炭陽極掉渣原因分析與措施

王 群

（中國鋁業(yè)股份有限公司山西華圣鋁業(yè)有限公司 山西永濟 044500）

針對目前電解鋁企業(yè)面臨的嚴(yán)峻形勢，如何控制炭陽極的消耗，減少炭陽極在鋁電解生產(chǎn)過程中的掉渣現(xiàn)象，成為電解鋁企業(yè)的重中之重。探討如何提高炭陽極質(zhì)量、減少炭陽極掉渣，對電解鋁企業(yè)節(jié)能、減排、增效意義重大。

一、炭陽極技術(shù)指標(biāo)

評價炭陽極質(zhì)量的主要指標(biāo)有：灰分、電阻率、耐壓強度、真密度、體積密度，但五項常規(guī)指標(biāo)并不能完全評判炭陽極質(zhì)量；近幾年對CO2反應(yīng)性和微量元素指標(biāo)提出了技術(shù)要求，也有一些企業(yè)對陽極使用效果進行評價。

二、掉渣原因分析

炭陽極生產(chǎn)所用原料、工藝控制參數(shù)和電解槽運行狀況都影響炭陽極的掉渣量量。

1.生產(chǎn)原料

嚴(yán)把原材質(zhì)量關(guān)，選擇性價比高的石油焦、煤瀝青原材料。

（1）石油焦微量元素對抗氧化性能影響

石油焦中均含有V、Na、S、Ca、Si、Fe 等有害微量元素，如果微量元素含量高，將帶到陽極中，在電解槽的電化學(xué)反應(yīng)過程中，V、Na、Ca 等微量元素就會起到催化作用，造成炭陽極過量消耗。

（2） 瀝青對抗氧化性能的影響

瀝青的甲苯不熔物、喹啉不熔物的含量過低或過高，都會影響其浸潤性能，造成糊料塑性差，導(dǎo)致煅后焦顆粒間粘結(jié)性差，焙燒時所形成的瀝青焦抗氧化性差。

2.炭陽極生產(chǎn)工藝參數(shù)

（1）石油焦的煅燒過程

石油焦的煅燒過程不僅要排出水分、揮發(fā)份，提高導(dǎo)電性、密度和機械強度，同時要提高化學(xué)穩(wěn)定性，為提高炭陽極的抗氧化性能奠定基礎(chǔ)。因此，保證煅燒溫度達到1300℃以上（見圖1）。

（2）瀝青溫度

瀝青溫度的合理控制對混捏質(zhì)量影響較大，瀝青溫度過高或過低，均會造成糊料塑性差，陽極生坯質(zhì)量差，焙燒時所形成的瀝青焦抗氧化性能差。在電解使用時，抗氧化性差的瀝青焦首率先氧化，導(dǎo)致焦粒脫落，形成炭渣。

（3）配料和混捏工序

以滿足堆積密度最大化為原則，制定合理的工藝配方，提高配料的準(zhǔn)確性，合理控制混捏時間和混捏溫度，才能生產(chǎn)出好的糊料，成型時需保持適宜的激振力和振動時間，生產(chǎn)出好炭陽極生坯，焙燒后的炭陽極就會具有較強的抗氧化性能。

（4）焙燒工序

焙燒時炭塊溫度要達到1050℃，并保溫12 小時以上，炭陽極的質(zhì)量才能得到保證，抗氧化性能提高（見圖2）。

圖2 焙燒溫度對炭陽極抗氧化性的影響

圖1 煅燒溫度對煅后焦空氣反應(yīng)性的影響

三、減少炭陽極掉渣主要應(yīng)采取的措施

1. 原料控制

選擇采購質(zhì)量優(yōu)、信譽度高的石油焦、瀝青生產(chǎn)廠家，原材料進廠后，對過磅、取樣、送樣、卸車等環(huán)節(jié)進行全程跟蹤，嚴(yán)把原材質(zhì)量關(guān)。對于加殘極配方，殘極粉末需退出生產(chǎn)流程，同時強化殘極清理質(zhì)量的監(jiān)管。對造成電解槽中炭陽極掉渣的V、Na 等活性強的元素，必須嚴(yán)格控制（見圖3）。

圖3 V 含量對炭陽極抗氧化的影響

2.石油焦煅燒技術(shù)控制

石油焦煅燒， 必須保證煅燒帶的溫度在1300℃～1350℃，使煅后焦有足夠的機械強度，穩(wěn)定的化學(xué)性能。可以通過規(guī)范石油焦配料，定期清理煅燒爐火道，優(yōu)化煅燒爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)，監(jiān)控整體爐溫，合理調(diào)整負(fù)壓調(diào)整，強化調(diào)溫作業(yè)管理等措施，改善煅后焦質(zhì)量。

3.瀝青的溫度和液位控制

合理安排瀝青到貨，進廠瀝青溫度不能高于230℃，瀝青到貨后首先卸至瀝青融化槽進行靜置降溫，當(dāng)瀝青溫度降至195℃以下方可向瀝青貯槽輸送，同時規(guī)范瀝青貯槽的瀝青溫度和液位，瀝青溫度控制在170-175℃，正常生產(chǎn)期間貯槽液位不低于4.5 米，成型檢修期間瀝青貯槽液位不低于3.5 米。通過合理控制瀝青貯槽的液位和使用溫度，使瀝青的浸潤性更充分，在用于炭陽極生坯生產(chǎn)時，混捏糊料可塑性好，炭陽極生坯密度高，炭陽極的氧化性能就提高。焙燒時所形成的瀝青焦抗氧化性能好。否則，炭陽極在電解槽中電化反應(yīng)時，瀝青焦抗氧化性能差，就率先氧化，導(dǎo)致煅后石油焦粒脫落，形成炭渣。

4.炭陽極生產(chǎn)成型階段和焙燒工序技術(shù)控制

成型工序通過強化供料操作，增加各粒度料和混合樣篩分頻次，提高配料的準(zhǔn)確性；使用混捏電流曲線監(jiān)控，改善混捏質(zhì)量；同時強化設(shè)備管理，保持生產(chǎn)的高效運行。焙燒系統(tǒng)可以采取縮短移架作業(yè)時間，優(yōu)化焙燒升溫曲線，強化負(fù)壓、調(diào)溫作業(yè)管理，完善全方位密封等措施，以保證焙燒炭塊質(zhì)量，使其具有較強的抗氧化性能。

5.炭陽極外形尺寸改進

為了更有效地減少炭渣量，降低電解陽極毛耗，提高陽極在電解槽的使用性能，我們將炭陽極的底面棱角改為R50mm 圓弧，減少了棱角電流集中、炭塊反應(yīng)過快、掉渣過多等現(xiàn)象，底棱改造后，電解噸鋁陽極毛耗降低3kg 左右，年產(chǎn)生經(jīng)濟效益165 萬元，同時更利于電解槽的平穩(wěn)高效運行，間接效益顯著。

四、結(jié)論

1.石油焦進行混合配比，尤其對V、Na 等元素含量進行控制。對煅燒過程加強控制，使煅后焦有足夠的機械強度和抗氧化性能；

2.合理控制瀝青貯槽液位和溫度，使焙燒時形成的瀝青焦，在電解槽中與煅后焦顆粒同步消耗，減少掉渣量；

3.強化工藝管控，加大科技創(chuàng)新力度，合理設(shè)置工藝技術(shù)參數(shù)，改善炭陽極質(zhì)量。

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