浅谈铝电解槽的破损及维修

【摘要】在电解铝生产实践过程中由于电解槽侧部散热不良、槽炉帮形成不好等一系列问题，使得电解槽侧部破损，从而降低电解槽的使用寿命。本文对电解槽的破损原因进行了归纳分析，并提出了电解槽破损的检查与维修方法。

【关键词】铝电解槽；阴极内衬；破损；维护

1、铝电解槽常见破损形式及原因

通常所说的电解槽的破损是指其阴极内衬的破损，铝电解槽的阴极内衬使用期不到1年，称为早期破损。槽内铝液中的铁含量连续增加，一般情况下，是槽底部阴极钢棒受铝液侵蚀熔化所致，往往是阴极炭块破损的征兆。当铝液中的铁含量连续超过1%时，表示阴极炭块已发生严重破损。电解槽阴极内衬破损可归纳为如下几种形式：

1.1阴极炭块及保温绝热结构的变异

阴极内衬的变异主要有：阴极炭块发生变形—膨胀、隆起、裂开或有冲蚀坑穴；炭块之间的炭糊接缝发生裂纹，其中侵渍着碳化铝、电解质和铝；炭块中的钢棒弯曲变形，一部分被铝熔解侵蚀，形成亮晶晶的铝铁合金；炭块下而的耐火砖层局部变质，向上隆起，呈凸棱镜状；侧部炭块受到侵蚀，其中渗透着铝和电解质，体积膨胀；槽壳变形，侧壁向外鼓出，四角上抬，底部呈船形。

阴极内衬的变异，一般是从焙烧启动期开始。由于水分和挥发成分自下而上冒出，并由于炭缝体积收缩，填充在炭块之间的“炭糊”便与炭块分离，形成裂纹。加入电解质开始电解之后，组织也开始酥松，给电解质和铝液的侵入创造了条件。侵入炭块和炭缝中的铝液，继续向下渗透，直到炭块下而并淤积在那里。NaF成分是阴极界而上的表而活性物质，它首先入侵，故在炭块下而发现柱状结晶的氟化钠。侵入炭块下的电解质和钠还同耐火砖层发生化学作用，使其变质而体积胀大。一旦铝侵入阴极钢棒区，则铁被熔解。由于钠、电解质和铝先后侵入阴极内衬中，引起炭块和耐火层体积膨胀，于是炭块向上隆起。在电解槽启动后6个月内，隆起高度不超过2cm，以后则逐渐增大，在36个月内达到10cm，以后趋于稳定。

当炭块隆起增大时，会引起电流偏流和电压降增大，铝的纯度降低，槽膛有效深度减小，造成电解槽操作困难，甚至停槽。

1.2钠的渗透

在一定的NaF/AlF3分子比和温度下，铝中的钠含量应为平衡值。但是实际的钠含量恒低于平衡值，主要原因是钠向炭阴极渗透扩散引起的。钠往阴极炭块中渗透之后，形成炭钠化合物，炭的晶格体积膨胀，使晶格变得酥松，这是造成炭阴极破损的一个重要原因。一般认为，钠的侵蚀作用在较低温度下尤其严重，因为炭钠化合物在高温下部分分解，一般在温度4001000℃内，钠对炭的破坏作用随温度升高而减弱。

故对于电解槽槽底的焙烧而言，焙烧温度达到900950℃之后再开始启动为宜。

1.3电解质的渗透

电解质的渗透量与阴极炭块的材质有很大关系。渗透量增大的顺序与炭活性增大的顺序一致。在无烟煤基阴极（未经高温焙烧的）中渗透量最多，其次是油焦和沥青基（未经高温焙烧的），在石墨阴极中最少。而且，孔度大的材料渗透量多，孔度小的渗透量小。

根据对废旧电解槽内衬的观测，发现在炭阴极中儿有A14C3（呈黄色）存在的地方必有NaF生成。有些废旧内衬中，NaF结晶体的厚度竟有4}6cm。在NaF与A14C3之间还出现铝的晶片和晶体。炭化铝广泛存在于阴极炭块木身的裂缝中以及炭块之间的扎缝中，这是电解质对阴极内衬侵蚀的结果。

2、阴极内衬破损的检查与维修

2.1破损部位的检查

2.1.1用铁钎探查槽底把直铁钎的尖端前部弯成长约l0cm的直角钩，然后把钩尖伸入阴极下而，按照底块和底缝排列的纵横顺序逐块逐缝依次探钩，把有坑和有缝的部位记录下来，并估计出破损部位的长度和深度。另外，也可观察钩尖的情况，因在破损部位，由于铝水和阴极钢棒的接触，电阻很小，通电较多，沉淀较少，温度较高，所以，钩尖插入这里拔出后，钩尖会有冒白烟现象。

2.1.2测量阴极电流分布和阴极钢棒的温度为了进一步证实该槽是否破损，可根据槽内初检的情况，再测量一下阴极电流分布和阴极钢棒温度。一般情况下，熔化的阴极钢棒的电流分布和温度都比正常的高。

2.2破损部位的填补方法

确定破损部位以后，应及时进行填补。填补材料常用镁砂、镁砖块、氟化钙和氧化铝沉淀。这些材料中的金属元素电位顺序都在铝以上，即使熔入电解质中，也不会在阴极上析出，不会影响电解的正常进行和原铝质量。同时，这些材料密度较大，易沉在槽底，熔化或半熔化后，能以勃稠状态充填于破损的深处或覆盖在槽底，阻止铝液的渗漏，减少阴极钢棒被铝液进一步侵蚀，从而延长电解槽的寿命。

填充材料的预制方法：将上述材料的一种或几种与槽内取出的沉淀或铝液混合铸成块状，其形状大小和厚度，可根据破损部位尺寸灵活掌握。一般为长方形，比破损而积稍大一些，以能将破损而完全覆盖为宜。冷却后使用。

在填补时，把这些成块的填充材料放在漏铲上，并用大钩钩住或用钎子压住，慢慢送到破损部位，覆盖住破损处。然后再用弯钩检查一下放置位置是否准确，不准确要调整，直到合适为止。

在填补之前，务必先取一个铝试样进行分析，测定含铁数量。然后在填补一昼夜后再取铝试样进行分析，比较它们之间的含铁情况。如果含铁量停止上升或稍有下降，说明填补正确。连续分析数次，直到含铁量逐渐下降到正常指标，才说明已经填补好。如含铁量仍然上升，说明填补的部位不正确或没有补好，或另有破损之处，必须重新检查，重新修补。实践证明，如果填补得好，维护妥善，槽底虽已破损，仍可维持较长的生产时间，仍可生产出高质量的电解铝。