近年來(lái)，隨著大型鋁電解槽生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和管理水平的快速推進(jìn)，電解槽生產(chǎn)工藝技術(shù)參數(shù)的匹配更加合理，電解槽運(yùn)行的穩(wěn)定性不斷提高，電解槽各項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)不斷提升。但是鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中原材料質(zhì)量對(duì)電解槽運(yùn)行的穩(wěn)定性及生產(chǎn)指標(biāo)的影響越來(lái)越引起企業(yè)生產(chǎn)管理人員的關(guān)注，特別是陽(yáng)極質(zhì)量。陽(yáng)極作為鋁電解生產(chǎn)的主要原材料，近年來(lái)由于電解鋁產(chǎn)能的快速增加，鋁電解用炭素產(chǎn)業(yè)也得到快速發(fā)展，炭素產(chǎn)品由于受原材料質(zhì)量、裝備水平、管理水平、工藝控制，以及成本等因素制約，市場(chǎng)上陽(yáng)極質(zhì)量良莠不齊，進(jìn)入電解槽后其質(zhì)量的好壞，直接影響著電解槽的穩(wěn)定運(yùn)行。炭渣作為鋁電解生產(chǎn)的伴生物，隨著電解生產(chǎn)的不斷進(jìn)行，炭渣也時(shí)刻不停的產(chǎn)生著。若使用炭塊達(dá)不到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或日常操作管理不精細(xì)，在電解生產(chǎn)過(guò)程中，將產(chǎn)生大量的炭渣，對(duì)鋁電解過(guò)程產(chǎn)生一系列不利的影響，表現(xiàn)為電解質(zhì)電壓降升高，槽溫上升，電解槽內(nèi)鋁的二次反應(yīng)增加，電流效率下降，突發(fā)效應(yīng)增加等，不僅造成電能消耗增加，而且對(duì)電解槽正常的運(yùn)行參數(shù)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，并且增加電解槽管理的難度和工人勞動(dòng)強(qiáng)度。因此減少鋁電解生產(chǎn)中的炭渣產(chǎn)生成為鋁電解槽生產(chǎn)管理中的重要一環(huán)。

本文從炭素生產(chǎn)原材料、生產(chǎn)過(guò)程控制、產(chǎn)品質(zhì)量，以及電解生產(chǎn)管理方面進(jìn)行逐一分析。

1 炭渣產(chǎn)生的根源

1.1炭素生產(chǎn)用原材料中微量元素對(duì)陽(yáng)極質(zhì)量的影響。炭素生產(chǎn)的主要原材料石油焦，其中的V、Ni等雜質(zhì)元素對(duì)空氣反應(yīng)性影響非常明顯，而Na對(duì)CO2反應(yīng)性和空氣反應(yīng)性有著較強(qiáng)的催化作用。其次，電解生產(chǎn)過(guò)程中更換出的殘極，表面粘附的電解質(zhì)若清理不干凈，陽(yáng)極生產(chǎn)配料時(shí)帶入到陽(yáng)極中，特別高分子比的電解質(zhì)，帶入大量的Na。

1.2陽(yáng)極質(zhì)量不穩(wěn)定。預(yù)焙陽(yáng)極質(zhì)量不合格是電解生產(chǎn)過(guò)程中炭渣產(chǎn)生的主要原因， 然而預(yù)焙陽(yáng)極質(zhì)量的好壞又與生產(chǎn)陽(yáng)極所使用的原材料，如石油焦、或市場(chǎng)上直接采購(gòu)的鍛后焦，煤瀝青、殘極等。另外工藝波動(dòng)和原料配方等也會(huì)生產(chǎn)出不合格的炭塊。

1.3預(yù)焙陽(yáng)極從焙燒爐內(nèi)出爐后陽(yáng)極表面粘結(jié)的填充料清理不干凈，進(jìn)入電解槽后，隨著電解反應(yīng)的進(jìn)行，逐漸脫落進(jìn)入電解質(zhì)中成為炭渣。

1.4電解生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的炭渣。

1.4.1陽(yáng)極質(zhì)量差異性產(chǎn)生的炭渣。不少電解鋁廠家電解生產(chǎn)使用的陽(yáng)極炭塊來(lái)源于多家炭塊供應(yīng)商，在生產(chǎn)過(guò)程中同一臺(tái)電解槽使用不同廠家陽(yáng)極，這些陽(yáng)極由于廠家不同，同一等級(jí)的陽(yáng)極，難免在陽(yáng)極的理化指標(biāo)和整體質(zhì)量均勻性方面存在差異性，生產(chǎn)中常出現(xiàn)陽(yáng)極導(dǎo)電不均，消耗不平衡，產(chǎn)生大量的炭渣。

1.4.2電解生產(chǎn)過(guò)程中，精細(xì)化管理不到位，作業(yè)質(zhì)量粗糙，換極后保溫料封蓋不密實(shí)，甚至到處冒火，或暴露在空氣中，高溫陽(yáng)極與空氣接觸后，氧化掉渣。

1.4.3下料打殼錘頭由于長(zhǎng)期高溫炙烤變形，靠近錘頭處的陽(yáng)極由于錘頭粘附電解質(zhì)，錘頭增大，打殼下料過(guò)程中將陽(yáng)極表面的保溫料打掉，露出陽(yáng)極表面，與空氣接觸氧化掉渣。

1.4.4新建電解槽裝爐時(shí)使用的焦粒，在電解槽焙燒啟動(dòng)結(jié)束后，打撈不干凈遺留的炭渣。

1.4.5陰極炭素內(nèi)部的沖蝕剝落。在鋁電解過(guò)程中，陰極炭素內(nèi)部的沖蝕剝落和破碎是鋁電解溶液產(chǎn)生炭渣的又一來(lái)源。鋁電解槽啟動(dòng)后，由于鈉的滲透，電解質(zhì)溶液和鋁的侵蝕和沖刷，陰極炭素內(nèi)襯不久就會(huì)產(chǎn)生剝落，鈉滲入陰極炭塊是引起剝落的主要原因。鈉的滲入使炭塊內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致炭塊體積膨脹，并變得疏松、多孔，以致剝落形成炭渣。

近年來(lái)，異型陰極的大量使用也是電解質(zhì)中炭渣增多的又一個(gè)原因。異型陰極的凸臺(tái)主要作用是阻止槽內(nèi)鋁液在磁場(chǎng)作用下的快速流動(dòng)，但是凸臺(tái)在阻止鋁液流動(dòng)的同時(shí)也不斷受到鋁液的沖刷，并逐漸形成炭粒進(jìn)入到電解質(zhì)中，特別是運(yùn)行2-3年的電解槽，凸臺(tái)的消耗十分明顯，異型陰極表面的凸臺(tái)與凸臺(tái)之間逐漸形成平緩的波浪形式。

1.4.6電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生炭渣。電解過(guò)程中的二次反應(yīng)，不僅降低電效，而且還帶來(lái)另一方面的不利影響，即溶解在電解質(zhì)中的鋁將陽(yáng)極氣體中的CO2和CO還原，在電解質(zhì)熔液中形成細(xì)微的游離性炭渣。一種是電解質(zhì)熔液中熔解的鋁與CO2反應(yīng)生成CO,CO與Al反應(yīng)生成C，另一種是電解質(zhì)中的鋁直接將CO2還原成C。

2 炭渣對(duì)電解過(guò)程的影響

正常生產(chǎn)過(guò)程中，隨著鋁電解生產(chǎn)的持續(xù)進(jìn)行，炭陽(yáng)極隨著生產(chǎn)的進(jìn)行而慢慢地消耗，正常生產(chǎn)陽(yáng)極消耗產(chǎn)生的炭渣，在合理的工藝技術(shù)條件下，可以從電解質(zhì)中順利的分離出來(lái)，對(duì)生產(chǎn)沒有太大的影響，但是實(shí)際生產(chǎn)中很難有這種相對(duì)理想的生產(chǎn)狀態(tài)存在。因此，作為生產(chǎn)管理人員要時(shí)刻關(guān)注電解質(zhì)內(nèi)炭渣量的變化，以減少對(duì)電解生產(chǎn)的影響。

2.1增加電能消耗。鋁電解質(zhì)中的炭渣，分離不好導(dǎo)致電解質(zhì)的濃度增大，并造成電解質(zhì)的壓降升高，電解槽運(yùn)行電壓相應(yīng)抬高。

2.2形成熱槽。若電解質(zhì)中的炭渣積累到一定濃度時(shí)，由于比電阻的增大，必定造成電解質(zhì)電壓降升高，電解質(zhì)電阻增大，熱收入增加，引起電解質(zhì)過(guò)熱，槽溫升高，形成熱槽。熱槽形成后，電解槽的熱平衡被破壞，正常工藝技術(shù)條件受到影響，同時(shí)會(huì)使電解槽陰極受到損壞，影響槽壽命。此外在處理熱槽時(shí)，還要消耗大量的氟化鹽，惡化工作環(huán)境，危害較大。

2.3造成電流空耗。當(dāng)鋁電解質(zhì)熔液表面漂浮有大量炭渣時(shí)，部分炭渣成為炭素陽(yáng)極和側(cè)部或陰極的導(dǎo)電通道，一部分電流會(huì)直接通過(guò)炭渣進(jìn)入陰極或側(cè)部，而不能參與電解反應(yīng)，形成側(cè)部漏電，電流空耗，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成側(cè)部漏爐。

2.4增加工人勞動(dòng)強(qiáng)度。電解質(zhì)中炭渣含量過(guò)大時(shí)，必須組織工人打撈，打撈炭渣不僅帶走大量的電解質(zhì)和熱量，影響電解槽穩(wěn)定，而且增大氟化鹽消耗。打撈炭渣時(shí)要在電解槽的不同部位打洞，便于撈取炭渣，工人勞動(dòng)量明顯增加。

2.5陽(yáng)極長(zhǎng)包。由于炭渣大量聚集，及時(shí)不能清理出去，極易誘發(fā)電解槽角部或邊部長(zhǎng)包或長(zhǎng)牙，導(dǎo)致電解槽電壓擺動(dòng)或壓槽。

2.6誘發(fā)陽(yáng)極效應(yīng)。大量炭渣漂浮在電解質(zhì)表面，導(dǎo)致氧化鋁不能及時(shí)溶解到電解質(zhì)中，從而誘發(fā)陽(yáng)極效應(yīng)。

3 減少炭渣的措施

3.1炭素生產(chǎn)環(huán)節(jié)

3.1.1做好原材料供應(yīng)管理。石油焦、煤瀝青和煅后焦等炭素生產(chǎn)的主要原材料要選擇性的采購(gòu)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果及炭塊抗氧化性能進(jìn)行搭配使用，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的供應(yīng)商采取停止供貨措施。對(duì)于摻配的殘極，其表面的電解質(zhì)要全部清理干凈，盡量減少電解質(zhì)進(jìn)入陽(yáng)極內(nèi)。

3.1.2加強(qiáng)微量元素的分析檢驗(yàn)。對(duì)影響炭陽(yáng)極質(zhì)量，導(dǎo)致影響炭陽(yáng)極在電解槽中使用效果和鋁質(zhì)量的微量元素，如V、Na、S、Ca、Fe等均要嚴(yán)格控制，造成電解槽炭陽(yáng)極掉渣的V、Na等活性強(qiáng)的元素，更應(yīng)予以關(guān)注，并通過(guò)不同產(chǎn)地和質(zhì)量指標(biāo)混合配料，使其達(dá)到最佳配比。

3.1.3加強(qiáng)煅燒、成型、焙燒等工序工藝參數(shù)優(yōu)化和過(guò)程精細(xì)化管理，嚴(yán)格控制每道工序產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)，保證操作質(zhì)量。

3.1.4改進(jìn)陽(yáng)極炭塊形狀，采用下表面無(wú)棱角抗沖刷陽(yáng)極碳?jí)K。下表面無(wú)棱角碳?jí)K是將碳?jí)K的側(cè)面與底面的過(guò)渡角由90度直角形狀改造成倒角狀或圓弧狀。通過(guò)試驗(yàn)，可以觀察到1天前換上的新極，導(dǎo)電性能很差，但下棱角卻由直角變成了圓弧狀，說(shuō)明此時(shí)的圓弧狀形成的主要原因是由電解質(zhì)沖刷陽(yáng)極炭塊，而炭塊的這一直角全部變成碳渣進(jìn)入到電解質(zhì)中。無(wú)下棱碳?jí)K主要優(yōu)點(diǎn)是抗沖刷力強(qiáng)，能有效減少槽中碳渣量。

3.2電解生產(chǎn)環(huán)節(jié)

3.2.1選用高質(zhì)量的陽(yáng)極炭塊。在前面關(guān)于炭渣來(lái)源中的討論中，由于炭塊質(zhì)量不合格是造成炭粒脫落生產(chǎn)炭渣的主要原因。因此采用高質(zhì)量的炭塊是減少電解質(zhì)溶液產(chǎn)生炭渣的重要措施。因此，預(yù)焙陽(yáng)極塊進(jìn)廠之前就要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)，防止不合格陽(yáng)極進(jìn)入生產(chǎn)線。

3.2.2采用高品質(zhì)的陰極炭塊。與陽(yáng)極炭素材料一樣，陰極炭塊的質(zhì)量好壞對(duì)炭塊的剝落程度有影響，在砌筑電解槽陰極時(shí)采用高質(zhì)量的陰極側(cè)部炭塊和陰極底塊，能有效地承受和抵抗鋁電解質(zhì)溶液和鋁水的侵蝕和沖刷，從而減少炭塊的剝落。

3.2.3采用低溫鋁電解生產(chǎn)工藝。由于鋁的二次反應(yīng)也是產(chǎn)生炭渣的一個(gè)原因，所以在電解生產(chǎn)過(guò)程中就要減少二次反應(yīng)的發(fā)生。積極應(yīng)用并優(yōu)化低電壓、低氧化鋁濃度、低分子比、低溫度、高極距等新工藝，從而保證電解生產(chǎn)在較低的溫度的溫度下進(jìn)行，保持合理的過(guò)熱度，既有利于炭渣分離，又能減少鋁的二次反應(yīng)損失，從而減少炭渣是生產(chǎn)。

3.2.4保持適當(dāng)厚度的保溫料。實(shí)踐證明，保溫料過(guò)薄易使空氣與陽(yáng)極表面接觸，電解槽內(nèi)處于高溫狀態(tài)下的陽(yáng)極炭塊與空氣接觸表面氧化掉渣速度較快，保溫料必須覆蓋密實(shí)，避免與空氣接觸。此外，使用面殼塊進(jìn)行覆蓋時(shí)，面殼塊粉碎的粒度是越細(xì)越好，利于保證陽(yáng)極覆蓋的密實(shí)度。

3.2.5保持適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)水平。電解質(zhì)水平的高低是決定炭塊氧化掉渣的主要因素之一。電解質(zhì)水平過(guò)低，電解槽熱量損失快，不利于槽況穩(wěn)定，但電解質(zhì)水平過(guò)高，特別是超過(guò)殘極上表面，電解質(zhì)液流淌在炭塊的表面時(shí)，致使殘極上的保溫料溶化，形成空間，會(huì)加劇炭塊氧化，炭渣量激增。所以，要生產(chǎn)實(shí)際保持合理的電解質(zhì)水平。

4 結(jié)論

4.1減少電解生產(chǎn)過(guò)程中炭渣的產(chǎn)生，必須從陽(yáng)極生產(chǎn)用原材料、過(guò)程工藝控制入手，加強(qiáng)過(guò)程質(zhì)量檢驗(yàn)分析，努力提高陽(yáng)極合格率。

4.2加強(qiáng)進(jìn)入電解生產(chǎn)線的陽(yáng)極質(zhì)量控制，做好電解生產(chǎn)工藝管理，推進(jìn)精細(xì)化作業(yè)，提高操作質(zhì)量，最大限度地減少炭渣的產(chǎn)生，才能保證電解槽的穩(wěn)定運(yùn)行，取得良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

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