用于铝电解槽的超高导电率阴极糊和阴极组装结构的制作方法

本发明属于铝电解，具体涉及用于铝电解槽的超高导电率阴极糊以及铝电解槽的阴极炭块和阴极棒的组装。

背景技术：

1、铝电解槽用于生产金属原铝液。铝电解槽包括阳极、电解质、铝液、阴极和槽壳，其中阴极包括阴极炭块、阴极导电棒(以下简称阴极棒)和耐火保温材料，阴极炭块的底部设有用于安装阴极棒的沟槽，通过沟槽连接炭块和阴极棒，连接材料包括阴极钢棒糊(以下简称阴极糊)和铸铁等。在生产运行过程中，电流依次经过阳极、电解质、铝液、阴极炭块和阴极棒。强直流电通过槽内铝液时，会产生较大的水平电流，水平电流与垂直磁场作用所产生的电磁力是导致铝液波动和隆起的主要原因，特别是随着电解槽大型化的发展，阴极炭块长度的增加和石墨化炭块的使用，电解槽内铝液中水平电流会不断增加，使铝液波动幅度增大影响铝电解槽的稳定性，同时还使电流向电解槽边部偏流，增大了阴极炭块边部的腐蚀速率，从而降低了电流效率，增加了电耗，缩短了电解槽寿命。

2、目前，铝电解槽阴极炭块和阴极棒的组合方法分为阴极糊扎固和铸铁浇注两种方式，其中铸铁浇注方式需要使用1400℃的高温工艺，热冲击大，容易使炭块产生裂纹，废品率较高，同时成本也高。采用阴极糊扎固方式时，目前主要使用骨料为石墨和电煅无烟煤的高导电率阴极糊(以下简称高导糊)，其常温电阻率通常在25微欧米到40微欧米之间。这种方式不利于降低电解槽水平电流和阴极压降。

3、因此，需要能够结合阴极糊扎固和铸铁浇注两种方式的优点，同时克服上述缺点的铝电解槽阴极组装技术。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明开发了一种新的用于铝电解槽阴极组装，特别是用于阴极炭块和阴极棒组装的超高导电率阴极糊(以下简称超导糊)，其常温电阻率可降低到20μωm以下，典型值为0.05-5μωm。

2、具体而言，本发明涉及以下方面的实施方案。

3、在一方面，本发明提供了一种用于铝电解槽阴极组装，特别是用于阴极炭块和阴极棒组装的超导糊，其包含骨料和粘结剂，基于阴极糊的总质量计，骨料的质量百分数在85％到97％之间，粘结剂的质量百分数在3％到15％之间，其中骨料包含选自铜、镍、铁及其混合物或合金的金属颗粒，基于骨料的总质量计，所述金属颗粒的质量百分数在60％到100％之间。

4、在另一方面，本发明提供了一种铝电解槽阴极组装结构，包括阴极炭块和阴极棒，在阴极炭块底部开有阴极棒槽，在阴极棒与阴极棒槽之间的空间的至少一部分填充有根据本发明的超高导电率阴极糊。

5、在另一方面，本发明提供了一种降低铝电解槽水平电流和/或阴极压降的方法，包括以下步骤：

6、a.提供阴极棒和在底部开有阴极棒槽的阴极炭块，

7、b.将阴极棒组装到阴极炭块的阴极棒槽中，

8、c.用根据本发明的超高导电率阴极糊填充阴极棒槽与阴极棒之间的空间的至少一部分。

9、在组装阴极炭块和阴极棒时，所述超导糊可以单独使用，也可以与高导糊配合使用。当超导糊与高导糊配合使用时，靠近电解槽中间使用超导糊，边上使用高导糊，迫使电流往电解槽中间走。使用超导糊可以改善电解槽电流分布，降低水平电流和阴极压降，减少电能消耗，并延长电解槽寿命。

10、根据所使用的骨料，超导糊的指标可以在相当宽的范围内变化。表1列出了超导糊的典型常温指标范围。

11、表1：超导糊的典型常温指标范围

12、

13、本申请的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种用于铝电解槽阴极组装的超高导电率阴极糊，其特征在于包含骨料和粘结剂，基于阴极糊的总质量计，所述骨料的质量百分数在85％到97％之间，所述粘结剂的质量百分数在3％到15％之间，其中所述骨料包含选自铜、镍、铁及其混合物或合金的金属颗粒，基于骨料的总质量计，所述金属颗粒的质量百分数在60％到100％之间。

2.根据权利要求1所述的超高导电率阴极糊，其特征在于，基于骨料的总质量计，所述金属颗粒的质量百分数在80％到100％之间。

3.根据权利要求1所述的超高导电率阴极糊，其特征在于，所述骨料还包含选自电煅无烟煤、石墨、石油焦、沥青焦和冶金焦的炭质颗粒，基于骨料的总质量计，所述炭质颗粒的质量百分数总计不超过40％，优选不超过20％。

4.根据权利要求1所述的超高导电率阴极糊，其特征在于，按照有色金属行业标准ys/t63.1-2019规定的方法焙烧后，其常温电阻率在0.05μωm到5μωm之间。

5.根据权利要求1所述的超高导电率阴极糊，其特征在于，所述粘结剂是碳质粘结剂，其选自煤沥青、石油沥青、有机树脂、植物沥青、糖浆及其混合物，所述粘结剂的结焦值优选在5％到70％质量百分数之间。

6.根据权利要求1所述的超高导电率阴极糊，其特征在于，所述骨料的粒度在5目到1300目之间，优选在10目到800目之间。

7.根据权利要求1所述的超高导电率阴极糊，其特征在于，所述金属颗粒的粒度在10目到1300目之间，优选在100目到800目之间。

8.一种铝电解槽阴极组装结构，包括阴极炭块和阴极棒，在阴极炭块底部开有阴极棒槽，其特征在于在阴极棒与阴极棒槽之间的空间的至少一部分填充有根据权利要求1-7中任一项所述的超高导电率阴极糊。

9.根据权利要求8所述的铝电解槽阴极组装结构，其特征在于在阴极炭块底部开有一个或两个阴极棒槽，每槽组装两根阴极棒，两根阴极棒之间的间隙用阴极糊或耐火材料填充，阴极棒槽的其余部分全部用根据权利要求1-7中任一项所述的超高导电率阴极糊填充，或者阴极棒槽的占总长度15％至35％的边部用高导电率阴极糊填充，占总长度65％至85％的中间部用根据权利要求1-7中任一项所述的超高导电率阴极糊填充。

10.一种降低铝电解槽水平电流和/或阴极压降的方法，其特征在于包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种用于铝电解槽阴极组装，特别是用于阴极炭块和阴极棒组装的超高导电率阴极糊，属于铝电解技术领域。本发明提供的超高导电率阴极糊及由其所形成的组装结构，可以降低电解时铝液中的水平电流和电解槽的阴极压降，提高铝电解槽的稳定性，延长电解槽的寿命，从而提高铝电解生产的电流效率、能量效率和经济效益。技术研发人员：廖贤安,任祥婷受保护的技术使用者：埃肯碳素（中国）有限公司 （ECC）技术研发日：技术公布日：2024/5/12