探析鋁電解生產中碳渣的危害性

摘 要：通過對鋁電解生產中產生碳渣的危害性研究，從鋁電解生產中碳渣的產生入手，刻畫出碳渣的存在會增加電能消耗、損壞電解兩極、形成側部漏電等關鍵問題，從三方面提出碳渣危害的有效解決措施，為提高鋁電解生產的高質量、高效益提供理論參考。

關鍵詞：鋁電解 碳渣 危害性

中圖分類號：X781.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）04（a）-0-01

1 鋁電解生產中碳渣的危害

鋁電解中的陽極碳塊質量影響著電解產生，也影響著產品的質量。陽極碳塊質量不達標，陽極上的碳粒還未來得及參與反應就脫落進入鋁電解質溶液里面，受到電解質的沖蝕形成碳渣，這極大地影響著鋁電解的生產。這些影響會導致電解能耗的增加，進而惡化鋁電解的生產，縮短電解槽的壽命。

1.1 增加電能消耗

鋁電解質溶液中碳渣在電解過程中會造成鋁電解質溶液比電阻增大，降低了導電率，會影響電解質中電壓降的升高，增加電能消耗，碳渣在鋁電解質溶液中的含量極大地影響溶液的導電率。碳渣微粒要小于10 μm才不會影響鋁電解的生產，碳渣顆粒的大小和導電率的作用成反比，由于碳和鋁電解質溶液各自的導電性質不同，當電流通過其交界面時，將產生電位梯度，電位梯度的差值高于和碳粒直徑同長度的鋁電解質溶液電流通過路徑上的電壓降，碳粒在鋁電解質溶液中不導電，也是一種絕緣體。因此，電解質的導電率和碳渣的多少有關。

1.2 損壞電解槽陰極

鋁電解生產中如果出現大量的碳渣，勢必會產生熱槽，正常的電解槽中兩極間的鋁電解質溶液中含碳會使電壓降升高，導致增加的電能不能為電解反應過程利用，它的消耗途徑就必然只能轉化成熱量釋放出來，這是電能轉化為熱能的結果，最終導致鋁電解質溶液過熱，使電解槽的溫度上升，產生熱槽。在鋁電解質溶液中碳渣累積到過量濃度時會增大比電阻，產生嚴重影響，不僅使電解質電壓降升高，還額外使電解槽兩極間的電能增加，產生少量碳渣浪費電能，產生碳渣過量時會停止電解反應，損害電解槽的陰陽兩極，導致陽極被氧化，陰極的破損速度加快，同時消耗氟化鹽，對生產極為不利。

1.3 形成側部漏電

鋁電解質溶液中碳渣產生后在溶液表面大量漂浮著，導致電解質溶液水平過高，讓陽極埋入電解質溶液中太深，導致陽極的氣體無法排出，降低電流效率。當碳渣的數量越來越多，會與碳素陰陽兩極組成電流通路，導致部分電流無法參與電解反應，這些電流積累過多，導致上口爐幫很難維持，電流順著碳渣進入鋁電解質的陰極，引起側部漏電，嚴重時大量鋁電解質溶液從碳塊狹小的縫隙漏出，形成側部漏爐。

2 鋁電解生產中減少碳渣的途徑

在鋁電解的生產中電解槽會產生過量的碳渣會降低電流效率，會導致在電解鋁時增加大量的電能消耗，這樣不利于電解槽的工作。因此，為防止在鋁電解生產中防止產生大量碳渣，可通過以下途徑來解決。

2.1 保持適當電解質水平

碳塊是否被氧化掉渣取決于鋁電解質水平的高低，鋁的導電性能高，鋁電解質水平保持在19～21 cm之間為最佳，可使電解槽的陽極底部的熱量散發出來，降低槽溫形成堅實電解槽，提高電流效率。如果鋁電解質溶液低于最佳水平會導致電解槽里蓄積的熱量減少，使電解槽內的情況不穩定。如果電解質水平高于21 cm，甚至超過兩天內要換的極的平面，這時±950度的電解質溶液會在碳塊的表面循環流淌，會使保溫量由固態熔化變成液態，加劇碳塊表面氧化，極速增加碳渣的數量。因此，在鋁電解生產中要保持適當的電解質水平才能適度減少碳渣。

2.2 使用高品質預焙碳塊

鋁電解質生產中使用的碳塊質量不合格，容易脫落碳粒形成碳渣。這就需要在鋁電解質生產中使用高品質的預焙碳塊，可以使用碳塊側面與底面的過渡角為圓弧狀的無下棱碳塊，這種碳塊抗沖刷力，從而減少碳渣的產生，穩定鋁電解質溶液生產，能降低能耗并且提高電效。在鋁電解生產中使用無下棱碳塊，不僅減少碳渣，減少電解槽的電阻，還可以降低槽電壓，提高電能消耗0.5%以上。為防止鋁電解質溶液中陽極的消耗，就必須使用高品質的預焙碳塊，提高碳材料的機械強度及抗氧化性能，減少陽極被氧化和碳塊脫落。

2.3 選用優質陰極碳塊

鋁電解生產中選用優質的陰極碳塊也尤為重要，陰極碳塊分為無定形碳塊，石墨化碳塊，半石墨化碳塊，半石墨質碳塊四種。其中石墨化碳塊導電性能最好，雖然它不耐磨，但是從它的優點所能取得的經濟效益來看，石墨化碳塊是最佳選擇。針對石墨化碳塊不耐磨的缺點，可以在碳塊上噴涂一層二硼化鈦，便可延長碳塊的壽命。在鋁電解生產中要想有效抵抗鋁電解質溶液的侵蝕，承受鋁液的沖刷，減少碳渣產生，只有選用優質的陰極碳塊和高質量的底部碳塊，才能達到理想的效果，提升鋁電解生產的高效。優質的陰極碳塊和劣質的陰極碳塊性能的重要差別在于電解膨脹率，優質陰極碳塊的電解膨脹率小。這樣當陰極碳塊在鋁電解生產中所接觸的材料強度應小于陰極碳塊的強度，可以緩沖應力，保護陰極碳塊，這對于優質碳塊來說并沒什么影響。因此在鋁電解生產中選用優質陰極碳塊是必然的方式，要高度重視陰極碳塊的質量并且要對其進行擇優選擇，這不僅能提高鋁電解生產的效率，還能提高電能利用效率，延長電解槽的壽命。

2.4 在電解過程中選用低溫操作

由于鋁的二次反應也是產生碳渣的一個原因，所以在電解生產過程中就要減少二次反應的發生。在生產操作中要保持低電壓，低氧化鋁濃度，低分子比，低溫度高極距，從而保證電解生產在較低的穩定的溫度下進行，提高了電流效率，減少了鋁的二次反應損失，從而減少了碳渣的生成。

3 結語

在現目前的工業鋁電解生產中所用的電解槽的陰陽兩極都是由碳材料組成，因此在鋁電解生產中不可避免地會產生碳渣。為解決鋁電解生產中產生碳渣的危害性，就必須在鋁電解生產中通過保持適當電解質水平、使用高品質預焙碳塊、選用優質陰極碳塊等途徑來減少碳渣，從而提高鋁電解生產的高質量，減少鋁電解生產中產生碳渣，保證鋁的最大利用化。

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