探析铝电解生产中碳渣的形成及控制措施

【摘 要】碳渣对铝电解而言只有危害，对槽况平稳运行及能耗的影响很大。电解生产中只有选用优质的碳素材料，电解在线生产时工艺技术优化等措施，努力减少槽内掉渣，同时提高操作质量，尽可能减少碳渣的产生，才能保持好电解槽的平稳运行，取得良好的经济技术指标，实现平稳节能高效生产。本文对铝电解生产中碳渣形成的原因以及铝电解生产中碳渣的控制措施进行了探讨分析，并阐述了碳渣对铝电解生产的危害。

【关键词】碳渣；铝电解生产；形成原因；控制措施；危害；

铝电解用炭素阳极，是将煅后焦、沥青、生碎和残极按照一定比例进行混合，经振动成型、高温焙烧和导杆浇铸生产出满足电解需要的组装阳极块。在电解槽内工作过程中，炭阳极不断消耗，发生电化学反应生成CO2及CO气体和金属铝液。因炭素原料质量、阳极加工质量、换极作业质量和电解质体系自身存在的问题，使炭阳极在电解槽中出现掉渣现象，进而溶解或漂浮于电解质表面，

一、铝电解生产中碳渣形成的原因

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，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引起铝电解生产的诸多技术经济指标恶化，同时对电解槽的寿命也有影响，就其形成原因，大致可归纳为以下几种。

1、由于阳极加工质量问题引起的掉渣.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、由于原料质量问题引起的掉渣。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、作业操作质量较差引起的掉渣。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。

4、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。

二、铝电解生产中碳渣的控制措施

1、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。

2、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。

3、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。

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、优化改进电解质成分。为减少槽内碳渣的产生，可能通过综合平衡调控氟化盐与分子比、电压与槽温等技术措施，改善槽况，有效提高电解质的自排能力，从而净化清亮电解质体系，提高电流效率，实现节能电解生产。

6、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。

三、碳渣对铝电解生产的危害

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。

结束语

在我国现阶段的大型预焙铝电解槽中，普遍采用炭素制品作阳极进行电解生产，炭素阳极在电解质中工作时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。因此探讨如何减少和控制电解生产过程中碳渣的产生具有重要的意义。

参考文献

[1]夏尚斌.浅谈开槽阳极对铝电解生产的影响[J].有色冶金节能，2011，01

[2]赵东方，杨玉卓.探析铝电解生产中碳渣的危害性[J].科技创新导报，2013，10

[3]邹嘉华等.论预焙阳极质量对铝电解生产中的影响及措施[J].云南冶金，2010，21