前言

　　近年來，隨著大型鋁電解槽生產(chǎn)技術的進步和管理水平的快速推進，電解槽生產(chǎn)工藝技術參數(shù)的匹配更加合理，電解槽運行的穩(wěn)定性不斷提高，電解槽各項生產(chǎn)技術指標不斷提升。

　　但是鋁電解生產(chǎn)過程中原材料質(zhì)量對電解槽運行的穩(wěn)定性及生產(chǎn)指標的影響越來越引起企業(yè)生產(chǎn)管理人員的關注，特別是陽極質(zhì)量。陽極碳塊作為鋁電解的心臟部分，其質(zhì)量的好壞，直接影響著電解的進行和產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　如果碳塊的質(zhì)量達不到要求，將在鋁電解質(zhì)溶液中產(chǎn)生過多的碳渣，對鋁電解過程產(chǎn)生一系列不利的影響，極易造成電解質(zhì)電壓升高，導致熱槽的產(chǎn)生，這不但引起電解消耗的增加，而且當熱槽產(chǎn)生時將惡化鋁電解的生產(chǎn)的諸多技術經(jīng)濟指標，同時對電解槽的壽命也有影響，因此減少鋁電解生產(chǎn)中的碳渣產(chǎn)生成為鋁電解槽生產(chǎn)管理中的重要一環(huán)。

　　碳渣產(chǎn)生的根源

　　陽極質(zhì)量不穩(wěn)定。預焙碳塊是由石油焦、瀝青焦、瀝青通過破碎、煅燒、配料、混捏等工序燒制而成，如果采用的原材料及工藝不合乎要求就會產(chǎn)出不合格的碳塊。如：耐壓強度低、空隙度大、雜質(zhì)大等，從而導致陽極的氧化和碳粒在陽極表面的脫落進入電解質(zhì)中形成碳渣，有時會形成掉塊和裂縫，在電解質(zhì)的沖蝕和洗刷下，形成碳渣。由于碳塊質(zhì)量而引起的碳渣是生產(chǎn)中碳渣形成的主要原因。

　　預焙陽極質(zhì)量不合格是電解生產(chǎn)過程中碳渣產(chǎn)生的主要原因，然而預焙陽極質(zhì)量的好壞又與生產(chǎn)陽極所使用的原材料，如石油焦、或市場上直接采購的鍛后焦，煤瀝青、殘極等炭素生產(chǎn)用原材料中微量元素對陽極質(zhì)量的影響。

　　炭素生產(chǎn)的主要原材料石油焦，其中的V、Ni等雜質(zhì)元素對空氣反應性影響非常明顯，而Na對CO2反應性和空氣反應性有著較強的催化作用。其次，電解生產(chǎn)過程中更換出的殘極，表面粘附的電解質(zhì)若清理不干凈，陽極生產(chǎn)配料時帶入到陽極中，特別高分子比的電解質(zhì)，帶入大量的Na。另外工藝波動和原料配方等也會生產(chǎn)出不合格的炭塊。

　　預焙陽極從焙燒爐內(nèi)出爐后陽極表面粘結的填充料清理不干凈，進入電解槽后，隨著電解反應的進行，逐漸脫落進入電解質(zhì)中成為碳渣。

　　電解生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的碳渣

　　作業(yè)操作質(zhì)量較差引起的掉渣。換極作業(yè)質(zhì)量十分重要，尤其在沒有按照技術規(guī)范操作時，陽極也易掉渣。新陽極在安裝初期不能實現(xiàn)全電流工作，陽極安裝過低時浸潤在電解質(zhì)中受其沖刷易形成掉渣；另外，新極安裝過低時，在電流導全時由于極距較均值要小，造成電流過大，導致強熱應力，破壞陽極強度形成爆塊和掉渣。其他作業(yè)質(zhì)量，如氧化鋁保溫料覆蓋不當，造成陽極外露產(chǎn)生陽極氧化掉渣，尤以出鋁口、煙道端、下料口的陽極角部較為明顯。

　　電解槽槽況不佳引起的掉渣。當電解槽況出現(xiàn)異常時，陽極的工作狀況也隨之惡化，如槽溫升高，陽極的抗氧化性減弱，同時槽溫高，側部爐幫化空易富集碳渣，電解槽排渣功能減弱，易造成電解質(zhì)含碳。1.4.2電解生產(chǎn)過程中，精細化管理不到位，作業(yè)質(zhì)量粗糙，換極后保溫料封蓋不密實，甚至到處冒火，或暴露在空氣中，高溫陽極與空氣接觸后，氧化掉渣。

　　下料打殼錘頭由于長期高溫炙烤變形，靠近錘頭處的陽極由于錘頭粘附電解質(zhì)，錘頭增大，打殼下料過程中將陽極表面的保溫料打掉，露出陽極表面，與空氣接觸氧化掉渣。

　　新建電解槽裝爐時使用的焦粒，在電解槽焙燒啟動結束后，打撈不干凈遺留的碳渣。

　　陰極炭素內(nèi)部的沖蝕剝落。在鋁電解過程中，陰極炭素內(nèi)部的沖蝕剝落和破碎是鋁電解溶液產(chǎn)生碳渣的又一來源。鋁電解槽啟動后，由于鈉的滲透，電解質(zhì)溶液和鋁的侵蝕和沖刷，陰極炭素內(nèi)襯不久就會產(chǎn)生剝落，鈉滲入陰極炭塊是引起剝落的主要原因。鈉的滲入使炭塊內(nèi)部產(chǎn)生應力，導致炭塊體積膨脹，并變得疏松、多孔，以致剝落形成碳渣。

　　二次反應生成游離的固態(tài)碳。鋁電解過程中的二次反應，不僅降低電流效率，而且還帶來另一方面的不利的影響，即溶解在電解質(zhì)溶液中的鋁將陽極氣體中的CO2和CO還原C，在電解質(zhì)溶液中形成細微的游離態(tài)碳渣。

　　其反應有兩種：

　　第一種反應為，在電解質(zhì)的溶液中溶解的鋁與CO2反應生成CO，而CO又與AL反應生成C，即：

　　2AL（溶解）＋2CO2=AL2O3＋3CO（1）

　　2AL（溶解）＋3CO=AL2O3＋3C（2）

　　第二種反應為，電解質(zhì)中的鋁直接將CO2還原成C，

　　3AL（溶解）＋3CO2=2AL2O3＋3C（3）

　　在上述兩種反應中反應（3）對于在鋁電解質(zhì)中生成碳渣的作用，比反應（2）的作用要大，但這兩種反應所產(chǎn)生的碳渣，不是電解質(zhì)溶液中產(chǎn)生碳渣的主要原因。

　　碳渣對電解過程的影響

　　正常生產(chǎn)過程中，隨著鋁電解生產(chǎn)的持續(xù)進行，炭陽極隨著生產(chǎn)的進行而慢慢地消耗，正常生產(chǎn)陽極消耗產(chǎn)生的碳渣，在合理的工藝技術條件下，可以從電解質(zhì)中順利的分離出來，對生產(chǎn)沒有太大的影響，但是實際生產(chǎn)中很難有這種相對理想的生產(chǎn)狀態(tài)存在。因此，作為生產(chǎn)管理人員要時刻關注電解質(zhì)內(nèi)碳渣量的變化，以減少對電解生產(chǎn)的影響。

　　增加電能消耗

　　鋁電解溶液中的碳渣，導致電解質(zhì)的電阻增大，其結果造成電解質(zhì)電壓降的升高，增加鋁電解生產(chǎn)的電能消耗。據(jù)具有關專業(yè)人士報道，當鋁電解質(zhì)溶液中的碳渣含量達到1%（重量）時，電解質(zhì)導電率約降低11%，由此可見碳渣對電解質(zhì)的導電率的不利影響是極為顯著的，碳渣的顆粒越小，對降低電解質(zhì)的導電率的作用越大。

　　形成熱槽

　　若電解質(zhì)中的碳渣積累到一定濃度時，由于比電阻的增大，必定造成電解質(zhì)電壓降升高，從而使電解槽兩極間的電能收入額外增加，引起電解質(zhì)過熱，槽溫升高，形成熱槽。熱槽形成后，電解槽的熱平衡被破壞，正常工藝技術條件受到影響，同時會使電解槽的陰極受到損壞，影響槽壽命，此外在處理熱槽時，還消耗大量的氟化鹽，故其危害作用是非常巨大的。

　　造成電流空耗

　　當鋁電解質(zhì)熔液表面漂浮有大量碳渣時，部分碳渣成為炭素陽極和側部或陰極的導電通道，一部分電流會直接通過碳渣進入陰極或側部，而不能參與電解反應，形成側部漏電，電流空耗，嚴重時會造成側部漏爐。

　　陽極長包

　　由于碳渣大量聚集，及時不能清理出去，極易誘發(fā)電解槽角部或邊部長包或長牙，導致電解槽電壓擺動或壓槽。

　　誘發(fā)陽極效應

　　大量碳渣漂浮在電解質(zhì)表面，導致氧化鋁不能及時溶解到電解質(zhì)中，從而誘發(fā)陽極效應。

　　增加工人勞動強度

　　電解質(zhì)中碳渣含量過大時，必須組織工人打撈，打撈碳渣不僅帶走大量的電解質(zhì)和熱量，影響電解槽穩(wěn)定，而且增大氟化鹽消耗。打撈碳渣時要在電解槽的不同部位打洞，便于撈取碳渣，工人勞動量明顯增加。

　　減少炭渣的措施

　　做好原材料供應管理

　　石油焦、煤瀝青和煅后焦等炭素生產(chǎn)的主要原材料要選擇性的采購，并根據(jù)檢測結果及炭塊抗氧化性能進行搭配使用，對產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的供應商采取停止供貨措施。對于摻配的殘極，其表面的電解質(zhì)要全部清理干凈，盡量減少電解質(zhì)進入陽極內(nèi)。

　　提高陽極制作工序的加工質(zhì)量

　　提高炭素陽極制品質(zhì)量，其根本在于提高陽極系統(tǒng)工序生產(chǎn)質(zhì)量，即石油焦煅燒質(zhì)量，成型配方、糊料混捏溫度及混涅質(zhì)量、生塊成型質(zhì)量，生塊高溫焙燒質(zhì)量。規(guī)范各項作業(yè)操作程序，嚴格執(zhí)行技術標準，確保陽極表面和內(nèi)在理化指標滿足電解生產(chǎn)的需要。

　　加強微量元素的分析檢驗

　　對影響炭陽極質(zhì)量，導致影響炭陽極在電解槽中使用效果和鋁質(zhì)量的微量元素，如V、Na、S、Ca、Fe等均要嚴格控制，造成電解槽炭陽極掉渣的V、Na等活性強的元素，更應予以關注，并通過不同產(chǎn)地和質(zhì)量指標混合配料，使其達到最佳配比。

　　改進陽極炭塊形狀，采用下表面無棱角抗沖刷陽極碳塊。

　　下表面無棱角碳塊是將碳塊的側面與底面的過渡角由90度直角形狀改造成倒角狀或圓弧狀。通過試驗，可以觀察到1天前換上的新極，導電性能很差，但下棱角卻由直角變成了圓弧狀，說明此時的圓弧狀形成的主要原因是由電解質(zhì)沖刷陽極炭塊，而炭塊的這一直角全部變成碳渣進入到電解質(zhì)中。無下棱碳塊主要優(yōu)點是抗沖刷力強，能有效減少槽中碳渣量。

　　選用高質(zhì)量的陽極炭塊

　　在前面關于碳渣來源中的討論中，由于炭塊質(zhì)量不合格是造成炭粒脫落生產(chǎn)碳渣的主要原因。因此采用高質(zhì)量的炭塊是減少電解質(zhì)溶液產(chǎn)生碳渣的重要措施。因此，預焙陽極塊進廠之前就要進行嚴格的質(zhì)量檢驗，防止不合格陽極進入生產(chǎn)線。

　　選用優(yōu)質(zhì)的陰極碳塊

　　與陽極碳素材料一樣，陰極碳塊的質(zhì)量優(yōu)劣對碳塊的剝落程度有影響，在砌筑電解槽陰極時采用優(yōu)質(zhì)陰極側部碳塊和底部碳塊能較有效地承受和抵抗鋁電解質(zhì)溶液和鋁液的侵蝕和沖刷，從而減少碳塊的剝落，減少碳渣的產(chǎn)生。

　　采用低溫鋁電解生產(chǎn)工藝

　　由于鋁的二次反應也是產(chǎn)生碳渣的一個原因，所以在電解生產(chǎn)過程中就要減少二次反應的發(fā)生。積極應用并優(yōu)化低電壓、低氧化鋁濃度、低分子比、低溫度、高極距等新工藝，從而保證電解生產(chǎn)在較低的溫度的溫度下進行，保持合理的過熱度，既有利于碳渣分離，又能減少鋁的二次反應損失，從而減少碳渣是生產(chǎn)。

　　保持適當厚度的保溫料

　　實踐證明，保溫料過薄易使空氣與陽極表面接觸，電解槽內(nèi)處于高溫狀態(tài)下的陽極炭塊與空氣接觸表面氧化掉渣速度較快，保溫料必須覆蓋密實，避免與空氣接觸。此外，使用面殼塊進行覆蓋時，面殼塊粉碎的粒度是越細越好，利于保證陽極覆蓋的密實度。

　　保持適當?shù)碾娊赓|(zhì)水平

　　電解質(zhì)水平的高低是決定炭塊氧化掉渣的主要因素之一。電解質(zhì)水平過低，電解槽熱量損失快，不利于槽況穩(wěn)定，但電解質(zhì)水平過高，特別是超過殘極上表面，電解質(zhì)液流淌在炭塊的表面時，致使殘極上的保溫料溶化，形成空間，會加劇炭塊氧化，碳渣量激增。所以，要生產(chǎn)實際保持合理的電解質(zhì)水平。

　　結論

　　在鋁電解正常生產(chǎn)中碳渣的純在是不可避免的，當電解槽中碳渣的含量達到一定程度時就會影響電解槽正常生產(chǎn)，帶來負面影響。

　　在電解槽日常生產(chǎn)中，要提高陽極質(zhì)量、提高換極質(zhì)量、調(diào)節(jié)電解質(zhì)成分及高低、控制電解溫度、充分利用一切可能的機會打撈碳渣等措施，來減少碳渣對電解生產(chǎn)帶來影響。

更新日期：2018-01-04

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