CN103553658B

CN103553658B - 一种用于铝电解槽的抗渗透砖及其制备方法

Info

Publication number: CN103553658B
Application number: CN201310481267.2A
Authority: CN
Inventors: 吴斌; 高雄
Original assignee: ZHEJIANG ZILI CO Ltd
Current assignee: Zhejiang Zili High Temperature Technology Co ltd
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2033-10-15
Also published as: CN103553658A

Abstract

本发明公开了一种用于铝电解槽的抗渗透砖及其制备方法，其中制备方法包括以下步骤：将抗渗透砖的各原料混合后，模压干燥煅烧而成；所述抗渗透砖中原料的重量份组成为：叶腊石77～87；高铝矾土10～15；粘土2～5；促烧剂0～1；纸浆废液1～2；其中，所述叶腊石的粒度级配为：3～1mm32～50wt%；1～0mm23～35wt%；-0.088mm15～33wt%；所述高铝矾土的平均粒径≤10μm；所述粘土的平均粒径≤2μm。本发明制备方法简单，制备得到的抗渗透砖强度高，显气孔率低，具有优异的耐冰晶石侵蚀性能，能够满足铝电解槽长寿命的需求。

Description

一种用于铝电解槽的抗渗透砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐火材料领域，具体涉及一种用于铝电解槽的抗渗透砖的制备方法。

背景技术

目前在电解铝工业生产过程中，铝电解槽被广泛使用，铝电解槽一般由石墨质或碳化硅质工作层，硅酸铝质阻碍层和保温层三层结构构成。

在电解铝过程中，维持铝电解槽内的热平衡尤为重要，当温度在700℃以上时，由于Na、NaF能够从工作层的缝隙或材料的气孔中进入阻碍层，和阻碍层的耐火材料化合形成钠霞石等矿物而产生体积膨胀，导致耐火材料结构被破坏，Na、NaF以及电解液中的添加剂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，最终导致铝电解槽的热平衡被破坏而不能使用。

因此，铝电解槽中的阻碍层需使用抗渗性能良好的材料，现有的理论研究结果表面，抗渗材料中Al₂O₃和SiO₂的重量比在0.36～0.39范围内时，可以取得比较好的抗冰晶石侵蚀和渗入性。

目前国内的电解铝行业中普遍采用干式防渗料，能够起到一定的防渗效果，但由于受到现场施工的影响比较大，施工的致密度将直接影响防渗性能，品质难以保证，同时，存在施工粉尘大等弊端，国外主要采用抗渗透砖，其典型的产品为Alubar1100。

国内也有厂家尝试生产抗渗透砖，主要是以粘土质为原料进行生产，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废渣以及铝液从砖缝渗入，与国外产品有一定的差距，使用效果较差。

申请公开号为CN1903783A的专利文献公开了一种铝电解槽高效抗渗砖及其制备方法，将硅-铝质耐火矿物作为原料，煅烧脱水粉碎，加入固体添加剂干混，然后加入液体结合剂湿碾混炼；对得到的混合物进行组分含量的检测，符合标准后，用震动压力机震动成型或挤压机挤压成型、烘干，制备得到所需要的铝电解槽高效抗渗砖，该抗渗砖由以下组分构成：SiO₂40～70份，Al₂O₃30～60份，Fe₂O₃3～7份，固体添加剂1～5份，液体结合剂3～15份。该发明公开的抗渗透砖的各项性能均有待进一步提高。

发明内容

本发明提供了一种用于铝电解槽的抗渗透砖及其制备方法，制备方法简单，制备得到的抗渗透砖强度高，显气孔率低，具有优异的耐冰晶石侵蚀性能，能够满足铝电解槽长寿命的需求。

一种用于铝电解槽的抗渗透砖的制备方法，包括以下步骤：将抗渗透砖的各原料混合后，模压干燥煅烧而成；

所述抗渗透砖中原料的重量份组成为：

叶腊石77～87；

高铝矾土10～15；

粘土2～5；

促烧剂0～1；

纸浆废液1～2；

其中，所述叶腊石的粒度级配为：

3～1mm32～50wt%；

1～0mm23～35wt%；

-0.088mm15～33wt%；

所述高铝矾土的平均粒径≤10μm；

所述粘土的平均粒径≤2μm。

对于抗渗透砖而言，最基本的要求是致密且强度高，因此，原料中各组分的粒径分布尤为重要，通过合理的粒度级配能够使各种原料之间的间隙最小，达到最大的堆积密度，在烧结完成后，能够得到抗渗透性能良好的砖体。

本申请中所述粒度级配中的百分数是指重量百分数，例如：3～1mm32wt%是指：若抗渗透砖原料中的叶腊石的总重量为100kg，则3～1mm粒度的叶腊石为32kg。

-0.088mm在本发明所属技术领域中还可以表示为-180目，是指：平均粒径≤0.088mm，可以通过对大颗粒的叶腊石进行球磨，使粒度减小至≤0.088mm。

在制备抗渗透砖时，将各组分按比例混合后，采用轮碾机炼泥5～8min，然后在80～100Mpa的压力下模压成型，成型后的坯体在100～120℃条件下，干燥12～24h，然后煅烧而成。

本申请所提供的抗渗透砖主要以价廉的叶腊石，与现有技术中以叶腊石为主要原料生产的耐火砖工艺有相似之处，模压成型压力以及干燥条件可以参照现有技术中的工艺参数，但是由于原料组成与现有技术的不同，煅烧条件有所不同，优选地，煅烧温度为1100～1300℃，煅烧时间为5～10h。

进一步优选，煅烧温度为1180～1220℃，煅烧时间为6～8h。

抗渗透砖的抗冰晶石侵蚀和渗入性在很大程度上取决于其中SiO₂和Al₂O₃的重量比，因此，对于各原料中的SiO₂和Al₂O₃均有要求，依据原料自身的特点，优选地，所述叶腊石中Al₂O₃的重量百分数为17～25%、SiO₂的重量百分数为75～83%、R₂O的重量百分数≤1%，其中：R为Na和/或K。

R₂O≤1%，是指若R为Na，则Na₂O的重量百分数≤1%；若R为K，则K₂O的重量百分数≤1%；若R为Na或K，则Na₂O和K₂O在总的重量百分数≤1%。

所述高铝矾土中Al₂O₃的重量百分数≥80%。所述粘土中Al₂O₃的重量百分数为≥20%、SiO₂的重量百分数为≥40%。

实际生产过程中，不同产地的叶腊石中，SiO₂和Al₂O₃的重量百分含量有所不同，但是同一矿脉中SiO₂和Al₂O₃的重量百分含量较为均一，因此，当某一产地的SiO₂和Al₂O₃的重量百分含量不能满足要求时，可以将不同产地的叶腊石生矿进行混合，使SiO₂和Al₂O₃的重量百分含量满足需求。

在实际生产过程中，适应不同砖型的需要调节粘土、促烧剂的加入量以及颗粒大小，达到最佳的成型效果和烧结性。

所述高铝矾土可以利用高铝料粉碎车间的吸尘粉，即回收的粉碎后的微小颗粒，实现资源的重复利用。

所述粘土可以采用球粘土，球粘土的黏性以及耐火性能较好，便于模压成型的进行。

为了使抗渗透砖具有更加优异的抗渗透性能，优选地，所述抗渗透砖中原料的重量份组成为：

叶腊石80～84；

高铝矾土12～14；

粘土2～5；

促烧剂0～1；

纸浆废液1～2。

作为优选，所述促烧剂为硼砂、硼玻璃、硼酸中的至少一种。

本发明还提供了一种用于铝电解槽的抗渗透砖，采用所述的抗渗透砖的制备方法制备得到，得到的叶蜡石质致密高强型抗渗透砖，按照行业国际标准，经过国外权威机构SINTEF检验，材料成品体密度达到2.25～2.32g/cm³；气孔率11.5～14.5%，常温耐压强度在55MPa以上，1100℃水冷条件下材料的热震稳定次数可以达到10次以上，950℃×24h抗冰晶石侵蚀指数≤3cm²。

具体实施方式

实施例1～5

所有实施例中，叶腊石A的粒径为3～1mm；叶腊石B的粒径为1～0mm；叶腊石C的粒径为-0.088mm；不同字母仅用于区分粒径大小的不同。

所有实施例中，叶腊石A、叶腊石B和叶腊石C中Al₂O₃的重量百分数为18%、SiO₂的重量百分数为80%、R₂O≤1%，其中：R为Na和/或K。

所有实施例中，高铝矾土中Al₂O₃的重量百分数为82%、SiO₂的重量百分数为12%。

所有实施例中，粘土中Al₂O₃的重量百分数为30%、SiO₂的重量百分数为48%。

原料中各组分的Al₂O₃以及SiO₂重量百分数均为测量得到的平均值，实际操作时，可以利用不同的原料进行混配，使Al₂O₃以及SiO₂重量百分数符合本发明对于原料的要求。

对于渗透砖的性能起决定作用的是各组分混合后最终得到的Al₂O₃以及SiO₂重量百分数，因此，也可以依据实施例中的组分以及相应的重量份进行换算得到相应组分的添加量，例如，实施例1中高铝矾土中Al₂O₃的重量百分数为82%，重量份为13，若现有高铝矾土中Al₂O₃的重量百分数为80%可用，则重量份换算为13.3。

纸浆废液，即木质素磺酸钙粉末的水溶液，纸浆废液的比重为1.14g/cm³。

实施例1～5的制备过程如下：

按表1中的原料重量份组成混合各组分，然后采用轮碾机练泥5～8min，模压成型后的坯体在110℃干燥，然后在1210℃温度下煅烧而成，制备的抗渗透砖的尺寸为230mm×114mm×65mm。

表1

实施例6～10

实施例6～10的制备过程如下：

按表2中的原料重量份组成混合各组分，然后采用轮碾机练泥5～8min，模压成型后的坯体在110℃干燥，然后在1200℃温度下煅烧而成，得到的抗渗透砖的尺寸为300mm×300mm×65mm。

表2

对比例1～2

采用申请公开号为CN1903783A的专利文献中实施例1和实施例2的方法分别制备得到对比例1和对比例2。

性能测试

对于所有实施例以及对比例，热震稳定次数在1100℃水冷条件下测定，抗冰晶石侵蚀指数在950℃×24h条件下测定。

实施例1～6的性能测试结果如表3所示。

表3

实施例7～10以及对比例1～2的性能测试结果如表4所示。

表4

由表3和表4可以看出，本申请提供的用于铝电解槽的抗渗透砖的热震稳定次数均在10次以上，且抗冰晶石侵蚀指数≤3cm²。

Claims

1. 一种用于铝电解槽的抗渗透砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将抗渗透砖的各原料混合后，模压干燥煅烧而成；

所述抗渗透砖中原料的重量份组成为：

叶腊石 80~84；

高铝矾土 12~14；

粘土 2~5；

促烧剂 0~1，但不包括0；

纸浆废液 1~2；

其中，所述叶腊石的粒度级配为：

3~1mm 32~50wt%；

1~0mm 23~35wt%；

-0.088mm 15~33wt%；

所述高铝矾土的平均粒径≤10μm；

所述粘土的平均粒径≤2μm；

所述促烧剂为硼砂、硼玻璃、硼酸中的至少一种；

所述高铝矾土中Al₂O₃的重量百分数≥80%。

2.如权利要求1所述的用于铝电解槽的抗渗透砖的制备方法，其特征在于，所述叶腊石中Al₂O₃的重量百分数为17~25%、SiO₂的重量百分数为75~83%、R₂O的重量百分数≤1%，其中：R为Na和/或K。

3.如权利要求1所述的用于铝电解槽的抗渗透砖的制备方法，其特征在于，所述粘土中Al₂O₃的重量百分数为≥20%、SiO₂的重量百分数为≥40%。

4.如权利要求3所述的用于铝电解槽的抗渗透砖的制备方法，其特征在于，煅烧温度为1100~1300℃，煅烧时间为5~10h。

5.一种用于铝电解槽的抗渗透砖，其特征在于，采用如权利要求1~4任一所述的抗渗透砖的制备方法制备得到。