專利名稱：一種氯堿工業(yè)用石墨陽極抗氧化處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石墨陽極處理方法，尤其是涉及一種氯堿工業(yè)用石墨陽極抗氧化處理方法。
背景技術(shù)：
自發(fā)明食鹽水溶化電解制取氯氣燒堿以來，陽極材料采用過磁鐵礦、白金、炭等。 當(dāng)艾奇遜發(fā)明人造石墨以后，因其具有一系列優(yōu)點，幾乎成為唯一的陽極材料。石墨陽極材料目前有石墨板，石墨棒和石墨塊等形狀。目前，我國氯堿工業(yè)用陽極處于金屬陽極和石墨電極共存的局面，金屬陽極固然使用壽命長、電流效率高、能耗低，但由于電解槽基建建投資大，表面涂層貴，這樣很多企業(yè)難有足夠的資金用于技術(shù)改造，并且涂層的主要成分Ru 尚需進(jìn)口。所以，金屬陽極的使用便受到了一定的限制。與之相比，我國石墨陽極，其原料資源豐富，生產(chǎn)工藝也較為成熟，建造電解槽投資大大低于金屬槽，而且石墨電解槽產(chǎn)的氯含氧低，可以保證電解槽的安全運行及氯產(chǎn)品的質(zhì)量。提高石墨陽極質(zhì)量有利于在較高的電流密度下運行，這樣在一個相當(dāng)長的時期內(nèi)石墨陽極仍有廣闊的市場。人造石墨具有導(dǎo)電性好，抗腐蝕，適宜的機(jī)械溫度，便于加工，價格低廉等一系列適應(yīng)電解需要的優(yōu)點，但抗氧化性較差。在電解過程中，隨氧化性離子(S04-、OH—、C10—等) 放電而與氧反應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)性損耗并隨之產(chǎn)生物理性損耗。另外，由于石墨孔內(nèi)腐蝕，陽極孔度進(jìn)一步加大，強度減小，表面的粒子粉子結(jié)合十分松弛，在氯氣和鹽水氣液流體的不斷沖刷下，漸漸剝落，這也是石墨陽極消耗的一個方面，經(jīng)測定約占石墨消耗總量的27%。消耗量隨電解作業(yè)條件的不同和石墨陽極質(zhì)量的高低各異。實際上，石墨陽極少則幾個月多則十個月因破損要更換新的石墨陽極。這不僅造成石墨陽極消耗，而且對氯堿電解過程產(chǎn)生不利的影響。因此，從上世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)外研究者為提高石墨陽極的使用效果，做了大量的工作。提高石墨材料的抗氧化性能一直是石墨陽極制造廠商和使用者的研究課題之
ο對高壽命石墨陽極的開發(fā)途徑應(yīng)從兩方面進(jìn)行(1)改進(jìn)生產(chǎn)工藝，( 對產(chǎn)品浸鍍多種物質(zhì)。制造廠家改進(jìn)生產(chǎn)工藝包括改進(jìn)配方；改善陽極制作浸漬條件；提高石墨化溫度、降低電阻率；改善表面加工等。多年來，美、日、法、德等國做了大量的工作，生產(chǎn)了長壽陽極等，大大改善了產(chǎn)品的質(zhì)量。關(guān)于對產(chǎn)品浸鍍多種物質(zhì)，降低氣孔率，減少孔內(nèi)和表面腐蝕，降低氯的析出電位等工作有大量的專利和文獻(xiàn)報道。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對提高石墨陽極材料的抗氧化性進(jìn)行了大量的研究，發(fā)現(xiàn)采用表面涂層技術(shù)，浸漬抗氧化劑技術(shù)等可以降低石墨陽極的氧化消耗。但是目前成熟的抗氧化效果好的抗氧化劑還處于研究階段，尚未大規(guī)模使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種工藝簡單，使用方便，抗氧化效果明顯的石墨陽極抗氧化劑制備及石墨陽極抗氧化處理方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種氯堿工業(yè)用石墨陽極的抗氧化處理方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)把石墨陽極用水和酒精洗滌后，80-100°C下干燥；(2)將步驟(1)所得的石墨陽極裝入高壓浸漬罐，打開真空泵，開始抽真空，真空度為-0. 2-0. 2Pa ；(3)在高壓浸漬罐中加入溫度為45-60°C的抗氧化劑，使抗氧化劑浸沒石墨陽極， 控制高壓浸漬罐中的壓力在0. 8-1. OMpa，加壓浸漬2-3小時；(4)將浸漬好的石墨陽極取出，室溫晾干，然后在300-350°C烘箱中干燥。步驟( 所述的抗氧化劑通過以下方法制備(a)按照以下組分及重量百分比含量備料以抗氧化劑原料的總質(zhì)量為100%計， 偏磷酸鈉60-75%，硼酸鈉10-20%，硅酸鈉10-20%，碳酸鈉5-10% ；(b)將偏磷酸鈉及碳酸鈉加入水中，攪拌溶解，形成均勻的溶液，所述的水的加入量為使偏磷酸鈉的濃度為(O. 5-1.0)g/ml ；(c)將硼酸鈉加入水中溶解，得到濃度為(0. 5-1. 0) g/ml的硼酸鈉溶液，將硅酸鈉加入水中溶解，得到濃度為(0. 8-1. 2) g/ml的硅酸鈉溶液，將硼酸鈉溶液與硅酸鈉溶液于 35-45°C下攪拌溶解，形成透明溶液；(d)把步驟(c)得到的透明溶液加入步驟(b)得到的溶液中，同時在50-60°C下加熱攪拌，形成均勻的半透明溶膠，即為抗氧化劑。所述的偏磷酸鈉為六偏磷酸鈉，硼酸鈉為市售四硼酸鈉。所述的高壓浸漬罐與真空泵及壓力泵相連，所述的高壓浸漬罐上設(shè)有壓力表，通過真空泵及壓力泵控制高壓浸漬罐的壓力。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的工藝簡單；采用高溫高壓浸漬法對氯堿工業(yè)用石墨陽極進(jìn)行抗氧化處理，可以使浸漬劑滲透到石墨陽極的內(nèi)層空隙，提高石墨陽極的高溫抗氧化性，降低了氯氣在陽極上的過電位；經(jīng)過抗氧化處理的石墨陽極在使用的過程中，不會對反應(yīng)體系產(chǎn)生二次污染；由于干燥時的溫度作用，在表面形成的玻璃體保護(hù)層可以提高石墨陽極的耐沖刷性；采用本發(fā)明方法處理后的石墨陽極使用壽命延長至原來的2-3倍，大大降低了生產(chǎn)成本，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。


圖1為石墨陽極的抗氧化處理工藝流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實施例1石墨陽極抗氧化劑的制備(a)在200ml燒杯中，將60g六偏磷酸鈉和IOg的碳酸鉀，加入到IOOml冷純凈水中，磁力攪拌，使混合物完全溶解，形成均勻的溶液；(b)在IOOml燒杯中，稱量IOg硅酸鈉，加入到15ml純凈水中，磁力攪拌，加熱到混合物完全溶解，取另一個燒杯，加入IOml純凈水，加入IOg硼酸鈉，加熱攪拌至混合物完全溶解；(c)把硼酸鈉溶液和硅酸鈉溶液依次轉(zhuǎn)移到磷酸鹽溶液中，磁力攪拌，隨著硅酸鈉溶液的慢慢加入，溶液逐漸形成液溶膠，根據(jù)使用的情況，加入一定量的水。使溶液呈稀溶膠狀，即為抗氧化劑。將上述抗氧劑主要應(yīng)用在人造高純石墨陽極制品的抗氧化中。它的主要用途之一，就是可以用來浸漬氯堿工業(yè)用石墨陽極制品或者鎂冶煉石墨陽極的抗氧化等。通過抗氧化工藝處理，可以延長石墨陽極的使用壽命，進(jìn)而提高產(chǎn)品的品質(zhì)。下面就對石墨陽極塊的抗氧化處理做以應(yīng)用舉例氯堿工業(yè)用石墨陽極的抗氧化處理方法，包括以下步驟(1)把石墨材料切割成IOcmX IOcmX 2cm的方塊，用純水和乙醇洗滌，除去外表的灰塵和油脂后，在干燥箱中80°C下干燥；(2)把配好的抗氧化劑加入到一個玻璃燒杯中，加熱至45-60°C，把干燥的石墨塊浸入溶液，在溫?zé)岬娜芤褐薪軲-48小時，取出在干凈的玻璃板上自然干燥后，放入烘箱中100°C干燥1小時。然后把樣品放入烘箱內(nèi)，加熱到300-450°C進(jìn)行熱處理，取出自然放涼。即可用來做抗氧化性測試。為了進(jìn)一步提高抗氧化效果，可以在第一次浸泡后拿出晾干，然后再進(jìn)行第二次浸泡。實施例2抗氧化劑通過以下方法制備(a)按照以下組分及重量百分比含量備料以抗氧化劑原料的總質(zhì)量為100%計， 偏磷酸鈉60%，硼酸鈉20%，硅酸鈉10%，碳酸鈉10% ；(b)將偏磷酸鈉及碳酸鈉加入水中，攪拌溶解，形成均勻的溶液，水的加入量為使偏磷酸鈉的濃度為0. 5g/ml ；(c)將硼酸鈉加入水中溶解，得到濃度為0. 5g/ml的硼酸鈉溶液，將硅酸鈉加入水中溶解，得到濃度為0. 8g/ml的硅酸鈉溶液，將硼酸鈉溶液與硅酸鈉溶液于35°C下攪拌溶解，形成透明溶液；(d)把步驟(c)得到的透明溶液加入步驟(b)得到的溶液中，同時在50°C下加熱攪拌，形成均勻的半透明溶膠，即為抗氧化劑。上述方法得到的抗氧劑用在氯堿工業(yè)用石墨陽極的抗氧化處理，如圖1所示，包括以下步驟(1)把石墨材料切割成IOcmX IOcmX 3cm的方塊，用純水和乙醇洗滌，除去外表的灰塵和油脂后，80°C下干燥；(2)將步驟(1)所得的石墨陽極裝入高壓浸漬罐，打開真空泵，抽真空至Ij -0. Olpa ；(3)打開進(jìn)料閥門，將溫度為45°C的抗氧化劑抽入高壓浸漬罐中，使抗氧化劑浸沒石墨陽極，關(guān)閉進(jìn)料閥門，關(guān)閉真空泵，打開壓力泵，開始向浸漬罐中充入空氣加壓至0.8MPa個大氣壓，加壓浸漬3小時；(4)打開高壓浸漬罐，將浸漬好的石墨陽極取出，在干凈的玻璃板上自然干燥后， 放入烘箱中300°C干燥1小時，拿出自然放涼，即得到抗氧化的石墨材料。通過真空浸漬的石墨樣塊，其抗氧化程度優(yōu)于浸泡的效果。實施例3通過以下方法制備抗氧化劑(a)按照以下組分及重量百分比含量備料以抗氧化劑原料的總質(zhì)量為100%計， 偏磷酸鈉70%，硼酸鈉15%，硅酸鈉10%，碳酸鈉5% ；(b)將偏磷酸鈉及碳酸鈉加入水中，攪拌溶解，形成均勻的溶液，水的加入量為使偏磷酸鈉的濃度為0. 8g/ml ；(c)將硼酸鈉加入水中溶解，得到濃度為0. 8g/ml的硼酸鈉溶液，將硅酸鈉加入水中溶解，得到濃度為1.0g/ml的硅酸鈉溶液，將硼酸鈉溶液與硅酸鈉溶液于40°C下攪拌溶解，形成透明溶液；(d)把步驟(C)得到的透明溶液加入步驟(b)得到的溶液中，同時在55°C下加熱攪拌，形成均勻的半透明溶膠，即為抗氧化劑。上述方法得到的抗氧劑用在氯堿工業(yè)用石墨陽極的抗氧化處理，包括以下步驟(1)把石墨材料切割成IOcmX IOcmX 3cm的方塊，用純水和乙醇洗滌，除去外表的灰塵和油脂后，90°C下干燥；(2)將步驟(1)所得的石墨陽極裝入高壓浸漬罐，打開真空泵，抽真空到-0. 2pa ；(3)打開進(jìn)料閥門，將溫度為50°C的抗氧化劑抽入高壓浸漬罐中，使抗氧化劑浸沒石墨陽極，關(guān)閉進(jìn)料閥門，關(guān)閉真空泵，打開壓力泵，向高壓浸漬罐中充入空氣加壓至
1.OMPa個大氣壓，加壓浸漬2小時；(4)打開高壓浸漬罐，將浸漬好的石墨陽極取出，在干凈的玻璃板上自然干燥后， 放入烘箱中350°C干燥1小時，拿出自然放涼，即得到抗氧化的石墨材料。實施例4抗氧化劑通過以下方法制備(a)按照以下組分及重量百分比含量備料以抗氧化劑原料的總質(zhì)量為100%計， 偏磷酸鈉75%，硼酸鈉10%，硅酸鈉10%，碳酸鈉5% ；(b)將偏磷酸鈉及碳酸鈉加入水中，攪拌溶解，形成均勻的溶液，水的加入量為使偏磷酸鈉的濃度為1. Og/ml ；(c)將硼酸鈉加入水中溶解，得到濃度為1. Og/ml的硼酸鈉溶液，將硅酸鈉加入水中溶解，得到濃度為1.2g/ml的硅酸鈉溶液，將硼酸鈉溶液與硅酸鈉溶液于45°C下攪拌溶解，形成透明溶液；(d)把步驟(C)得到的透明溶液加入步驟(b)得到的溶液中，同時在60°C下加熱攪拌，形成均勻的半透明溶膠，即為抗氧化劑。上述方法得到的抗氧劑用在氯堿工業(yè)用石墨陽極的抗氧化處理，包括以下步驟(1)把石墨材料切割成IOcmX IOcmX 3cm的方塊，用純水和乙醇洗滌，除去外表的灰塵和油脂后，100°c下干燥；(2)將步驟(1)所得的石墨陽極裝入高壓浸漬罐，打開真空泵，開始抽真空，真空度為 0.011 ;(3)打開進(jìn)料閥門，將溫度為602的抗氧化劑抽入高壓浸漬罐中，使抗氧化劑浸沒石墨陽極，關(guān)閉進(jìn)料閥門，關(guān)閉真空泵，打開壓力泵，控制高壓浸漬罐中的壓力在l.OMpa，加壓浸漬2. 5小時；(4)打開高壓浸漬罐，將浸漬好的石墨陽極取出，在干凈的玻璃板上自然干燥后， 放入烘箱中330°C干燥1. 2小時，拿出自然放涼，即得到抗氧化的石墨材料。實施例5抗氧化劑通過以下方法制備(a)按照以下組分及重量百分比含量備料以抗氧化劑原料的總質(zhì)量為100%計， 偏磷酸鈉60%，硼酸鈉10%，硅酸鈉20%，碳酸鈉10% ；(b)將偏磷酸鈉及碳酸鈉加入水中，攪拌溶解，形成均勻的溶液，水的加入量為使偏磷酸鈉的濃度為1. Og/ml ；(c)將硼酸鈉加入水中溶解，得到濃度為1. Og/ml的硼酸鈉溶液，將硅酸鈉加入水中溶解，得到濃度為1. Og/ml的硅酸鈉溶液，將硼酸鈉溶液與硅酸鈉溶液于45°C下攪拌溶解，形成透明溶液；(d)把步驟(C)得到的透明溶液加入步驟(b)得到的溶液中，同時在60°C下加熱攪拌，形成均勻的半透明溶膠，即為抗氧化劑。上述方法得到的抗氧劑用在氯堿工業(yè)用石墨陽極的抗氧化處理，包括以下步驟(1)把石墨材料切割成IOcmX IOcmX 3cm的方塊，用純水和乙醇洗滌，除去外表的灰塵和油脂后，100°c下干燥；(2)將步驟(1)所得的石墨陽極裝入高壓浸漬罐，打開真空泵，開始抽真空，真空度為 O.OlPa；(3)打開進(jìn)料閥門，將溫度為55°C的抗氧化劑抽入高壓浸漬罐中，使抗氧化劑浸沒石墨陽極，關(guān)閉進(jìn)料閥門，關(guān)閉真空泵，打開壓力泵，控制高壓浸漬罐中的壓力在0. 8Mpa, 加壓浸漬3小時；(4)打開高壓浸漬罐，將浸漬好的石墨陽極取出，在干凈的玻璃板上自然干燥后， 放入烘箱中350°C干燥1小時，拿出自然放涼，即得到抗氧化的石墨材料。實施例6抗氧化劑通過以下方法制備(a)按照以下組分及重量百分比含量備料以抗氧化劑原料的總質(zhì)量為100%計， 偏磷酸鈉60%，硼酸鈉15%,硅酸鈉20%，碳酸鈉5% ；(b)將偏磷酸鈉及碳酸鈉加入水中，攪拌溶解，形成均勻的溶液，水的加入量為使偏磷酸鈉的濃度為0. 8g/ml ；(c)將硼酸鈉加入水中溶解，得到濃度為0. 5g/ml的硼酸鈉溶液，將硅酸鈉加入水中溶解，得到濃度為0. 8g/ml的硅酸鈉溶液，將硼酸鈉溶液與硅酸鈉溶液于35°C下攪拌溶解，形成透明溶液；(d)把步驟(C)得到的透明溶液加入步驟(b)得到的溶液中，同時在50°C下加熱攪拌，形成均勻的半透明溶膠，即為抗氧化劑上述方法得到的抗氧劑用在氯堿工業(yè)用石墨陽極的抗氧化處理，包括以下步驟
(1)把石墨材料切割成IOcmX IOcmX 3cm的方塊，用純水和乙醇洗滌，除去外表的灰塵和油脂后，80°C下干燥；(2)將步驟(1)所得的石墨陽極裝入高壓浸漬罐，打開真空泵，開始抽真空，真空度為0. 2Pa ；(3)打開進(jìn)料閥門，將溫度為45°C的抗氧化劑抽入高壓浸漬罐中，使抗氧化劑浸沒石墨陽極，關(guān)閉進(jìn)料閥門，關(guān)閉真空泵，打開壓力泵，控制高壓浸漬罐中的壓力在l.OMpa， 加壓浸漬2小時；(4)打開高壓浸漬罐，將浸漬好的石墨陽極取出，在干凈的玻璃板上自然干燥后， 放入烘箱中300°C干燥1. 5小時，拿出自然放涼，即得到抗氧化的石墨材料。本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的具體實施方式
僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述具體實施方式
的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種氯堿工業(yè)用石墨陽極的抗氧化處理方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)把石墨陽極用水和酒精洗滌后，80-100°C下干燥；(2)將步驟(1)所得的石墨陽極裝入高壓浸漬罐，打開真空泵，開始抽真空，真空度為-0. 2-0. 2Pa ；(3)在高壓浸漬罐中加入溫度為45-60°C的抗氧化劑，使抗氧化劑浸沒石墨陽極，控制高壓浸漬罐中的壓力在0. 8-1. OMpa，加壓浸漬2-3小時；(4)將浸漬好的石墨陽極取出，室溫晾干，然后在300-350°C烘箱中干燥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氯堿工業(yè)用石墨陽極的抗氧化處理方法，其特征在于，步驟( 所述的抗氧化劑通過以下方法制備(a)按照以下組分及重量百分比含量備料以抗氧化劑原料的總質(zhì)量為100%計，偏磷酸鈉60-75%，硼酸鈉10-20%，硅酸鈉10-20%，碳酸鈉5-10% ；(b)將偏磷酸鈉及碳酸鈉加入水中，攪拌溶解，形成均勻的溶液，所述的水的加入量為使偏磷酸鈉的濃度為(0. 5-1. 0) g/ml ；(c)將硼酸鈉加入水中溶解，得到濃度為(0.5-1.0)g/ml的硼酸鈉溶液，將硅酸鈉加入水中溶解，得到濃度為(0.8-1. 2) g/ml的硅酸鈉溶液，將硼酸鈉溶液與硅酸鈉溶液于35-45°C下攪拌溶解，形成透明溶液；(d)把步驟(c)得到的透明溶液加入步驟(b)得到的溶液中，同時在50-60°C下加熱攪拌，形成均勻的半透明溶膠，即為抗氧化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種氯堿工業(yè)用石墨陽極的抗氧化處理方法，其特征在于，所述的偏磷酸鈉為六偏磷酸鈉，硼酸鈉為市售四硼酸鈉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氯堿工業(yè)用石墨陽極的抗氧化處理方法，其特征在于，所述的高壓浸漬罐與真空泵及壓力泵相連，所述的高壓浸漬罐上設(shè)有壓力表，通過真空泵及壓力泵控制高壓浸漬罐的壓力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氯堿工業(yè)用石墨陽極的抗氧化處理方法，包括以下步驟將重量百分比含量分別為偏磷酸鈉60-75％，硼酸鈉10-20％，硅酸鈉10-20％，碳酸鈉5-10％加水溶解制備抗氧化劑；將石墨陽極和抗氧化劑放入高壓浸漬罐中，使抗氧化劑浸沒石墨陽極，控制高壓浸漬罐中的壓力在0.8-1.0Mpa，加壓浸漬2-3小時；將浸漬好的石墨陽極取出，室溫晾干，然后在300-350℃烘箱中干燥即得經(jīng)過抗氧化處理的石墨陽極。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的工藝簡單；采用本發(fā)明方法處理后的石墨陽極使用壽命延長至原來的2-3倍，大大降低了生產(chǎn)成本，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
文檔編號C25B1/34GK102560531SQ20121006953
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月15日
發(fā)明者楊遂運, 胡曉斌, 陳寒玉 申請人:上海交通大學(xué), 平頂山市東方碳素有限公司, 河南城建學(xué)院