本發明專利技術涉及一種惰性陽極鋁電解槽用保溫與密封材料及其制備方法。其特征在于該材料依次結為一體地包括為剛玉質澆注料的致密層，為微粉和漿液配制的漿料作過渡層，為輕質澆注料的保溫層。本發明專利技術的一種惰性陽極鋁電解槽用保溫與密封材料，即融合了剛玉質澆注料致密、抗腐蝕和輕質保溫澆注料保溫的優點，又解決了兩種材料間高溫下膨脹系數不匹配而開裂的問題，能夠很好的對惰性陽極鋁電解槽進行密封和保溫。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及。
技術介紹
現行鋁工業是以炭陽極為主要特征的預焙陽極鋁電解槽進行原鋁冶煉。這種預焙炭陽極鋁電解槽在技術和工藝上已經成熟并取得了很大的發展和進步，成為目前鋁工業的主流槽型。但是炭陽極鋁冶煉技術仍存在著其固有的缺點優質炭素消耗較大，需要不斷地補充與更換炭陽極，給資源造成巨大的壓力；排放大量的CO2以及碳氟化合物等，給環境造成嚴重的污染；生產過程高能耗。盡管直流電耗可降低到13000kWh/t (Al)以下，但其能量利用率仍然僅有50%左右，給電力資源也帶來了沉重的負擔。目前，世界鋁工業普遍認同的是采用惰性陽極鋁電解技術解決炭陽極鋁電解帶來的負面問題。惰性陽極幾乎不消耗，更換周期長，生產更穩定；生產過程排放的是氧氣，而不會排放CO2和碳氟化合物；且有可能實現變負荷生產，有利于平衡電網峰谷電量。但由于惰性陽極鋁電解技術的特殊性，工業化惰性陽極鋁電解槽需要用到較多的耐蝕保溫材料進行保溫和密封，以減少鋁電解槽的散熱損失，達到降低能耗的目的。惰性陽極鋁電解槽的理論最低能耗為9240kWh/t (Al)，高于傳統炭陽極鋁電解槽。傳統炭陽極鋁電解槽上部是通過散熱使電解質上表面結殼，并在結殼上添加一層氧化鋁來實現。這種方式散熱量很大，最終造成鋁電解槽能量利用率難以提高(50%左右)。如果惰性陽極鋁電解槽的電解質液面上方采用特殊耐火耐蝕材料進行保溫和密封，不讓電解質自然結殼，使電解槽整體呈“保溫型”槽,則總的散熱損失會大大降低。再加上惰性陽極鋁電解槽結構設計上的優勢(如單位體積內的電極反應面積大，極距低)，可以使惰性陽極鋁電解槽的綜合能耗不高于甚至低于現有預焙炭陽極鋁電解槽。對惰性陽極電解槽的電解質上方進行保溫和密封，就需要所用的材料能夠抵抗電解質氣氛的侵蝕。針對電解質氣氛腐蝕特性，并結合我們以往所做的大量試驗結果，發現采用氧化鋁含量或者尖晶石含量較高的材料，可以在相對比較長的時間內抵抗電解質氣氛的腐蝕。但對材料有以下要求(1)具有較高的純度和致密度；(2)雜質含量少，特別是硅(Si)、鐵(Fe)等的含量；(3)施工方便，便于制作成形狀及尺寸特殊的制品，特別是成大尺寸制品；(4)具有足夠的強度和抗熱震性能；(5)具有相對較低的成本。針對惰性陽極鋁電解槽的這些特點，以及對材料的要求，本專利專利技術人已經在專利201110166652.9中，提出了 “惰性陽極鋁電解槽用不定型耐火耐蝕材料及其制作方法”，該材料可以很好地用于惰性陽極鋁電解槽，抵抗電解質氣氛的侵蝕，但是沒有對其保溫性能或導熱性能進行闡述。專利號為200810228234的中國專利申請公開了一種氧化鋁空心球輕質隔熱耐火澆注料。該專利所述其有良好的保溫性能(600°C，導熱系數小于0.39)。但是其硅含量較高，最高達10%，所以其不能直接用于抵抗電解質氣氛的侵蝕。專利號為CN200610018089.X的中國專利公開了一種鋁精煉用透氣耐火材料及其制備方法。該專利所述其材料由燒結合成致密六鋁酸鈣材料、板狀剛玉、電熔白剛玉、軟質粘土、石英、藍晶石、氧化鉻綠等組成，具有較好的抗鋁液滲入的能力。但是該專利并沒有說明此材料抵抗電解質氣氛的侵蝕能力，而且該專利所制備的材料對于鋁電解槽的保溫效果也尚未說明。專利號為CN200410013257. 7的中國專利申請公開了一種鎂鋁輕質保溫耐火材料及其制備方法。該專利所制備的材料，由于材料的主體為菱鎂礦粉和高鋁礬土粉，強度不聞，并且聞招帆土粉會引入大量的娃兀素。申請號為 US 4，481，052 的美國專利 Method of making refractory hard metal containing tiles for aluminum cell cathodes，該專利主要講述了一種自倍陽極招電解槽上用于固定可潤濕性陰極的部件，該部件由硬質耐火材料制成，用來減少電損耗同時增加陰極的使用壽命。由于該部件的材料不直接面對鋁電解質的液面，所以對材料的耐腐蝕要求低。以上的所有專利介紹或者公開的材料都是均一的材料，要么是致密的澆注料，要么是輕質保溫型的澆注料。致密性澆注料其導熱系數會相對較大，而輕質保溫型往往其純度、強度難以達到要求。如果將致密澆注料和輕質澆注料簡單的疊加在一起，兩者之間會因為高溫下膨脹系數不匹配的問題而開裂。公開文獻中沒有將致密澆注料與輕質澆注料做成復合梯度材料的技術。
技術實現思路
本專利技術的目的就是針對上述已有技術存在的不足，提供一種應用于惰性陽極電解槽上方，能夠長期抵抗電解質氣氛的侵蝕，有足夠好的保溫效果的惰性陽極鋁電解槽用保溫與密封材料及其制備方法。本專利技術的目的是通過以下技術方案來實現的。一種惰性陽極鋁電解槽用保溫與密封材料，其特征在于該材料依次結為一體地包括為剛玉質澆注料的致密層，為微粉和漿液配制的漿料作過渡層，為輕質澆注料的保溫層。本專利技術的一種惰性陽極鋁電解槽用保溫與密封材料，其特征在于所述的剛玉質澆注料為選用純剛玉質澆注料、剛玉-鎂鋁尖晶石質澆注料中的一種。本專利技術的一種惰性陽極鋁電解槽用保溫與密封材料，其特征在于所述的剛玉-鎂鋁尖晶石質澆注料中的Al2O3和MgO總重量含量大于95%，SiO2含量小于0. 1%，CaO含量小于I. 5%, Na2O含量小于0. 5%, Fe2O3含量小于0. 1%。本專利技術的一種惰性陽極鋁電解槽用保溫與密封材料，其特征在于所述的輕質澆注料選用空心球、合成莫來石作為骨料，采用燒結板狀剛玉細粉、鎂鋁尖晶石細粉、多峰煅燒氧化鋁微粉、P -氧化鋁微粉、分散性氧化鋁微粉以及純鋁酸鈣水泥作為基質，均勻混配而成。本專利技術的一種惰性陽極鋁電解槽用保溫與密封材料，其特征在于所述的輕質澆注料中骨料重量比例為68%-72% ;基質占的重量比例為28%-32% ;余量為做基質的粉狀物。本專利技術的一種惰性陽極鋁電解槽用保溫與密封材料，其特征在于所述的輕質澆注料的骨料中的空心球重量比例為10%-35% ；其材質選自氧化鋁空心球、漂珠中的一種或兩種組合。本專利技術的一種惰性陽極鋁電解槽用保溫與密封材料，其特征在于所述的輕質澆注料的骨料中的氧化鋁空心球粒徑0-3mm，Al2O3含量> 90wt% ;所述的漂珠粒徑0_3mm，Al2O3 含量彡35wt%0本專利技術的一種惰性陽極鋁電解槽用保溫與密封材料，其特征在于所述的輕質澆注料的骨料中的合成莫來石顆粒有不同的粒度分布；其中粒徑為3-6_的合成莫來石粒料所占的重量比為15%-26% ;粒徑為l_3mm的合成莫來石顆粒料所占的重量比為12%_20% ;粒徑為O-Imm的合成莫來石顆粒料所占的重量比為10%-16%。所述合成莫來石顆粒中Al2O3含量 > 42 wt%0本專利技術的一種惰性陽極鋁電解槽用保溫與密封材料，其特征在于所述的輕質澆注料的基質組分包括粒徑< O. 045mm燒結板狀剛玉細粉8%-12% ;鎂鋁尖晶石細粉0%_5% ;多峰煅燒氧化鋁微粉5%-12% ;活性P - A1203微粉0%-7% ;分散性氧化鋁微粉1% ;純鋁酸鈣水泥 2%-6%。本專利技術的一種惰性陽極鋁電解槽用保溫與密封材料，其特征在于所述的輕質澆注料的基質組分中，燒結板狀剛玉細粉中Al2O3含量彡99. 5 wt%，鎂鋁尖晶石細粉Al2O3含量彡74wt%,多峰本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種惰性陽極鋁電解槽用保溫與密封材料，其特征在于該材料依次結為一體地包括為剛玉質澆注料的致密層，為微粉和漿液配制的漿料作過渡層，為輕質澆注料的保溫層。
【技術特征摘要】
1.一種惰性陽極鋁電解槽用保溫與密封材料，其特征在于該材料依次結為一體地包括為剛玉質澆注料的致密層，為微粉和漿液配制的漿料作過渡層，為輕質澆注料的保溫層。2.根據權利要求I的一種惰性陽極鋁電解槽用保溫與密封材料，其特征在于所述的剛玉質澆注料為選用純剛玉質澆注料、剛玉-鎂鋁尖晶石質澆注料中的一種；所述的剛玉-鎂鋁尖晶石質澆注料中的Al2O3和MgO總重量含量大于95%，SiO2含量小于O. 1%，CaO含量小于I. 5%, Na2O含量小于O. 5%, Fe2O3含量小于O. 1%。3.根據權利要求I的一種惰性陽極鋁電解槽用保溫與密封材料，其特征在于所述的輕質澆注料選用空心球、合成莫來石作為骨料，采用燒結板狀剛玉細粉、鎂鋁尖晶石細粉、多峰煅燒氧化鋁微粉、P -氧化鋁微粉、分散性氧化鋁微粉以及純鋁酸鈣水泥作為基質，均勻混配而成；所述的輕質澆注料中骨料重量比例為68%-72% ;基質占的重量比例為28%-32% ； 所述的輕質澆注料的骨料中的空心球重量比例為10%-35% ;其材質選自氧化鋁空心球、漂珠中的一種或兩種組合；所述的輕質澆注料的骨料中的氧化鋁空心球粒徑0-3mm，Al2O3含量> 90wt% ;所述的漂珠粒徑0-3mm, Al2O3含量> 35wt%。4.根據權利要求I的一種惰性陽極鋁電解槽用保溫與密封材料，其特征在于所述的輕質燒注料的骨料中的合成莫來石顆粒有不同的粒度分布；其中粒徑為3-6mm的合成莫來石粒料所占的重量比為15%-26%;粒徑為l_3mm的合成莫來石顆粒料所占的重量比為 12%-20% ;粒徑為O-Imm的合成莫來石顆粒料所占的重量比為10%_16% ;所述合成莫來石顆粒中Al2O3含量彡42 wt%05.根據權利要求I的一種惰性陽極鋁電解槽用保溫與密封材料，其特征在于所述的輕質澆注料的基質組分包括粒徑彡O. 045mm燒結板狀剛玉細粉8%_12% ;鎂鋁尖晶石細粉0%-5% ;多峰煅燒氧化鋁微粉5%-12% ;活性P - A1203微粉0%_7% ;分散性氧化鋁微粉 1% ;純鋁酸鈣水泥2%-6% ;所述的輕質澆注料的基質組分中，燒結板狀剛玉細粉中Al2O3含量> 99. 5 wt%,鎂鋁尖晶石細粉Al2O3...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊建紅，包生重，李致遠，丁成棟，李曉星，
申請(專利權)人：中國鋁業股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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