一種快速導(dǎo)電梯度炭素陽極的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及一種快速導(dǎo)電梯度炭素陽極;屬于侶電解槽陽極制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在預(yù)賠陽極侶電解槽中，陽極的使用周期為28~31d，當(dāng)陽極達(dá)到使用周期時，殘 極厚度約為15~17cm，如果繼續(xù)使用，就會發(fā)生陽極鋼爪烙化現(xiàn)象，因此，需要根據(jù)預(yù)賠陽 極結(jié)構(gòu)設(shè)計和組裝情況，在保持一定殘極高度情況下及時更換陽極，從而保證侶電解槽的 正常穩(wěn)定運行。侶電解槽中有溫度場，物料場和電磁場。陽極的更換對"立場"都具有一定影 響，但其影響最大的是溫度場。正常穩(wěn)定運行的侶電解槽是處于熱平衡狀態(tài)的。換極前，正 常運行的侶電解槽保持著相對的能量平衡，浸入電解質(zhì)中的陽極部分溫度和電解質(zhì)溫度是 相同的，陽極上部分的溫度也高達(dá)600~700°C當(dāng)高溫殘極由電解槽中拔出時，一方面殘極 會從電解質(zhì)中帶走一部分熱量;另一方面，拔出陽極的位置會出現(xiàn)一定的空間，也會散失一 部分熱量，因為從拔出陽極到新陽極上槽需要一定的時間;此外，當(dāng)室溫新陽極安裝到電解 槽上并浸入電解質(zhì)中時，由于二者之間巨大的溫差，新陽極也會從電解質(zhì)中吸收大量的熱 量，直至在二者界面達(dá)到新的熱平衡為止。因此，換極過程實際上就是熱平衡一一破壞熱平 衡一一建立新的熱平衡的過程。
[0003] 通常，換極對電解槽的影響約持續(xù)24h。在運期間，新?lián)Q的陽極浸入電解質(zhì)部分由 室溫逐步被電解質(zhì)加熱，在換極后約24h，陽極溫度基本與電解質(zhì)溫度相當(dāng)。剛剛換入電解 槽的新陽極幾乎是不導(dǎo)電的，運是因為運時陽極與電解質(zhì)之間存在巨大溫差，在陽極浸入 電解質(zhì)的一剎那，與陽極底掌接觸的電解質(zhì)驟然遇到激冷，在陽極底掌表面形成一層電解 質(zhì)凝殼，運一層凝殼將液態(tài)電解質(zhì)與陽極完全隔離，從而使得W導(dǎo)電性碳材料制造的陽極 炭塊失去導(dǎo)電作用。加之，在陽極底掌表面形成電解質(zhì)凝殼的同時，由于熱傳導(dǎo)的作用，鄰 近陽極底掌部分的電解質(zhì)失去的熱量相對遠(yuǎn)離陽極處要快的多，從而使得陽極附近電解質(zhì) 的粘度增加。而電解質(zhì)粘度的增加，也使得陽極氣體不易排出，炭渣分離不清，增加了電解 質(zhì)的電阻率，導(dǎo)致該部分電解質(zhì)導(dǎo)電性下降。
[0004] 因此，對于如何縮短由于陽極換極帶來的電解槽內(nèi)較長時間的不導(dǎo)電周期，不僅 對于侶電解行業(yè)實現(xiàn)節(jié)能降耗的良好發(fā)展具有重要意義，同時也是實現(xiàn)電解槽場"穩(wěn) 定，槽況運行良好的基礎(chǔ)。關(guān)于改善換極溫度對槽況的影響，目前采取的辦法有實施陽極預(yù) 熱，如利用電解槽煙氣余熱對預(yù)賠陽極進(jìn)行預(yù)熱，但在國內(nèi)尚無成功應(yīng)用的報道，而利用換 下的高溫殘極對陽極進(jìn)行預(yù)熱，與該技術(shù)相關(guān)的僅有一個實用新型專利，名為《陽極塊預(yù)熱 交換裝置》，授權(quán)公告為CN201347457Y，該技術(shù)實施過程中，需要建設(shè)一系列中高溫?zé)煔夤?線，并要對管線進(jìn)行防腐處理，而且要單獨建設(shè)陽極預(yù)熱間，不但投資大，并且運行成本高。 因此，在不增加過多投資的的前提下，換極后陽極快速導(dǎo)電，縮短不導(dǎo)電周期對侶電解槽節(jié) 能降耗的實現(xiàn)起到關(guān)鍵作用。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型針對現(xiàn)有侶電解槽陽極存在的不足之處，提供一種快速導(dǎo)電梯度炭素 陽極及其制備方法。
[0006] 本實用新型一種快速導(dǎo)電梯度炭素陽極，包括:普通炭塊(3)、半石墨質(zhì)炭塊(4)， 全石墨化炭塊(5);所述半石墨質(zhì)炭塊(4)位于普通炭塊(3)與全石墨化炭塊(5)之間，所述 半石墨質(zhì)炭塊(4)的石墨化程度為40-50%。
[0007] 本實用新型一種快速導(dǎo)電梯度炭素陽極，包括:侶導(dǎo)桿（1)、陽極鋼爪（2)、普通炭 塊(3)、半石墨質(zhì)炭塊(4)，全石墨化炭塊巧）；所述陽極鋼爪(2)的頂部與侶導(dǎo)桿（1)相連，陽 極鋼爪(2)的底部與侶導(dǎo)桿普通炭塊(3)的頂部相連，普通炭塊(3)的底部與半石墨質(zhì)炭塊 (4)的頂部相連;所述半石墨質(zhì)炭塊(4)的底部與全石墨化炭塊(5)相連。
[0008] 本實用新型一種快速導(dǎo)電梯度炭素陽極，所述全石墨化炭塊（5)、半石墨質(zhì)炭塊 (4)、普通炭塊(3)的厚度之比為，全石墨化炭塊(5):半石墨質(zhì)炭塊(4):普通炭塊(3) = 1-2: 1-2:2-6;優(yōu)選為1:1:2-1:1:3。即全石墨化炭塊(5)、半石墨質(zhì)炭塊(4)與普通炭塊(3)的質(zhì) 量比為1-2:1-2:2-6、優(yōu)選為1:1:2-1:1: 3。
[0009] 本實用新型一種快速導(dǎo)電梯度炭素陽極，所述全石墨化炭塊(5)的厚度根據(jù)實際 應(yīng)用時電解槽的尺寸進(jìn)行調(diào)整。
[0010] 本實用新型所設(shè)計的一種快速導(dǎo)電梯度炭素陽極;其制備方法為：W全石墨化炭 顆粒、半石墨質(zhì)炭顆粒、普通炭顆粒為原料，先將全石墨化炭顆粒、半石墨質(zhì)炭顆粒、普通炭 顆粒按設(shè)計的量依次加入振動機中，振動后的，得到所述炭素陽極;依次加入全石墨化炭顆 粒、半石墨質(zhì)炭顆粒、普通炭顆粒時，等比例加入粘接劑，所述所述粘接劑與原料的質(zhì)量比 為3-4:16-17。。在本實用新型中所述等比例加入粘接劑是指，假設(shè)所述粘接劑與原料的質(zhì) 量比選自A:B，且全石墨化炭顆粒占原料總質(zhì)量的C%時，那么再加入全石墨化炭顆粒時，加 入粘接劑的質(zhì)量為(AX原料質(zhì)量/B) XC% ;依次類推，可W計算在加入半石墨質(zhì)炭顆粒時， 等比例所加入的粘接劑的用量；同理也可已計算出加入普通炭顆粒時，等比例所加入的粘 接劑的用量。
[0011] 本實用新型所設(shè)計的一種快速導(dǎo)電梯度炭素陽極;其制備方法中，全石墨化炭顆 粒、半石墨質(zhì)炭顆粒、普通炭顆粒的質(zhì)量比為1-2:1-2:2-6、優(yōu)選為1:1:2-1:1:3。
[0012] 本實用新型所設(shè)計的一種快速導(dǎo)電梯度炭素陽極;其制備方法中，所述粘接劑選 自改質(zhì)漸青、中溫漸青、高溫漸青中的一種，優(yōu)選為改質(zhì)漸青。
[0013 ] 其中全石墨化炭顆粒、半石墨質(zhì)炭顆粒、普通炭顆粒越細(xì)碎越好，粒徑小于12mm。
[0014] 本實用新型所設(shè)計的一種快速導(dǎo)電梯度炭素陽極;其制備方法中，振動的頻率為 50-5甜Z。
[0015] 本實用新型所設(shè)計的一種快速導(dǎo)電梯度炭素陽極;其制備方法中，所述全石墨化 炭顆粒是通過下述步驟制備的：
[0016] 步驟一
[0017] 按質(zhì)量比，般后石油焦:改質(zhì)漸青= 7-8: 2-3,配取般后石油焦和改質(zhì)漸青混合均 勻后，于1100-1200°C進(jìn)行賠燒20-40小時;得到首次賠燒產(chǎn)物；
[001引步驟二
[0019]將步驟W所得賠燒產(chǎn)物浸潰于改質(zhì)漸青中，浸潰3-4小時后，取出并進(jìn)行第二次賠 燒，第二次賠燒的溫度為700-800°C、時間為3-4小時、氣氛為保護(hù)氣氛;浸潰時控制壓力為 1.4-1.6MPa;得到第二次賠燒產(chǎn)物；
[0020]步驟 S
[0021 ]將步驟二所得第二次賠燒產(chǎn)物置于石墨化爐內(nèi)、于2600-3000°C進(jìn)行石墨化處理 直至第二次賠燒產(chǎn)物完全石墨化后，進(jìn)行破碎，得到全石墨化炭顆粒。
[0022] 本實用新型所設(shè)計的一種快速導(dǎo)電梯度炭素陽極;其制備方法中，所述半石墨質(zhì) 炭顆粒是通過下述步驟制備的：
[0023] 按質(zhì)量比，固體碳源：改質(zhì)漸青= 8-9:1-2,配取固體和改質(zhì)漸青混合均勻后，于 1000-1200°C進(jìn)行賠燒20-40小時;得到半石墨質(zhì)炭顆粒;所述固體碳源選自石油焦、漸青 焦、殘極、生碎及賠燒碎中的至少一種;優(yōu)選為般后石油焦、半石墨質(zhì)石油焦，人造石墨碎中 的至少一中；進(jìn)一步優(yōu)選為般后石油焦。
[0024] 本實用新型所設(shè)計的一種快速導(dǎo)電梯度炭素陽極;其制備方法中，所述普通炭顆 粒可采用現(xiàn)有碳素陽極制備方法進(jìn)行制備;也可采用下述方法制備：
[0025] 按質(zhì)量比陽極主體:粘結(jié)劑= 82-86:14-18,配取陽極主體和粘結(jié)劑后混合均勻， 干燥，破碎，得到所述普通炭顆粒;所述陽極主體選自般后石油焦、漸青焦、殘極、生碎及賠 燒碎中的至少一種;所述陽極主體按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計包括：
[0026] 粗顆粒料 14-20 %、
[0027] 中顆粒料8-10%、
[0028] 細(xì)顆粒料45-54 %、
[00 巧]粉料 22-25 %;
[0030] 所述粗顆粒料的粒徑為6-12mm，中顆粒料的粒徑為3-6mm，細(xì)顆粒料的粒徑小于 3mm，粉料的粒徑小于等于0.0 74mm。
[0031] 本實用新型的功能梯度炭素陽極在鋼爪配