降低180kA预焙电解槽炭阳极过量消耗的途径

提要本文从生产实际出发,分析影响电解槽阳极消耗过快的主要因素,提出解决阳极过量消耗的途径和措施。

关键词:降低;阳极;过量消耗;途径

中图分类号:F4文献标识码:A

在电解系列的电解槽上使用的阳极有两种,即连续自焙阳极和预焙阳极。连续自焙阳极是利用电解槽的高温,使沥青热解,从而与炭粒结成型的阳极。预焙阳极就是由石油焦与沥青混合成型后,在焙烧中预先焙烧好的阳极,其优点是,结构致密,质量容易控制,有利于降低阳极消耗量,同时也可以有效地控制焙烧时产生的沥青烟气。预焙阳极在电解中承担给电解槽供电和将氧化铝还原成铝的两项任务,因此阳极本身应有抵抗氧化性气体氧化作用的能力,尽量减少电解时阳极底部与二氧化碳的反应和阳极上部与空气中氧化的反应而增加阳极的消耗量。

一、预焙阳极在电解过程中的反应

1、预焙阳极在电解过程中的消耗量。阳极的消耗量分为总消耗量和净消耗量。总消耗量为净消耗量和残极总和,阳极的净消耗量为电解消耗量、非电解消耗量与过量消耗量三部分之和。(图1、表1)

2、阳极过量消耗的危害。阳极的过量消耗主要以阳极掉渣及阳极粉化的形式表现,其危害很大,主要为以下几点:

(1)由于炭粉的绝缘作用,导致电解槽的槽温升高,产生热槽,炭渣积累,电解质电阻增大,槽电压升高,电流效率随之降低;

(2)导致氧化铝在电解质中的溶解度和溶解速度降低,促使阳极效应发生的频次明显增多,平均电压升高,直流电耗增加;

(3)给电解生产中增加了工作量,在打捞炭渣是会带走一部分电解质液,从而造成了电解质量的损失,增加了生产成本;

(4)由于粉化使得换出的残极变软、多孔,形成了恶性循环。

二、影响阳极在电解槽中过量消耗的因素

1、CO2反应和空气的侵蚀。在电解过程中,阳极的底部受CO2的烧损,底部温度约为960℃,电解反应产生侵蚀的CO2气体压力很大。阳极的顶部暴露在空气中,而且温度不断升高,因此很容易受到空气的烧损。(图2)CO2中烧损反应为:

与阳极在CO2中活性、阳极气孔率有关,空气中的烧损反应为:

这两个反应与阳极在空气中的活性、阳极的气孔率及阳极表面的温度有关。

2、残极性质对阳极过量消耗的影响。预焙阳极由60%～65%的石油焦,14%～16%的煤沥青和20%～25%的回收残极组成,很明显残极的配入量和净度对新极的机械强度、透气性以及CO2中的活性影响很大。硬残极的性质基本上和新生产的阳极的性质一样,而软残极则显得密度很小,这说明软残极中孔隙的数量很多,表面疏松,凹凸不平,表面炭粒极易脱落,因而其机械强度也大大降低,同时导热系数减小,透气率变大。由于受孔隙的影响,软残极在CO2和空气中的活性增大。残极中携带的电解质成分,残极的含钠量随着携带电解质成分数量的增多而增大,对阳极在CO2中的活性影响也越大,会进一步恶化选择性烧损,若有效地清理残极可降低残极携带钠的影响。

三、降低阳极在电解过程中过量消耗的途径

1、阳极的底部受CO2的烧损和因而被空气的氧化。对于因阳极的底部受CO2的烧损引起的阳极在电解过程中过量消耗,我们可以采取提高电解质的温度,增大电解质的量,增大电解质的流动性,尽可能地让电解反应产生的CO2能够以最快的速度排出,让电解的净化系统带走,减少CO2与炭阳极底掌的接触时间;尽可能利用机会打捞出掉落在电解质中的炭粒,减少与阳极底掌及附近的CO2反应;尽可能地加好阳极保温料,让氧化铝严密地覆盖住阳极表面,减少高温炭块与空气的接触,从而减少因氧化而造成的过量消耗。

2、加强对残极的清理,减少因残极带入的电解质成分而影响新极的质量。作为电解生产的固体废弃物残极,要是全部废弃也是对环境和成本的浪费,所以在工业电解厂一般都将残极加以再次回收利用,返回碳素厂粉碎后,以一定的比例与阳极制造新料混合,但要求在清理残极上附带的电解质、氧化铝等附着物时要处理的干净,减少因残极带入的电解质成分而影响新极的质量。

四、总结

总之,阳极作为参加电解反应的主要反应物,其质量的好坏和消耗的均匀程度直接影响着电解槽的经济技术指标,越来越多的电解生产厂家在阳极的研发上投入人力和物力,部分厂家已经开发出了异形阳极,即阳极底部开槽,其作用可以减少电解槽的噪声,有利于CO2气体的排出、减少阳极在电解过程中的过量消耗、降低阳极效应系数、提高电流效率等。

(作者单位:中铝青海分公司第一电解厂)

主要参考文献:

[1]邱竹贤.铝电解[M].东北工学院出版社,1997.

[2]杨重愚.轻金属冶金学[M].冶金工业出版社,1991.

[3]邱竹贤.预焙槽炼铝[M].冶金工业出版社,2005.