鋁電解用化學防滲材料的研究

辛連紅 陶蘭桂　李成賢

摘 要：化學防滲材料運用于鋁電解槽的主要作用在于阻止鋁液與電解質破壞電解槽爐底里的保溫材料的性能，保證電解槽爐底里溫度的穩(wěn)定。所以，有效的提高防滲材料同電解質的反應率是提高防滲材料質量的重要途徑。本文首先對鋁電解爐底的防滲原理做了分析，然后介紹了鋁電解用的化學防滲材料的組成及其質量評價的標準，最后對鋁電解用化學材料的功能與存在的不足做出了分析，并提出了改進意見。

關鍵詞：鋁電解槽；防滲材料；改進

當前，鋁電解已經(jīng)呈現(xiàn)出高效節(jié)能的發(fā)展趨勢。隨著鋁電解的發(fā)展，鋁電解用的化學防滲材料也成為人們研究的關鍵。一般來說，被人們一致認可的防滲材料不但是能夠很好的實現(xiàn)防滲阻擋，而且這種防滲材料和所形成的阻擋層不會隨著時間的發(fā)展而產生任何的變質和消退。用化學防滲材料來砌筑鋁電解槽的陰極炭塊下的部分，就能夠很好的降低電解槽的用料，減少建設的投資額。

1.鋁電解爐底的防滲原理

通常情況下，確定一種材料是不是具有滲透性主要參考的是這種材料的空隙度和孔徑的大小。同時，氣體或液體的表面張力、粘度也對材料的滲透性產生一定的影響。在電解槽的爐底里，由于防滲材料所使用的環(huán)境基本上是一樣的，因此，判斷電解槽爐底材料的防滲性能，主要從材料本身來確定。通過對電解槽里的筑爐材料和電解質的反應進行分析，我們得出鋁電解爐底的防滲原理。即滲透速度和反應速度（最好是零）非常小的時候，筑爐材料便不會與電解質產生反應，也就沒有產生滲漏，這也是最好的一種防滲材料。但是當反應速度非常小，而滲透的速度比較大的時候，雖然電解質不會或較少的同筑爐材料發(fā)生反應或溶解，但是電解質依然能夠滲入到筑爐材料里，滲入的數(shù)量和速度決定于筑爐材料孔徑的大小和空隙度。當環(huán)境溫度在液體的凝固點以下的時候，液體會自動的凝結，滲透現(xiàn)象也就不會發(fā)生了。

2.鋁電解用化學防滲材料的組成及其質量評價

當前，隨著人們對化學防滲材料研究的深入，SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO以及TiO2等化學成分被廣泛的運用到防滲材料中來，而且成分多在95%以上。現(xiàn)在，我國市場上的化學防滲材料多是以SiO2和Al2O3這兩種成分為主的。此外，在防滲材料中使用鈣能夠將其生成物的熔點提高，這對于減低防滲材料的耗損是非常有幫助的。如何評價某種化學防滲材料的質量對于提高化學防滲材料的應用有著非常大的意義。通過對上文化學防滲材料的原理的分析，我們可以得出，鋁電解用的化學防滲材料的質量評價標準主要有以下幾點：

首先，鋁電解用化學防滲材料首先是作為一種耐火材料而存在的，因此，其耐火度應當高于1500℃，具有高耐火性。

其次，鋁電解用化學防滲材料應當不和電解槽里的電解質以及其他的化學防滲材料接觸的保溫材料、耐火材料發(fā)生反應。

再次，鋁電解用化學防滲材料還應當具備合適的膨脹系數(shù)和適宜的保溫功效。

此外，關于化學防滲材料的膨脹系數(shù)、耐火度以及保溫功效的測量方法在《冶金爐設計手冊》中有詳細的說明，本文暫不詳細介紹。

3.鋁電解用化學防滲材料的功能與改進措施

鋁電解用化學防滲材料的功能主要在于化學防滲材料能夠同滲漏進筑爐材料中的電解質在瞬間發(fā)生反應，進而形成化學阻擋層，防止電解質的繼續(xù)滲入。其功能主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，在高溫的環(huán)境下，當防滲材料和電解質接觸的時候，防滲材料可以阻擋電解質滲透到防滲材料里的功能。而且，當反應條件相同的時候，電解質同防滲材料的反應量和反應速度是越小越好。其次，當化學防滲材料的原料相同的時候，防滲材料的所占比例也是越大，防滲效果也越好。因此，通過提高防滲材料的振實的容量，能夠很好的提高化學材料的防滲效果。再次，化學防滲材料和電解質反應而形成的阻擋層的熔點與防滲材料也有一定的聯(lián)系。通過有效的提高阻擋層的熔點能夠有效的降低防滲材料的損耗。最后，化學防滲材料還具有易于振實的優(yōu)點，而且振實以后的防滲材料的承載能力有了很大的提高。

總之，鋁電解化學防滲材料很好阻止了電解質的滲入，而且降低了防滲材料的損耗。但是，化學防滲材料在應用的時候還存在著易于燒結缺點。針對這一問題，我們對鋁電解的化學防滲材料做出了改進。

通過對化學防滲材料在有電解質和沒有電解質的環(huán)境下進行實驗，我們發(fā)現(xiàn)，在沒有電解質的環(huán)境里，即使溫度再高，實驗的時間多久，防滲材料都沒有出現(xiàn)燒結的現(xiàn)象。也就是說明，防滲材料的燒結是受到電解質的影響的。因此，針對這一現(xiàn)象，我們認為，改善化學防滲材料燒結現(xiàn)象的主要措施在于三個方面。一方面，嚴格控制化學防滲材料的成分的純度，降低原料里所含雜質的數(shù)量；另一方面，提高化學防滲材料同電解質之間的反應水平，提高防滲材料和電解質所形成的阻擋層的致密性；最后，從電解質和阻擋層所產生的共晶物的熔點來看，應當盡可能的提高共晶物的熔點。根據(jù)這三個方面，我們對現(xiàn)有的化學防滲材料進行了改良。經(jīng)過實踐證明，改良后的防滲材料和電解質的反應率明顯的提高了，高溫燒結的情況也明顯的降低了，基本上已經(jīng)達到了國際水平。

結語：

綜述所述，本文主要從鋁電解爐底的防滲原理開始分析，具體的介紹了鋁電解用的化學防滲材料的組成及其質量評價的標準，最后針對鋁電解用化學防滲材料的主要功能及其存在的不足提出了個人的改進意見。通過實踐證明，經(jīng)過改進的化學防滲材料達到了國際化的標準，具有不燒結、反應率低以及易振實等優(yōu)勢，適合相關領域的應用，值得推廣。

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作者簡介：

辛連紅（1979.12-）女，藏，青海樂都人，黃河鑫業(yè)有限公司，助理工程師，本科學歷，化驗分析方向。