铝电解阳极组装磷生铁脱硫技术分析及实践

铝电解阳极组装磷生铁脱硫技术分析及实践

王启

（内蒙古大唐国际再生资源开发有限公司内蒙古010200）

摘要:本文主要思考了铝电解阳极组装磷生铁脱硫技术，明确了技术的要点和使用技术的过程中需要采取的方法和措施，以及在实践过程中需要关注的要点，供参考和借鉴｡

关键词:铝电解阳极；组装磷；生铁；脱硫技术；实践

前言

在进一步分析了铝电解阳极组装磷生铁脱硫技术的使用理论和实践要求之后，我们才能够真正掌握铝电解阳极组装磷生铁脱硫技术的应用要点，提高应用质量｡

1、传统效应装置的缺点

1.1装置构成及运行

传统装置组成主体由马弗炉、直流电源、坩埚支架、阳极升降支架组成，电解质由冰晶石-氧化铝组成｡

实验时将调配好电解质装入坩埚中，将坩埚及坩埚支架放入炉膛，通电升温至1000℃，待电解质熔化后补加电解质至液面接近坩埚边缘，调整阳极升降装置使阳极与液面接触｡缓慢调节直流电源电流至效应发生｡

1.2装置存在的缺陷

1.2.1装置及实验过程不稳定

实验过程中为便于操作和观察，炉口一直处于开启状态，电解质熔化缓慢，单组实验需耗时>5小时｡而炉温变动易导致电解质导电性能不佳而无法产生效应｡在长时间高温状态下装置极易出现故障｡

1.2.2实验过程危险

实验中电解质会释放出少量HF气体，对实验人员及场地有一定危害，学生无法长时间观测实验｡实验过程的高温(约1000℃)热辐射极强，现象不易观察，也容易造成实验人员的人身伤害｡

高温下阳极与液面接触程度很难确定，调节电流可超过20A，为安全学生需离电解装置有一定距离，更不易观测到现象的变化｡

1.2.3实验损耗大

每次实验均要损坏坩埚及支架数套｡由于高温氧化导致坩埚破裂电解质流出损坏炉膛及加热元件，降低了设备寿命｡

由上所述可知:传统效应实验装置存在着诸多缺陷，已无法满足当前实验教学实效性和综合性的要求。

2、铝电解阳极组装磷生铁脱硫技术分析

铝电解阳极组装通常利用磷生铁水浇铸预焙阳极碳块与导杆组，使得碳块与导杆组的钢爪能够牢固的连结，为电解提供合格的阳极组。磷生铁水中碳、硅、磷、锰、硫等五大元素的成分含量是重要的生产控制参数，如果控制不好严重影响阳极组的浇铸质量，增加阳极电阻值，从而直接影响电解系统的电流效率。由于磷生铁是循环利用，当中的五大元素配比随着生产的进行不断发生变化，其中碳元素的损失和硫元素的富集较为严重。

磷生铁水中的硫元素一般以铁和硫的化合物形式存在，硫在隔绝空气的情况下磷生铁水中温度达到1500℃以上才开始挥发，但阳极生产上铁水温度一般都控制在1500℃以下，所以在此生产温度下硫几乎没有挥发烧损，而是不断的富集。铁水中硫是大家公认的有害元素，由于硫在熔融铁水中无限溶解，而在固体铁中溶解度很小，因此，当含硫的铁水冷凝时要生成硫化铁，这种低熔点的晶体在晶粒间界聚集使磷生铁产生裂纹断裂，同时硫的存在还阻碍了石墨化过程，增大磷铁环的收缩性，降低铁水的流动性。

2.1锰的炉内脱硫

磷生铁水中锰有利于脱硫，其脱硫反应如下:

FeS+Mn=Fe+MnS+21700J/mol

上式是放热反应，随着温度的降低，反应向生成硫化锰的方向移动｡同时，MnS在铁水中的溶解度也随温度降低而减小，使硫化锰浮向铁水表面，以扒渣的形式去除｡

磷生铁水中按上面反应进行脱硫程度与许多因素有关:①磷生铁中锰的含量愈多，脱硫效果愈好；②铁水温度低时，对上述反应进行有利，同时能减少铁水中硫化锰的溶解度；③铁水在炉内停留脱硫时间愈长，有利于硫化锰上浮，则脱硫效果更好｡

2.2以Na2CO3为主的脱硫粉在炉内脱硫

以Na2CO3为主的脱硫粉的脱硫反应为:

Na2CO3=Na2O+CO2

Na2O+FeS=Na2S+FeO

Na2CO3+FeS=Na2S+FeO+CO2-49120J/mol

反应中生产的Na2S不溶于铁水，而进入炉渣中，生产的FeO则为磷生铁中的碳、硅或锰所还原｡FeO的减少有利于反应的进行；相反，如果有其他杂质与Na2O作用，则会阻碍脱硫反应的进行｡总的脱硫反应是一个吸热反应，因而脱硫时铁水温度要降低30℃～50℃｡CO2的逸出能改善脱硫剂与铁水的接触，有利于脱硫｡

以Na2CO3为主的脱硫粉在炉内脱硫方法，一般是直接将脱硫剂粉加入装磷生铁水的中频炉当中｡此法比较简单，但该脱硫剂分解的Na2S易与铁水中频炉内衬中的石英砂接触起生产硅酸钠:

SiO2+Na2S+FeO=Na2SiO3+FeS

这样，一方面会侵蚀炉衬；另一方面促使脱硫反应向相反方面进行，也就是产生“回硫”现象｡因此，在使用NaCO3为主的脱硫粉脱硫完毕后，必须及时将铁水面上的炉渣扒干净｡

Na2CO3为主的脱硫粉脱硫效率由铁水原来的含硫量、铁水温度、加入的方法和脱硫剂与铁水接触的情况决定｡铁水含硫量高，脱硫率也高｡铁水温度愈高，由于钠的挥发脱硫效率差｡铁水与脱硫剂接触愈好，脱硫率越高｡这些是炉内脱硫良好进行极重要的因素｡

2.3以CaO和MgO为主的脱硫粉在炉内脱硫(以下简称石灰脱硫粉)脱硫反应如下:

2FeS+CaO+MgO=CaS+MgS+2FeO

石灰脱硫粉脱硫能力较强，脱硫反应速度快，脱硫效果好，提高了脱硫渣中硫化物的稳定性，有效防止“回硫”现象，可广泛应用于冶炼行业磷生铁水的脱硫精炼｡但最关键的问题是如何使铁水与石灰脱硫粉能够均匀及良好的接触｡

3、铝电解阳极组装磷生铁脱硫生产实践

根据脱硫相关理论技术，在生产实际过程中进行多次实验，总结出适合磷生铁水中脱硫的最佳方法｡

3.1脱硫剂的选用

锰的炉内脱硫方法较适合磷生铁水的脱硫，但脱硫率有一定的局限性｡工艺要求磷生铁中硫含量一般控制在0.15%以下，在硫含量较高的铁水当中，相应的需要较多的锰铁｡锰铁加入过多，虽然能够很好地脱硫，但同时导致磷生铁内锰元素含量超标｡锰能够促使磷生铁中铁和碳元素以化合碳的形态生成，阻止碳元素的石墨化，从而增加磷生铁的电阻值｡所以锰含量要适中，过高过低都不利于生产，经多次实验检测得出结论，磷生铁中锰成分含量应控制在0.75%左右为最佳｡

Na2CO3为主的脱硫粉在中频炉磷生铁脱硫中使用方便，脱硫效率也可以｡但是由于炉子内衬为石英砂，其中98%以上为SiO2，所以“回硫”现象较为严重｡同时内衬材料中SiO2与脱硫剂发生反应而对中频炉内衬的腐蚀也较严重，影响中频炉的使用寿命，也给安全生产带来隐患｡所以此类脱硫剂在生产中使用时要充分考虑｡

CaO和MgO为主的脱硫剂较为适合磷生铁的脱硫，在阳极组装中频炉磷生铁脱硫行业广泛应用｡因为钙、镁离子与钠离子比较活泼性较差，对炉衬材料的腐蚀和“回硫”等方面远低于其他类型脱硫剂｡

3.2生产管理

根据以上脱硫技术分析，脱硫工序有放热反应也有吸热反应｡在允许的情况下，铁水温度稍低点儿有利于脱硫生产，所以脱硫时铁水温度一般控制适宜，应控制在1350±20℃，并且加入时做到铁水与脱硫剂能够充分的搅拌接触｡同时做到搅拌脱硫时尽量与空气隔绝，减少铁水氧化和脱硫剂烧损｡脱硫剂添加完毕后停止供电将铁水静止3min～5min，将脱出的硫化物及铁渣充分进行扒渣清理，去除炉外｡

4、结束语

综上所述，在铝电解阳极组装磷生铁脱硫技术的使用过程中，我们不仅要提高其使用的效果，还应该进一步明确应用过程中的对策和措施，保证其实践应用更加有效｡

参考文献:

[1]张胜全,许建华,张伟,王冬生,王希靖.磷生铁碳硅变化分析及对策[J].轻金属.2016(03)：25

[2]王显东,韦艳琴,褚红滨.磷生铁中磷含量的测定[J].科技信息(科学教研).2016(23)：79