铝电解中阳极效应的环境危害及措施分析

摘要：阳极效应是融盐电解过程中的一种特殊现象，尤以铝电解生产表现最为明显，降低阳极效应对减少铝电解过程的温室气体排放有着重要意义。针对铝电解生产过程中的阳极效应发生机理和对环境的危害性分析，提出了铝电解生产过程中应采取的措施加以探讨。

关键词：阳极效应 环境工程 铝电生产

一、阳极效应的发生机理及对环境的危害

工业铝电解槽里氧化铝含量低于1%时，氟离子和氧离子共同在碳阳极上放电，形成氧氟化合物（COF），随后和其他吸附化合物一起积聚在阳极表面上。此时，电解质对碳阳极的湿润性变坏，电解质会在更大程度上为阳极所排斥，于是阳极的有效电流密度逐渐增加，达到临界电流密度时，便发生阳极效应。阳极效应是熔盐电解特有的现象，而以电解铝生产表现尤为明显。阳极效应的产生是多种因素耦合产生的结果，主要表现出电解槽在物料和能量转换过程中不相匹配的因素，因此导致阳极效应发生的主要有设备、原料供应、电解槽情况、操作控制等方面的因素。

阳极效应的最大危害在于阳极效应发生过程中产生的全氟化碳（简称PFCs，主要是CF4和C2F6）对环境的影响。CF4和C2F6是高温室潜势气体，其C-F键非常稳定、不易分解，并且具有很强的红外光线吸收能力，能吸收大量的地表及低空热辐射能，对全球温室效应影响很大。铝电解生产中，阳极效应还伴随着对大气臭氧层有破坏性的PFCs气体的产生。当今西方发达国家对铝电解的环保要求极为严格，已从传统的对氟化盐挥发控制，转向效应发生的PFCs=CF4+C2F6的控制，而控制PFCs（CF4·C2F6）气体是极为困难的。因此西方国家将电解铝技术输出到第三世界国家也是由于这方面的原因。随着我国可持续发展战略的倡导和节能减排政策的实施，减少温室效应，严格控制有害气体排放成为当前环境工程面临的重要任务。近些年来我国原铝工业的快速发展，产能、产量均居世界首位，减少PFCs （CF4·C2F6）排放是铝行业面对节能减排的现实问题。

二、控制阳极效应发生的具体措施

阳极效应发生的主要有设备、原料供应、电解槽情况、操作控制等方面的因素，因此，降低阳极效应系数，减少温室气体排放主要可以从重视设备管理、优化技术条件和改变管理观念等方面入手解决生产中存在的具体问题。

1.保证槽内原料的及时补充

电解质中氧化铝的含量是诱发阳极效应发生的关键要素。实现氧化铝的有效补充，氧化铝控制策略优化、氧化铝供配料方式优化、打壳下料机构的适时维护、氧化铝砂状含量的比例控制等都是在生产中要密切注意的内容。对氧化铝浓度的控制是通过分析电解质电阻变化引起的槽电压变化，进而控制槽电压来实现的。一般的控制策略下，物料平衡与能量平衡之间是存在缺陷的：在氧化铝投入量加大时控制电压是下降的，并且在电解质中氧化铝浓度达到最大时控制电压达到最小值。由于客观限制，解决这一缺陷是困难的。因此在控制过程中常出现失控情况。净化系统投料工艺、超浓相输送系统输送、现场包括卡锤头、堵料、冒料、下料器漏料和不下料等，都会对电解槽内氧化铝的补充产生影响。实际生产中，要对净化系统投料工艺、超浓相输送系统输送进行不断优化，针对氧化铝状况进行调整，避免出现载氟不均匀、结块、结渣等影响输送。为避免卡锤头、堵料、冒料、下料器漏料和不下料等影响生产，要指定专门人员通过及时分析电压与下料曲线过欠量的关系，经常进行现场巡查，及时发现问题并迅速处理。

2.改善技术条件，优化控制程序

槽型其技术条件的保持各不相同，要通过不断的实践来摸索本槽型不同阶段各项技术条件之间的匹配关系，寻求最优的技术条件保持范围，有利于降低效应系数。控制程序随着电解铝生产的不断发展在逐步升级，从最初的简单的下料控制到浓度控制、再到物料平衡和能量平衡控制，控制程序逐步科学化、智能化、人性化，操作界面更为友好。通过优化控制程序，能够更好的控制电解槽的物料平衡和能量平衡，降低阳极效应系数。阳极状况也是控制阳极效应一个环节。阳极状况分为阳极物化质量和阳极表面状态两方面。阳极物化质量对阳极掉渣、阳极消耗异常等有直接影响，进而成为阳极效应发生的诱因之一。因此在生产中要尽量使用高质量阳极。阳极表面状态主要是阳极表面的形状，改变阳极气体的溢出性质，目前主要的措施有梯形阳极、开槽阳极、开孔阳极等，采用这些措施的主要目的是减少气泡挠动，降低二次反应而提高电流效率或减小无效极距实现降低电解槽工作电压达到低电耗生产的目的，但实践表明这些措施对控制阳极效应也有贡献。电解工艺技术条件的合理配置是控制阳极效应的重要内容。平稳有序的工艺运行状况对降低阳极效应系数非常必要。铝量及铝水平、电解质高度、电压、覆盖料、分子比、引风量、槽温等技术条件对合理的能量耗散分布规整的炉膛内形有重要影响，同时也直接影响阳极效应的产生，因此在生产中要合理配置并尽可能保持稳定。

3.改变管理理念，经济效益与环保效益并重

摒弃以往对电解槽效应优缺点参半的错误认识，追求零效应系数管理理念。传统的观念认为阳极效应具有消耗炉底沉淀、清理阳极底掌、判定电解槽冷热状态的功能，大型预焙电解槽具有点式定容下料方式炉底沉淀少，单块阳极底掌面积小，炭渣容易排出，可采集和测量的参数多等特点，阳极效应对电解槽的热平衡和炉膛破坏严重，因此要树立零效应控制理念。通过对员工的操作技能和操作方法的培训，使之具备对电压曲线监控、下料系统异常处理、设备运行异常及时发现的能力，从而保证基础管理工作。

三、结束语

铝电生产中产生的阳极效应不仅影响生产，还会对环境造成极大的危害，随着时代的进步，节能降耗已成为大势所趋，愈来愈受到人们的重视。传统的铝电解生产及对阳极效应的理解和管理已经无法适应当前形势的要求，随着我国可持续发展战略的深入，铝电解生产实现零效应管理是今后发展的方向。

参考文献

[1]冯刚.预焙阳极质量对铝电解生产的影响[J].青海科技，2007（02）.

[2]刘建新.论铝电解生产中阳极效应的危害性及控制技术[J].铝镁通讯，2004（4）.