芻議添加劑對(duì)鋁用碳素陽極消耗的影響

袁照東

摘 要 在進(jìn)行鋁電解生產(chǎn)過程中，碳素陽極的石油焦以及瀝青結(jié)焦之間存在著活性差異，此種差異是造成碳素陽極消耗的重要原因。本文主要通過測定石油焦以及瀝青結(jié)焦和二氧化碳反應(yīng)的方式分析不同添加劑對(duì)于鋁用碳素陽極消耗的影響，從中可知不同添加劑能夠不同程度降低石油焦和瀝青結(jié)焦與二氧化碳反應(yīng)活性的差異，能夠減緩氧化速度，可以有效降低碳素陽極消耗。

關(guān)鍵詞 添加劑;鋁用碳素陽極;二氧化碳

引言

本文主要分析石油焦、瀝青結(jié)焦和CO2的反應(yīng)來找到可以有效降低瀝青結(jié)焦活性的添加劑，從而有效降低碳素陽極的消耗，進(jìn)一步促進(jìn)電解鋁產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1基本試驗(yàn)概述

1.1 試樣的備制

為了能夠獲取準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，先要制備出有效的試樣。本文主要設(shè)定六種添加劑，分別為：AlF3、A、B、C、AlF3+C、AlF3+D等，將這些添加劑按照1%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)添加到破碎之后的瀝青以及煅后的石油焦顆粒當(dāng)中，通過三維混料機(jī)將這些材料混合均勻后裝入到剛玉坩堝中并做好相應(yīng)的密封，將這些混合料與空白試樣共同投入到大黏土坩堝當(dāng)中，通過石墨粉覆蓋之后遵照相應(yīng)升溫制度燒至1150℃并保持溫度3小時(shí)，確保其自然冷卻之后，將得到的瀝青結(jié)焦破碎并篩分，從中選取出合適粒徑（控制在0.9～2mm范圍）的顆粒實(shí)施CO2活性反應(yīng)測試[1]。

1.2 試驗(yàn)的過程分析

CO2活性反應(yīng)測試要在活性檢測裝置中進(jìn)行，該裝置最主要的部分包括反應(yīng)電爐、控溫系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)、測試系統(tǒng)以及供氣系統(tǒng)等部分。具體操作方式為：首先將控制反應(yīng)爐內(nèi)部的溫度設(shè)定在970℃，之后按照100L/h的速度向其通入純度為99%的CO2。之后將按照相應(yīng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)制備的石油焦以及瀝青結(jié)焦投入到試樣的托盤之中，使其和二氧化碳發(fā)生相應(yīng)反應(yīng)，2小時(shí)后查看天平中所顯示試樣的質(zhì)量。在此過程中和電子天平連接的記錄儀會(huì)間隔2min進(jìn)行一次結(jié)果記錄，并且將其傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，以此能夠得到失重率—時(shí)間的曲線。可以通過失重率來體現(xiàn)不同試樣的反應(yīng)活性情況，具體可以表示為：

其中R表示試樣的失重率，單位為%;Ms表示試樣的失重量，單位為g;M0表示試樣的初始質(zhì)量，單位為g。

2試驗(yàn)結(jié)果以及分析

（1）通過試驗(yàn)?zāi)軌虻贸隹瞻资徒乖嚇雍图尤胩砑觿〢、B、C試樣和CO2反應(yīng)的活性曲線。從中可知，相對(duì)于空白試樣來說，添加了A可以在一定程度上降低石油焦的活性，添加了B并不會(huì)明顯改變石油焦的活性，添加了C能夠一定程度上提升石油焦活性。

通過試驗(yàn)?zāi)軌虻贸霾煌瞻诪r青結(jié)焦試樣和加入添加劑A、B、C試樣和CO2反應(yīng)的活性曲線。從結(jié)果中可知，不同空白試樣的反應(yīng)結(jié)果大體相同，這就表明所測結(jié)果具有比較好的重復(fù)性。不同添加劑對(duì)于石油結(jié)焦以及瀝青結(jié)焦的影響具有同樣的規(guī)律，但是相對(duì)于石油結(jié)焦來說，對(duì)于瀝青結(jié)焦的影響相對(duì)更大，兩者之間的對(duì)比情況可知，在不投入添加劑的情況下，石油結(jié)焦要比瀝青結(jié)焦的活性低近9%，相對(duì)于石油結(jié)焦來說，添加劑對(duì)于瀝青結(jié)焦的影響要更加顯著。總的來說，添加劑A以及B都可以使石油結(jié)焦以及瀝青結(jié)焦的活性有所降低，其中A添加劑能夠使石油結(jié)焦的活性下降1.14%，能夠使瀝青結(jié)焦的活性下降7.36%;而B添加劑能夠使石油結(jié)焦的活性下降0.2%，能夠使瀝青結(jié)焦的活性下降4.15%;但是C添加劑能夠使石油焦以及瀝青結(jié)焦的活性都有所提升，兩者的活性差別達(dá)到了13%以上。

（2）通過試驗(yàn)?zāi)軌虻贸隹瞻资徒乖嚇雍图尤胩砑觿〢lF3、AlF3+C、AlF3+D試樣和CO2反應(yīng)的活性曲線。相對(duì)于空白試樣來說，AlF3添加劑可以大大降低石油焦的失重率，但是AlF3+D對(duì)于石油焦的失重率影響相對(duì)較小，而AlF3+C對(duì)于石油焦失重率的影響可以忽略不計(jì)。

通過試驗(yàn)?zāi)軌虻贸隹瞻诪r青結(jié)焦試樣和加入添加劑AlF3、AlF3+C、AlF3+D的試樣和CO2反應(yīng)的活性曲線。從結(jié)果中可知，相對(duì)于空白試樣，添加了不同添加劑的瀝青結(jié)焦活性都有所下降，可知AlF3+C對(duì)于瀝青結(jié)焦的活性影響不大，AlF3+D影響相對(duì)次之，而AlF3會(huì)使瀝青結(jié)焦活性下降最大。兩者之間的對(duì)比情況，從結(jié)果可知，3種添加劑不同程度地降低了石油焦以及瀝青結(jié)焦的活性，但是對(duì)于瀝青結(jié)焦的活性影響更加顯著。其中AlF3添加劑能夠使石油結(jié)焦的活性下降1.89%，能夠使瀝青結(jié)焦的活性下降6.72%;而AlF3+D添加劑能夠使石油結(jié)焦的活性下降1.18%，能夠使瀝青結(jié)焦的活性下降4.95%;而AlF3+C添加劑能夠使石油結(jié)焦的活性下降0.13%，能夠使瀝青結(jié)焦的活性下降2.89%;

（3）結(jié)論

通過上述試驗(yàn)可知，AlF3、A、B、AlF3+C、AlF3+D等添加劑都能夠使得石油焦以及瀝青結(jié)焦和二氧化碳的反應(yīng)活性有所下降，但是添加劑C卻可以提升石油焦以及瀝青結(jié)焦和二氧化碳的反應(yīng)活性。為了降低碳素陽的消耗量，要確保石油焦和瀝青結(jié)焦的反應(yīng)活性相當(dāng)，從試驗(yàn)可知AlF3、A、B、AlF3+C、AlF3+D等添加劑都可以降低兩者之間的差距，這樣就可以在碳素陽極中添加適宜的添加劑，能夠降低選擇性氧化的概率，從而降低陽極的消耗[2]。

3結(jié)束語

本文主要分析了不同類型添加劑對(duì)于碳素陽極活性的影響，并且通過試驗(yàn)驗(yàn)證了各種添加劑對(duì)于石油焦以及瀝青結(jié)焦和二氧化碳的反應(yīng)活性的影響，最終得到了AlF3、A、B、AlF3+C、AlF3+D等添加劑可以降低兩者之間活性反應(yīng)的差異，對(duì)于減少碳素陽極消耗具有重要作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 王春江.鋁用碳素陽極石油焦煅燒帶的軟測量建模研究[J].機(jī)械與電子，2016，（12）：15-17.

[2] 李浩.添加氧化鋁對(duì)鋁用碳素陽極性能影響的研究[D].沈陽：東北大學(xué)，2011.