關于鋁用預焙陽極煅燒工藝的研究及應用

陳志剛

摘 要 預焙陽極是鋁電解槽的關鍵結構，因此預焙陽極的質量一定程度上決定了鋁電解生產的穩定進行和能耗情況。煅燒是預焙陽極生產的關鍵工序，過程的質量控制也會對煅燒質量起到決定性作用，是保證預焙陽極質量的重要條件。當前電解鋁是除鋼鐵之外的又一大金屬材料，在工業及其他各個領域中具有普遍的運用，約每噸電解鋁需要消耗500kg的預焙陽極，凈耗大約為430kg左右。本文主要針對鋁用預焙陽極煅燒工藝展開論述，并提出了有關的技術應用。

關鍵詞 鋁用預焙陽極;煅燒工藝;技術應用

引言

由于鋁具有十分活潑的化學性質，而自然地殼中的鋁大多為礦物質形態，直至20世紀60年代后，鋁金屬的產量才在世界范圍中超越了銅金屬成為產量首位的有色金屬，并在國防、通信、電力等多個領域開始普遍應用。近幾十年來，我國在鋁用碳素材料的生產技術上獲得了重大突破，但產品工藝和設備以及環保等方面仍然需要進一步改善，同時為應可持續發展戰略，碳素生產去換需要重點關注焙燒和煅燒爐的排放問題。目前我國氧化鋁、電解鋁、鋁用陽極產量已經居于世界前列，這也為鋁用預焙陽極產業帶來了更為廣闊的發展空間，但與此同時對于煅燒工藝的要求也越來越嚴格。

1鋁用預焙陽極煅燒工藝

煅燒工藝和成型工藝以及焙燒工藝都是預焙陽極生產期間的關鍵節點，煅燒工藝作為首要環節其重要性不言而喻。將石油焦置于煅燒爐或回轉窯中進行高溫處理，通常溫度可以達到1250℃～1380℃之間。煅燒期間需要重點關注以下幾點：其一，排出原料中的揮發分。延遲石油焦中的揮發分含量可能會達到15%甚至是更多，石油焦碳化程度能夠以揮發分含量來判斷。若揮發分含量較高，那么碳化程度便會較低，二者為反比關系，所以煅燒操作需要減少石油焦中的揮發分含量，這也能有效保證含碳量。經過煅燒，石油焦的物化性能可以得到有效提升，根據煅燒的溫度特征，石油焦中的揮發分含量基本都能降低至0.5%以內;其二，提高原料密度與強度。在煅燒之后，石油焦的體積會減小，密度和機械強度則會得到提高，這是因為煅燒期間揮發分得到有效排除。延遲石油焦煅燒變為煅后焦，密度能夠提高30%左右，而體積則會降低最高50%，體積密度則提高10%以上，抗壓強度也有了明顯提升;其三，排除原料中的水分。因為延遲焦化法生產出的石油焦會被水沖出，所以水含量一般會較高，通常可以達到10%左右，而經過煅燒的石油焦則能夠保證水分的有效排除;其四，加強原料的抗氧化性。由于石油焦在較高溫度的環境下會不斷排出氫、氧、硫等元素，所以化學活性也會降低，并且石油焦煅燒結束后，焦子抗氧化性以及化學穩定性都能夠得到加強[1]。

2鋁用預焙陽極煅燒工藝的技術應用

2.1 煅燒水處理技術

在鋁用預焙陽極煅燒爐運作期間，需要通過冷卻水套來將煅燒爐前的煅后焦進行冷卻，避免煅后焦對排料設備帶來的損壞。但地下水通常含堿量較高，若不進行針對性處理，冷卻水在溫度的作用下會結垢，大量水垢的形成會對冷卻水套帶來堵塞威脅。某公司在二期煅燒車間一開始采用循環水處理系統，利用強酸性陽離子交換樹脂和吸附水中鈣鎂離子來完成水處理。在硬度較高的原水進入水處理樹脂罐后會吸附水體中的鈣鎂離子，從而釋放水中的鈉離子，對水體進行軟化。而樹脂在吸附一定量的鈣鎂離子后便會逐漸趨于飽和狀態，此時通過交換器將水排出，水的硬度會提高，而控制系統會根據預設的程序將高濃度氯化鈉溶液促使樹脂再生，令樹脂能夠再次處于可交換狀態，能夠實現樹脂的循環利用[2]。

2.2 煅燒煙氣脫硫技術

為貫徹可持續發展戰略理念，降低大氣污染，某公司煅燒爐系統采用脫硫設備，設備運作較為穩定，將煙氣進行處理，保證經處理后的煙氣能夠符合有關排放標準。近年來我國對于工業環保指標要求越來越嚴格，重點控制化學需氧量（COD）和二氧化硫（SO2）、氨氮（NH3-N）等污染物，因此該公司針對脫硫設備進行改進，將原本的雙堿法轉變為石灰石-石膏法，不僅提高了脫硫率，同時也具備了顯著的除塵效率，確保二氧化硫以及煙塵能夠達到排放標準。石灰石-石膏法最主要的結構便是除塵脫硫塔，包含具有噴霧降溫效果的傾斜煙氣進口和脫硫除塵單元等，通過脫硫循環泵脫硫液輸送到噴淋層。煙氣經過脫硫塔入口先進行降溫加濕，之后去除煙氣中的顆粒物，然后煙氣上升經過脫硫除塵強化組織，這一組織主要由外向旋流導流單元與內向噴射版構成，煙氣通過后噴射脫硫液，保證氣液的充分結合，提高脫硫除塵效率。

2.3 廠區污水處理技術

預焙陽極生產期間不可避免會生成污水，而污水若未經處理便排放則會對周邊的水源和土壤帶來嚴重影響，這也嚴重不符可持續發展戰略理念。因此需要對廠區的生產污水進行科學處理，確保污水的排放能夠符合有關標準要求。廢水處理的主要方法便是分離水體中的污染物，或通過化學手段將水體中的污染物質分解，變成無污染性的水，實現水質的凈化，避免水體夾雜固體污染物或細菌等。在經過處理后，污水還可以應用到其他方面實現回收再利用，根據處理方法的差異，廢水處理通換倉可以劃分物理、化學、生物處理法。其中物理處理法多以沉降和篩濾為主，化學處理法多以離子交換法、吸附法、電滲分析法等。生物處理法主要為活性污泥法、A/O法、A/B法以及SBR法等。如某公司所采用的預曝調節+A/O接觸氧化+消毒處理法，A/O法便是以活性污泥法延伸而來的污水處理技術，通過好氧生物來實現污水的凈化處理，具有較強的適應性和高容積負荷，排泥量較小，并且脫氧效果較為優異[3]。

3結束語

對于預焙陽極生產來說，煅燒工藝及設備具有決定性作用，而煅燒工藝的改進和調整能夠有效提高煅燒爐的生產效益，提高煅后焦質量和預焙陽極的生產質量。在煅燒過程中通過煅燒水處理技術和煙氣脫硫技術、污水處理技術的應用能夠進一步改善生產效益，同時提高環保效益，有效減緩了生產過程的污染問題。

參考文獻

[1] 溫俊華，穆二軍.預焙陽極焙燒爐烘爐新技術應用實踐[J].炭素技術，2014（4）：52-56.

[2] 何川.預焙陽極焙燒爐焙燒特性研究[J].引文版：工程技術，2016 （6）：299.

[3] 王長虹. 鋁用預焙陽極煅燒工藝的研究及應用[D].長沙：湖南大學，2017.