铝电解槽用干式防渗料的生产与应用

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铝电解槽用干式防渗料的生产与应用

□ 吕任敏1)

 于海东1)

 张留仁2)

1)郑州坤中耐火材料有限公司 新密

452370

2)河南省长葛市第一耐火材料厂

在铝电解槽运行过程中

,由于阴极碳块中孔隙的存在和直

流电场的作用

,电解质(或铝液)会渗漏到阴极碳块之下

,沿耐

火砖缝继续往下渗漏。阴极耐火砖层因受到熔融电解质的渗

透和蒸气作用

,逐渐地被破坏并失去对下面保温砖层的保护作

,导致铝电解槽的损毁。为此

,开发生产了干式防渗料。

1 生产理论基础与防渗机理

在电解槽运行过程中

,由于

NaF、

Na

3AlF

6(冰晶石)熔融盐

的存在及直流电场的作用

,产生少量的

Na

2O蒸气

,使得耐火

材料结构被破坏

,从而失去对下面保温层的保护作用

,最终导

致电解槽损坏。若选用

Al

2O

3-SiO

2系原料

,从

Na

2O-Al

2O

3

-SiO

2三元相图可以得知

,当

Al

2O

3/SiO

2质量比在一定范围

内(相当于霞石中的

Al

2O

3/SiO

2)时

,其低熔物的熔化温度都在

732℃以上。因此

,渗入物在防渗料层就已凝固

,从而不能渗

入到隔热层。

在电解过程中

,由于

Na

2O与

NaF的渗透作用

,与防渗料

发生反应

,生成霞石与

SiF

4,其反应如下

:

Na

2O+Al

2O

3+SiO

2→

2AlSiO

4(霞石)

NaF+Al

2O

3+SiO

2→

Na

2AlSiO

4(霞石)

+SiF

4

在凝固线温度以上

,霞石粘度很大

,堵塞防渗料气孔

;在凝

固线温度以下

,霞石起到屏障作用

,阻挡或减缓电解质继续向

下渗透

,保护下面保温层面免受电解质侵蚀

,从而延长电解槽

使用寿命。

2 生产工艺

主要原料是粘土熟料和三级高铝熟料。外加物料由

A、

B

两种物质复合而成

,它能满足

:(

1)有利于霞石生成

;(

2)有利于

熔体粘度提高

;(

3)热导率低、不导电等要求。

主原料的最大粒度是

5mm,细粉粒度≤

0.088mm,外加

物粒度≤

0.074mm。采用

5~

3mm、

3~

1mm、

1~

0.088mm

和细粉四级配料。在粗、中、细的颗粒级配上

,适当减少粗颗粒

数量

,增加细粉含量

,提高中颗粒比例

,可使干式防渗料获得较

高震捣密度

,并可减少颗粒偏析

;无棱角的颗粒比有棱角的颗

粒更易于流动

,也同样可使干式防渗料获得较高的震捣密度。

结合生产所用原料的特性

,颗粒级配为粗∶中∶细

=25∶

35∶

40。将称量准确的各种原料倒入搅拌机内混合

,净混时间为

5min,待充分均匀后方可装袋。

生产的干式防渗料的矿物组成为石英、莫来石等

,理化指

标为

:

w(

Al

2O

3+SiO

2)≥

90%,堆积密度(

g・

cm-3

)

1.40~

1.50

(松散)、

1.95~

2.05(捣实)

,950℃保温

96h后的侵蚀深度

3~

6mm,耐火度

1750℃

,热导率(

350℃)

0.3~

0.35W・(

m・

K)-1

3 防渗试验

目前

,国内还没有干式防渗料的具体试验标准

,参照耐火

材料抗侵蚀试验方法及铝厂实际情况

,采用了如下试验方法。

取一定量的干式防渗料倒入刚玉坩埚内

,充分捣实后加入

铝厂正常使用的电解质。在重烧炉内将坩埚加热至

960℃保

120h,冷却至室温后取出并切开

,测出反应层深度即可分析

防渗效果。反复试验表明

:A、

B两种物质复合加入(

A∶

B=4∶

1)比

A或

B单独加入效果好

,此时侵蚀深度是

3~

5mm;反应

Na

2O含量高

,未反应层

Na

2O与配方中一致

,并且反应层致

密均匀

,界面清晰

,呈玻璃态。

通过防渗试验证明

:干式防渗料与电解质反应生成了霞石

(或具有霞石组成的钠硅铝化合物)

,有效阻止或延缓了电解质

的继续渗透。

4 使用效果

生产的干式防渗料在某单位

60kA、

80kA预焙槽工业应

,取得以下效果。

(

1)由于具有良好的防渗作用

,电解槽底保温状况与设计

的预期情况更加接近。与耐火砖相比

,槽底电压降低

30mV,

电流效率提高

0.59%,可使每台槽年节电

29000kW・

h。另外

,

未反应防渗料还可重复利用

,减少环境污染

,有明显的经济效

益和社会效益。

(

2)防渗料的良好防渗作用及低的热导率

,使防渗料层成

为一屏障

,从而使阴极碳块内部温差不致增大

;同时

,反应层

(减缓层)具有塑性

,颗粒层具有一定可压缩性

,能有效缓解电

解槽膨胀

,从而延长电解槽寿命。

(

3)防渗料良好的防渗作用

,使冰晶石单耗减少

12.5%。

吕任敏

:男

,1967年生

,工程师。

编辑

:柴俊兰

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NAIHUOCAILIAO/耐火材料

2002/1