浅谈对铝电解质中碳渣的形成过程及铝电解生产的危害

摘要：本文对铝电解质中碳渣的形成过程及铝电解生产的危害进行了分析和讨论，并提出了减少碳渣的措施。

关键词：碳渣 铝电解 危害

在冰晶石——氧化铝的溶盐电解预焙槽中，阳极碳块作为铝电解的心脏部分，一直被人们所关注，其质量的好坏，直接影响着电解的进行和产品的质量。如果碳块的质量达不到要求，将在铝电解质溶液中产生过多的碳渣，对铝电解过程产生一系列不利的影响，譬如造成电解质电压升高，导致热槽的产生，这不但引起电解消耗的增加，而且当热槽产生时将恶化铝电解的生产的诸多技术经济指标，同时对电解槽的寿命也有影响，因此探讨如何减少和控制电解生产过程中碳渣的产生，就成为一个新的课题。

一、碳渣的产生

1.由于预焙块质量的不合格造成氧化从而产生碳渣。预焙碳块是由石油焦、沥青焦、沥青通过破碎、煅烧、配料、混捏等工序烧制而成，如果采用的原材料及工艺不合乎要求就会产出不合格的碳块。如：耐压强度低、空隙度大、杂质大等，从而导致阳极的氧化和碳粒在阳极表面的脱落进入电解质中形成碳渣，有时会形成掉块和裂缝，在电解质的冲蚀和洗刷下，形成碳渣。由于碳块质量而引起的碳渣是生产中碳渣形成的主要原因。

2.二次反应生成游离的固态碳。铝电解过程中的二次反应，不仅降低电流效率，而且还带来另一方面的不利的影响，即溶解在电解质溶液中的铝将阳极气体中的CO2和CO还原C，在电解质溶液中形成细微的游离态碳渣。

其反应有两种：

第一种反应为，在电解质的溶液中溶解的铝与CO2反应生成CO，而CO又与AL反应生成C，即：

2AL（溶解）+2CO2=AL2O3+3CO（1）

2AL（溶解）+3CO=AL2O3+3C（2）

第二种反应为，电解质中的铝直接将CO2还原成C，

3AL（溶解）+3CO2=2AL2O3+3C（3）

在上述两种反应中反应（3）对于在铝电解质中生成碳渣的作用，比反应（2）的作用要大，但这两种反应所产生的碳渣，不是电解质溶液中产生碳渣的主要原因。

3.阴极碳素内衬的冲蚀剥落

在铝电解过程中，阴极碳素内衬的剥落和碎裂是铝电解溶液中产生碳渣的又一来源。铝电解槽启动后由于钠的渗透，电解质溶液和铝液的侵蚀和冲刷，阴极碳素内衬不久就会产生剥落，钠的对阴极碳块的渗入，是引起剥落的主要原因，钠的渗入使碳块内部产生应力，导致碳块体积膨胀，并变得疏松多孔，从而剥落形成碳渣。

二、碳渣对电解过程的危害

1.铝电解溶液中的碳渣，导致电解质的电阻增大，其结果造成电解质电压降的升高，增加铝电解生产的电能消耗。据具有关专业人士报道，当铝电解质溶液中的碳渣含量达到1%（重量）时，电解质导电率约降低11%，由此可见碳渣对电解质的导电率的不利影响是极为显著的，碳渣的颗粒越小，对降低电解质的导电率的作用越大。

2.铝电解质溶液中的碳渣导致热槽产生，当电解质中的碳渣积累到一定浓度时，由于比电阻的增大，必定造成电介质电压降升高，从而使电解槽两极间的电能收入额外增加，对于槽工作电压和其它技术条件摆布正常的电解槽来说，两极间由于电解质溶液含碳，导致其电压升高而增加的这部分电能收入不为电解过程所必须；其唯一的消耗途径是转化为热量释放出来，结果引起电解质溶液过热，槽温上升，产生热槽，这样对电解生产是极为不利的，不但造成电能的无谓消耗，同时会使电解槽的阴极受到损坏，影响槽寿命，此外在处理热槽时，还消耗大量的氟化盐，故其危害作用是非常巨大的。

3.铝电解溶液中的碳渣造成电流损失，当铝电解质溶液表面漂浮有大量碳渣时，碳渣将与碳素阳极和阴极组成电流通路，部分电流会直接通过碳渣进入阴极或侧部，而不能参与电解反应，形成侧部漏电，严重时会造成侧部漏炉。

三、减少碳渣的途径

1.采用高品质的预焙碳块。在前面关于碳渣的来源中已讨论，由于碳块质量的不合格造成碳粒脱落是产生碳渣的主要原因，在生产中使用质量不合格的碳块，无疑为碳渣的产生创造了有利的条件，因此采用高质量的预焙块是减少电解质溶液中碳渣的至关重要的措施。不但减少了碳渣的产生，从而稳定了生产，减少了工人的劳动强度，提高了电流效率，降低能耗，对于电解铝厂来说，在预焙块进厂之前就要进行严格的质量检测手段，保证阳极碳块的质量。

2.选用优质的阴极碳块。与阳极碳素材料一样，阴极碳块的质量优劣对碳块的剥落程度有影响，在砌筑电解槽阴极时采用优质阴极侧部碳块和底部碳块能较有效地承受和抵抗铝电解质溶液和铝液的侵蚀和冲刷，从而减少碳块的剥落，减少碳渣的产生。

3.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。

电解生产中只有选用优质的碳素材料，同时提高操作质量，尽可能减少碳渣的产生，才能取得良好的经济技术指标。