高鋁電解槽的壽命具有重要 的現實意義。
[0016] 2)含硅添加劑的加入對炭間糊的電阻率、體積密度等常規指標無不良影響，能夠 大幅度提尚炭間糊的耐壓強度，增幅最尚達到30%左右。
[0017] 3)選用的含硅添加劑添加量少，價格低廉，來源廣泛，對后續的電解過程無不良影 響。本發明簡單易行、材料來源廣泛、成本低廉，使用效果好。
[0018]
【具體實施方式】
[0019] 以下將通過實施例來進一步詳細闡述本發明，但是本發明的保護范圍并不受這些 實施例所限制。
[0020] 生碎，是鋁用碳素材料成型后經質量檢查不合格的生坯，將生碎高溫煅燒后即為 熟碎。
[0021] 實施例1 一種含硅添加劑的微膨脹、低收縮鋁電解用炭間糊的組份如下： 骨料基體83份，復合粘結劑17份，二氧化硅0. 5份。
[0022] 其中骨料基體的配比如下： 電煅煤粒度為5~3mm、3~1mm、1~0. 074mm、小于0. 074mm的物料分別為5份、8份、 9份、3份，瀝青焦粉料28份，熟碎47份，其中粒度小于4. 5mm的熟碎40份，熟碎粉料7份 (粒度小于〇. 〇74mm粉料占總粉料比例50%)。
[0023] 復合粘結劑的配比如下： 改質瀝青46份，煤焦油54份。
[0024] 具體制備方法如下： 1) 干混：按配比將電煅煤、瀝青焦、熟碎投入混捏機中進行混勾，混捏溫度為70°C，混 捏時間為25min; 2) 制備復合粘結劑：按配比先后將改質瀝青和煤焦油加入至反應器中進行加熱，加 熱溫度為140°C，加熱時間為20min;待其中的固體粘結劑完全溶化后，將加熱溫度下調至 120°C，并通過電動攪拌器進行混勻； 3) 加入添加劑：待復合粘結劑混合均勻時，將二氧化硅通過振動給料機加入，并采用電 動攪拌器充分攪拌，直至完全混勻； 4) 濕混：將步驟2)、3)制備的復合粘結劑投入混捏機中，與預先加入的骨料基體進行 充分混勻，混捏溫度為l〇〇°C，混捏時間為lOmin; 5) 出料：混捏完成后，出料，待制備炭間糊冷卻后，密封存放。
[0025] 制備炭間糊的性能指標如附表1所示。
[0026] 實施例2 -種含硅添加劑的微膨脹、低收縮鋁電解用炭間糊的組份如下： 骨料基體84份，復合粘結劑16份，二氧化硅3份。
[0027] 其中骨料基體的配比如下： 電煅煤粒度為5~3mm、3~1mm、1~0. 074mm、小于0. 074mm的物料分別為5份、8份、9 份、3份，瀝青焦粉料28份(粒度小于0. 074mm的粉料質量為總粉料添加量的48%)，熟碎47 份，其中粒度小于4