一种电解铝用预焙阳极防氧化陶瓷涂料及其制备方法

本发明属于涂料，具体涉及一种电解铝行业的预焙阳极防氧化陶瓷涂料及其制备方法。

背景技术：

1、我国的电解铝产量领先全球，截止到2023年7月，我国电解铝产量占据全球59.3％。电解过程中，氧化铝作为溶质，碳素体作为阳极，在铝电解槽中进行电化学反应。其中，预焙阳极作为消耗材料，占据很大一部分的成本。理论上消耗炭阳极的最小量为333kg/t-al。然而，由于电解过程中阳极的损耗，预焙阳极的实际电解消耗约为410kg/t-al。其中有很大一部分的预焙阳极在电解的过程中与空气以及二氧化碳发生化学反应而被消耗掉。预焙阳极的氧化不仅增加了电解铝的成本还产生了大量的co和co2，不利于实现“双碳”目标，因此，研发一种具有高性价比、易于操作的预焙阳极涂层刻不容缓。

2、常见的预焙阳极防氧化性涂层制备方法为溶胶-凝胶法，该方法在干燥过程中存在严重收缩，涂层强度低，并且制备过程较为繁琐，成本偏高不利于工业大规模生产。因此有必要提供一种新的预焙阳极防氧化性陶瓷基涂层及其涂覆方法来克服上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有涂料存在的不足，提供一种基于浆料法的电解铝用预焙阳极防氧化涂料、陶瓷涂层及其制备方法，将涂料喷涂或者刷涂在预焙阳极表面，在较低温度下干燥固化，形成附着性好的、致密、高强度的涂层，在电解铝过程中有效避免氧化气氛与预焙阳极的接触，从而减少阳极的消耗。

2、本发明所采取的技术方案是：

3、一种电解铝用预焙阳极防氧化陶瓷涂料，所述涂料包括下列质量百分比的原料：陶瓷骨料45～55％，粘结剂40～50％，悬浮剂0.5～5％，功能添加剂0.2～5％，水0.5～6％；其中，所述陶瓷骨料由氧化铝、碳化硅、氧化锆、硅微粉中的至少两种组成，其中陶瓷骨料中至少含有氧化铝和碳化硅，氧化铝在陶瓷骨料中的质量百分比为50％～80％，碳化硅在陶瓷骨料中的质量百分比为20％～40％；所述粘结剂为钠水玻璃(na2o·nsio2)与钾水玻璃(k2o·nsio2)的混合物。

4、在其中一些实施例中，所述氧化铝为α-氧化铝。

5、在其中一些实施例中，所述碳化硅为绿色碳化硅。

6、在其中一些实施例中，所述粘结剂中钠水玻璃和钾水玻璃的模数为2.3～3.4。

7、在其中一些实施例中，所述悬浮剂为钠基膨润土、气相二氧化硅中的一种或两种。

8、在其中一些实施例中，所述功能添加剂为氧化钇、氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。

9、在其中一些实施例中，粘结剂中钠水玻璃与钾水玻璃的质量比为1：(0.2-1)。

10、一种电解铝用预焙阳极防氧化陶瓷涂层的制备方法，包括下列步骤，按照上述所述称取原料，

11、(1)将粘结剂与一半陶瓷骨料混合均匀得到第一混合浆料；

12、(2)将第一混合浆料与悬浮剂、功能添加剂混合均匀得到第二混合浆料；

13、(3)在第二混合浆料中加入剩下的陶瓷骨料和水，搅拌均匀，得到电解铝用预焙阳极防氧化陶瓷涂料；

14、(4)在预焙阳极表面涂敷涂料；

15、(5)待涂料干燥固化形成电解铝用预焙阳极防氧化陶瓷涂层。

16、原料一次性添加可能造成团聚，从而影响原料混合的效果，以及后续制备得到陶瓷涂层的质量。而本发明的方法通过调整工艺，可以获得混合均匀且不发生团聚的混合浆料，得到电解铝用预焙阳极防氧化陶瓷涂料。

17、在其中一些实施例中，所述涂敷涂料的方法包括喷涂法或刷涂法。

18、在其中一些实施例中，刷涂法操作时可根据需要先涂刷预焙阳极侧面和顶面，待干燥后，再涂刷底面，干燥温度为45-55℃，干燥时间为25-35分钟，反复涂刷2-4遍，控制涂层的厚度为0.2～0.5mm。

19、在其中一些实施例中，干燥固化为两步法干燥固化，包括下列步骤：

20、将涂覆涂料后的预焙阳极在65℃～85℃加热1.5-2.5小时；然后在120℃～150℃加热6.5-9.5小时。

21、本发明的有益效果是：

22、(1)本发明的电解铝预焙阳极防氧化陶瓷涂层中，粘结剂为水玻璃，主要成分为硅酸盐，在高温环境下稳定性较好，涂层的固化时间短，强度高，且能够在较低温度下干燥固化，无需高温烧结，降低了涂层制备的难度。

23、(2)本发明的电解铝预焙阳极防氧化陶瓷涂层中，水玻璃等硅酸盐类粘结剂可与本发明所用的陶瓷骨料相互作用，在高温下可以发生化学反应，生成可以改善陶瓷涂层的性能的物质，进一步提高涂层强度。

24、(3)本发明的电解铝预焙阳极防氧化陶瓷涂层中，骨料的主要成分为氧化铝，能够尽可能减少铝电解槽中增加的杂质，基本不会影响电解的过程以及产品的纯度。

25、(4)本发明的电解铝预焙阳极防氧化陶瓷涂层，采用浆料法制备，涂料在干燥过程中克服了常规涂料容易发生收缩的问题，所得涂层强度高。所述方法易于操作、设备简单、不受环境和场地条件的限制，且涂料成分简单廉价，适合大批量生产，易于工业化。

1.一种电解铝用预焙阳极防氧化陶瓷涂料，其特征在于，所述涂料包括下列质量百分比的原料：陶瓷骨料45～55％，粘结剂40～50％，悬浮剂0.5～5％，功能添加剂0.2～5％，水0.5～6％；其中，所述陶瓷骨料由氧化铝、碳化硅、氧化锆、硅微粉中的至少两种组成，其中陶瓷骨料中至少含有氧化铝和碳化硅，氧化铝在陶瓷骨料中的质量百分比为50％～80％，碳化硅在陶瓷骨料中的质量百分比为20％～40％；所述粘结剂为钠水玻璃(na2o·nsio2)与钾水玻璃(k2o·nsio2)的混合物。

2.根据权利要求1所述的电解铝用预焙阳极防氧化陶瓷涂料，其特征在于，所述氧化铝为α-氧化铝。

3.根据权利要求1所述的电解铝用预焙阳极防氧化陶瓷涂料，其特征在于，所述碳化硅为绿色碳化硅。

4.根据权利要求1所述的电解铝用预焙阳极防氧化陶瓷涂料，其特征在于，所述粘结剂中钠水玻璃和钾水玻璃的模数为2.3～3.4。

5.根据权利要求1所述的电解铝用预焙阳极防氧化陶瓷涂料，其特征在于，所述悬浮剂为钠基膨润土、气相二氧化硅中的一种或两种。

6.根据权利要求1所述的电解铝用预焙阳极防氧化陶瓷涂料，其特征在于，所述功能添加剂为氧化钇、氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的电解铝用预焙阳极防氧化陶瓷涂料，其特征在于，粘结剂中钠水玻璃与钾水玻璃的质量比为1：(0.2-1)。

8.一种电解铝用预焙阳极防氧化陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，包括下列步骤，按照权利要求1-7任意一项所述称取原料，

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述涂覆涂料的方法包括喷涂法或刷涂法。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，干燥固化包括下列步骤：