金屬鋁一般采用冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法生產,其主要設備是鋁電解槽,內襯由炭磚、耐火磚和保溫磚等材料砌筑。在點解率生產過程中,槽襯受到冰晶石侵蝕、Na和NaF的蒸汽和鋁液體通過炭磚縫向側壁耐火磚、保溫磚滲透,通過槽底炭質陰極滲入到隔熱層,致使鋁電解槽壽命降低。為此,開發(fā)了側壁用防滲透澆注料和槽底用干式防滲料。
電解槽的設計和選材,應確保炭陰極材料內部的溫度大于850℃,因為NaF在850℃以下會結晶,引起炭陰極體積膨脹和炭磚鼓脹,降低其使用壽命。其辦法是選用良好的保溫磚作隔熱層,同時在炭磚與隔熱層之間用防滲料作阻擋層,防止NaF等有害物質的滲透。防滲料的選用原則是m(Al2O3)/m(SiO2)>0.9,就能抑制Na和NaF的滲透。因為滲入的Na與NaF能與Al2O3-SiO2質耐火材料反應生成霞石(Na2O·Al2O3·2SiO2),從而堵塞氣孔,阻止Na和NaF的繼續(xù)滲透。
防滲透澆注料采用黏土熟料作耐火骨料,三級礬土熟料作耐火粉料,添加超微粉,用CA-50水泥作結合劑,并加分散劑和硅質或長石類防滲劑。其主要性能:Al2O3 44%,SiO2 49%,體積密度≥2.23g/cm3,110℃和1000℃燒后耐壓強度分別為40MPa和70MPa,1000℃燒后線變化<-0.3%,350℃熱導率約為0.55W/(m·K)。該料用于鋁電解槽側壁炭磚和隔熱層之間,可阻止Na和NaF等物質的滲透,也保護了隔熱層。
干式防滲料臨界粒徑3mm,骨粉料質量比約為6:4,直接鋪在槽底隔熱層上,厚度為100~150mm。該料主要性能,見表1-1。
表1-1 干式防滲料的性能
滲透深度測定:將干式防滲料300g裝進石墨坩堝內,加壓振動5min,測定很實際高度H;然后裝進高分子比的冰晶石200g,密封坩堝,在電爐內加熱到950℃、保溫時間為96h。密封坩堝隨爐自然降溫到室溫,取出坩堝,切開剖面觀察分析,并測量防滲料與冰晶石反應后的剩余高度H2,計算出滲透深度(H1-H2),實質為反應層的高度,即為該料的抗?jié)B透性。