一种铝电解炭阳极防氧化防腐蚀涂料及其制备方法

一种铝电解炭阳极防氧化防腐蚀涂料及其制备方法

背景技术

铝及铝合金因密度小、比强度高、耐腐蚀、易加工成形、导热导电性好和可回收利用等优点，被广泛应用于航空航天、建筑交通、电子通讯和国防军工等领域。现代电解铝工业生产采用冰晶石-氧化铝融盐电解法，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在800℃～960℃下，在电解槽内的两极上进行电化学反应。化学反应主要通过这个方程进行：2al2o3+3c＝＝4al+3co2↑，
2、ˉ-ˉ
3、阳极：2o2+c-4e＝co2↑，阴极:al3++3e＝al。其中炭阳极是铝电解的关键，目前生产一吨金属铝的炭阳极消耗量为470公斤，比理论炭阳极消耗量多30％，这是因为炭阳极更换到电解槽后，因槽温升高和导电作用温度上升，炭阳极在900℃以上高温与空气及电解产生的气体如二氧化碳、一氧化碳、氟化氢等接触产生高温氧化，产生化学消耗并使碳粒脱落形成炭渣。为了减少炭阳极的高温氧化消耗，降低电解铝的生产成本，目前经济有效的方法是，在炭阳极的表面上涂敷一层保护性涂料，减少被空气造成的炭阳极的高温氧化损耗，从而延长炭阳极的使用寿命。
4、目前大多数铝电解厂采用涂料法来保证炭阳极与空气隔绝从而避免高温下炭阳极与空气发生化学消耗导致的额外损耗。但是均存在其缺陷，例如cn201510442632公布的专利所发明的涂料氧化铝含量过低，导致涂料的防氧化性较差，涂料的保质期也较短。cn202110738852公布的专利所发明的涂料含有硼酸、硼酸等化合物，会对电解铝的电解液有一定的影响，降低电解效率。此外这些涂料还忽略了生产环境产生的氟化物对涂料的腐蚀，从而导致涂料性能变差影响防氧化的效果。
5、因此，为预防炭阳极高温表面氧化腐蚀，本发明提供了一种涂料，可在炭阳极表面形成细密的隔绝层防止空气与炭阳极发生氧化导致额外消耗，并且在电解铝环境下，能有效防止电解液对涂料的腐蚀。经实验计算失重率仅为0.8％，大大降低了电解铝的成本。

技术实现思路

针对以上问题，本发明的目的在于提供一种铝电解炭阳极防氧化防腐蚀涂料及其制备方法。发明提供的铝电解炭阳极防氧化防腐蚀涂料的制备简单方便，涂覆在炭阳极后，涂料烧结温度低，固化时间短。本发明的铝电解炭阳极防氧化防腐蚀涂料可对工作中的炭阳极提供良好的保护，计算各实施例样品的失重率仅为0.8％左右，有效减轻阳极氧化、涂料腐蚀问题。

一种铝电解炭阳极防氧化防腐蚀涂料，按质量百分比包括如下组分：主组分30％～40％，次组分15％～25％，粘结剂10％～15％，防腐添加剂15％～25％，余量为水；

所述主组分包括白刚玉粉、红刚玉粉和微晶刚玉粉；

所述次组分包括次组分1和次组分2，次组分1包括金云母、黑云母和钠云母；次组分2包括钾长石、钠长石和钙长石；

所述粘结剂为钠水玻璃和钾水玻璃；

所述的防腐添加剂包括防腐添加剂1、防腐添加剂2及防腐添加剂3中的一种或几种；防腐添加剂1包括氟化石墨、氟化炭黑、氟化碳纤维、氟化石墨微片、氟化石墨烯中的一种或几种；防腐添加剂2包括三氟丙烯酸甲酯、全氟丙烯酸甲酯、三氟丙烯酸乙酯、全氟丙烯酸乙酯中的一种或几种；防腐添加剂3包括聚四氟乙烯ptfe、聚偏氟乙烯pvdv、聚氟乙烯pvf中的一种或几种。

进一步地，所述主组分由以下质量配比的原料组成：白刚玉粉40％～60％、红刚玉粉30％～40％、微晶刚玉粉10％～22％。

进一步地，所述白刚玉粉al2o3含量95％～99％，na2o含量0.01％～0.05％，颗粒粒度在180目～300目之间；红刚玉粉al2o3含量90％～95％，cr2o3含量1％～3％，颗粒粒度在100～200目之间；微晶刚玉粉al2o3含量91％～94％，tio2含量0.5％～2％，颗粒粒度在200～300目之间。

进一步地，所述次组分由以下质量配比的原料组成：金云母7％～19％，黑云母12％～20％，钠云母14％～25％，钾长石14％～28％，钠长石8％～26％，钙长石13％～30％。

进一步地，所述粘结剂由以下质量配比的原料组成：钠水玻璃67％～80％、钾水玻璃20％～33％。

进一步地，钠水玻璃的na2o含量4％～10％，sio2含量15％～44％，余量为去离子水；钾水玻璃的k2o含量3％～10％，sio2含量15％～45％，余量为去离子水。

进一步地，所述防腐添加剂1由以下质量配比的原料组成：氟化石墨0％～20％、氟化炭黑0％～25％、氟化碳纤维0％～30％、氟化石墨微片0％～30％、氟化石墨烯0％～25％；所述防腐添加剂2由以下质量配比的原料组成：三氟丙烯酸甲酯0％～40％、全氟丙烯酸甲酯0％～40％、三氟丙烯酸乙酯0％～30％、全氟丙烯酸乙酯0％～30％；所述防腐添加剂3由以下质量配比的原料组成：聚四氟乙烯ptfe 0％～60％、聚偏氟乙烯pvdv 0％～60％、聚氟乙烯pvf 0％～60％。

最优选，所述炭阳极防氧化防腐蚀涂料按质量百分比包括如下组分：主组分30.7％～38％，次组分17％～22％，粘结剂10.9％～14％，防腐添加剂17％～25％，余量为水。所述主组分由以下质量配比的原料组成：白刚玉粉42％～56％、红刚玉粉32％～38％、微晶刚玉粉12％～20％。所述次组分由以下质量配比的原料组成：金云母11％～18％，黑云母12％～18％，钠云母16％～25％，钾长石21％～28％，钠长石21％～26％，钙长石13％～18％。所述粘结剂由以下质量配比的原料组成：钠水玻璃72％～78％、钾水玻璃22％～27％。所述17％～25％含量的防腐添加剂由以下质量配比的原料组成：防腐添加剂1含量8％～13％、防腐添加剂2含量4％～13％、防腐添加剂3含量5％～10％。

所述的一种铝电解炭阳极防氧化防腐蚀涂料的制备方法，具体步骤如下：先称量各组分原料，将主组分与次组分混合得到混合物a，粘结剂和防腐添加剂混合得到混合物b，再将混合物a、混合物b与水依次倒入搅拌釜中，充分搅拌得到防氧化防腐蚀涂料。

进一步地，混合物a的制备具体是：将白刚玉粉、红刚玉粉、微晶刚玉粉、金云母、黑云母、钠云母、钾长石、钠长石、钙长石依次投入粉体机当中，启动机器2～6h后得到混合物a；

混合物b的制备具体是：将钠水玻璃、钾水玻璃、防腐添加剂及适量水依次投入磁力搅拌机中，搅拌温度20～60℃，优选为30～80℃，搅拌转速200～600rpm，搅拌1-5h，优选为3～6h，得到混合物b。

优点

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)所制备的涂料含氧化铝组分较高，能有效包裹炭阳极，阻隔氧气的侵蚀，大大降低了氧化速度，具有很好的防氧化效果；所制备的涂料含氧化硅组分适中，涂料延伸性好，能够有效防止涂料发生沉降现象，大大延长了涂料的保质期；所制备的涂料不含硫、磷等物质，不会产生对电解有害的物质，不会影响电解铝的效率；所制备的涂料除铝外含金属少，非常有效的防止金属腐蚀；所制备的涂料含有氟化材料，耐受强酸、强碱以及强氧化剂等腐蚀性化学物质，在涂层表面紧密排布，能有效防止电解环境产生的氟化物对涂料材质的腐蚀。

2)另外，本发明制备的防氧化防腐蚀涂料，在实际应用方面也有较大的优势：本发明涂料的制备未用到纳米材料等价格昂贵的原料，制备的涂料成本仅在5-7元每公斤；涂料涂覆在炭阳极表面后，计算各实施例的炭阳极的失重率，仅为0.8％；本发明制备的涂料所需原料来源广，制备简单，易于推广。