浅谈铝电解生产的减少碳渣措施

浅谈铝电解生产的减少碳渣措施

张亚飞 ,陈冰强

万基控股集团有限公司

摘要：铝电解生产伴生物为碳渣，其会随着电解生产持续地产生，结果导致电解质电压与温度上升，及其电解槽内铝二次反应与突发效应提升，电流率减少等，不但电能消耗上升，而且给电解槽日常运转数据与经济标准带来干扰，所以如何减少铝电解生产中碳渣的产生已被视为关键环节。基于此，本文阐述了铝电解生产的碳渣危害性，对铝电解生产的碳渣形成原因及其减少炭渣措施进行了探讨分析。

关键词：铝电解生产；碳渣；危害性；形成原因；措施

铝电解生产所用电解槽的阴阳两极大都是由碳材料组成，因此在铝电解生产中不可避免地会产生碳渣。为解决铝电解生产中产生碳渣的危害性，必须采取有效的措施，以达到减少碳渣目的。

一、铝电解生产的碳渣危害性分析

1、增加电能消耗。铝电解质溶液中碳渣在电解过程中会造成铝电解质溶液比电阻增大，降低了导电率，会影响电解质中电压降的升高，增加电能消耗，碳渣在铝电解质溶液中的含量极大地影响溶液的导电率。碳渣微粒要小于10 μm才不会影响铝电解的生产，碳渣颗粒的大小和导电率的作用成反比，由于碳和铝电解质溶液各自的导电性质不同，当电流通过其交界面时，将产生电位梯度，电位梯度的差值高于和碳粒直径同长度的铝电解质溶液电流通过路径上的电压降，碳粒在铝电解质溶液中不导电，也是一种绝缘体。因此电解质的导电率和碳渣的多少有关。

2、损坏电解槽阴极。铝电解生产中如果出现大量的碳渣，势必会产生热槽，正常的电解槽中两极间的铝电解质溶液中含碳会使电压降升高，导致增加的电能不能为电解反应过程利用，它的消耗途径就必然只能转化成热量释放出来，这是电能转化为热能的结果，最终导致铝电解质溶液过热，使电解槽的温度上升，产生热槽。在铝电解质溶液中碳渣累积到过量浓度时会增大比电阻，产生严重影响，不仅使电解质电压降升高，还额外使电解槽两极间的电能增加，产生少量碳渣浪费电能，产生碳渣过量时会停止电解反应，损害电解槽的阴阳两极，导致阳极被氧化，阴极的破损速度加快，同时消耗氟化盐，对生产极为不利。

3、形成侧部漏电。铝电解质溶液中碳渣产生后在溶液表面大量漂浮着，导致电解质溶液水平过高，让阳极埋入电解质溶液中太深，导致阳极的气体无法排出，降低电流效率。当碳渣的数量越来越多，会与碳素阴阳两极组成电流通路，导致部分电流无法参与电解反应，这些电流积累过多，导致上口炉帮很难维持，电流顺着碳渣进入铝电解质的阴极，引起侧部漏电，严重时大量铝电解质溶液从碳块狭小的缝隙漏出，形成侧部漏炉。

二、铝电解生产的碳渣形成原因分析

1、阳极加工质量问题引起的掉渣原因。炭素材料在加工成阳极制品的过程中，其制品质量不同程度地受到工序过程中的主客观制约因素的影响，如煅烧带温度不够、成型配料不均匀、成型密实度不够，偏离焙烧工艺曲线，部分焙烧块的强度、比电阻和真比重等理化指标达不到工艺要求，在电解槽内受电解质冲刷形成掉渣，增加阳极电阻率。

2、原料质量问题的掉渣原因。铝电解用炭素阳极，主要生产原料为石油焦和沥青等，部分石油焦掺杂少量煤粉和其它杂质，不同石油焦含有煤粉和其他杂质的量各不相同，品位越低的石油焦含有杂质的成分越大，杂质中含有的P、V、S等微量元素严重降低阳极的抗氧化性，生产阳极块用原料是通过掺配不同品位的石油焦和沥青等物料来实现混捏成型的，各种杂质化合物随之进入阳极，部分通过高温焙烧挥发，剩余部分成为灰份留在阳极内部，并在电解生产过程中释放在电解槽内，降低阳极的抗氧化，诱发阳极掉渣。

3、不按时清除填充料。阳极外面附着填充料同样会产生碳渣。参照相关规定，铝电解生产前期阳极则要清除外部的填充料，将填充料随着阳极进入到电解池。此进程中，填充料会有阳极外表掉落，进而产生碳渣。

4、作业操作问题的掉渣原因。换极作业质量十分重要，尤其在没有按照技术规范操作时，阳极也易掉渣。新阳极在安装初期不能实现全电流工作，阳极安装过低时浸润在电解质中受其冲刷易形成掉渣;另外，新极安装过低时，在电流导全时由于极距较均值要小，造成电流过大，导致强热应力，破坏阳极强度形成爆块和掉渣。其他作业质量，如氧化铝保温料覆盖不当，造成阳极外露产生阳极氧化掉渣，尤以出铝口、烟道端、下料口的阳极角部较为明显。

5、电解槽槽况不佳引起的掉渣。当电解槽况出现异常时，阳极的工作状况也随之恶化，如槽温升高，阳极的抗氧化性减弱，同时槽温高，侧部炉帮化空易富集碳渣，电解槽排渣功能减弱，易造成电解质含碳。

三、铝电解生产的减少碳渣措施

1、选用优质阴极碳块。铝电解生产中选用优质的阴极碳块尤为重要，阴极碳块分为无定形碳块，石墨化碳块，半石墨化碳块，半石墨质碳块四种。其中石墨化碳块导电性能最好，虽然它不耐磨，但是从它的优点所能取得的经济效益来看，石墨化碳块是最佳选择。优质的阴极碳块和劣质的阴极碳块性能的重要差别在于电解膨胀率，优质阴极碳块的电解膨胀率小。这样当阴极碳块在铝电解生产中所接触的材料强度应小于阴极碳块的强度，可以缓冲应力。因此在铝电解生产中选用优质阴极碳块不仅能提高铝电解生产的效率，还能提高电能利用效率，延长电解槽的寿命。

2、提高阳极制作工序的加工质量。提高炭素阳极制品质量，其根本在于提高阳极系统工序生产质量，即石油焦煅烧质量，成型配方、糊料混捏温度及混涅质量、生块成型质量，生块高温焙烧质量。规范各项作业操作程序，严格执行技术标准，确保阳极表面和内在理化指标满足电解生产的需要。

3、使用高品质预焙碳块。铝电解质生产中使用的碳块质量不合格，容易脱落碳粒形成碳渣。这就需要在铝电解质生产中使用高品质的预焙碳块，可以使用碳块侧面与底面的过渡角为圆弧状的无下棱碳块，这种碳块抗冲刷力，从而减少碳渣的产生，稳定铝电解质溶液生产，能降低能耗并且提高电效。在铝电解生产中使用无下棱碳块，不仅减少碳渣，减少电解槽的电阻，还可以降低槽电压，提高电能消耗0.5%以上。为防止铝电解质溶液中阳极的消耗，就必须使用高品质的预焙碳块，提高碳材料的机械强度及抗氧化性能，减少阳极被氧化和碳块脱落。

4、提高电解作业质量，注重碳渣打捞工作。根据阳极平均消耗速度，安装的新极要相对提高1～1．5cm，保证阳极在通全电流前期不过压超流、阳极性能不受到破坏，不被电解质冲刷掉渣。加强阳极防氧化工作，特别注重中缝下料点周边、出铝口和烟道端位置阳极保护工作，防止阳极氧化掉渣。槽内流体运动也会使碳渣漂浮于角部和小头及边部，对该部位勤作打捞，防止碳渣的积聚。可以利用效应后在出铝口打捞，换极时打捞，角部专捞。

5、在电解过程中选用低温操作。由于铝的二次反应也是产生碳渣的一个原因，所以在电解生产过程中就要减少二次反应的发生。在生产操作中要保持低电压、低氧化铝浓度、低分子比、低温度高极距，从而保证电解生产在较低的、稳定的温度下进行，提高了电流效率，减少了铝的二次反应损失，从而减少了碳渣的生成。

结束语

综上所述，铝电解生产普遍采用炭素制品作阳极进行电解生产，炭素阳极在铝电解过程中，会不同程度地发生颗粒脱落形成碳渣，影响到电解质性能和生产指标，因此对铝电解生产的碳渣形成原因及其减少炭渣措施进行分析具有重要意义。

参考文献

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