用反應(yīng)性指標(biāo)評(píng)定陽(yáng)極的質(zhì)量

1、用反應(yīng)性指標(biāo)評(píng)定陽(yáng)極的質(zhì)量摘要：文章結(jié)合陽(yáng)極的各種質(zhì)量指標(biāo)，通過(guò)電解預(yù)焙陽(yáng)極消耗原因的分析，指出了現(xiàn)行的各質(zhì)量指標(biāo)的不足之處，提出用反應(yīng)性指標(biāo)評(píng)價(jià)陽(yáng)極的質(zhì)量，更能體現(xiàn)陽(yáng)極消耗的觀點(diǎn)。關(guān)鍵詞：陽(yáng)極質(zhì)量消耗反應(yīng)氧化1問(wèn)題的提出在預(yù)焙槽鋁電解生產(chǎn)中，預(yù)焙陽(yáng)極浸入高溫和具有很強(qiáng)腐蝕性的冰晶石熔鹽中。炭陽(yáng)極不僅起導(dǎo)電作用，同時(shí)也參與電化學(xué)反應(yīng)而不斷連續(xù)的消耗。再加上工藝殘極，陽(yáng)極單耗往往較理論值高出50%75%，即500580kg/t-AL。為了擺脫陽(yáng)極消耗帶來(lái)的一系列問(wèn)題，國(guó)外已研發(fā)了多種不消耗的陽(yáng)極，但在現(xiàn)階段，還未在工業(yè)電解槽上大規(guī)模使用，因而，提高炭陽(yáng)極的質(zhì)量，仍然是降低噸鋁的成本，改善電解操作

2、過(guò)程，提高原鋁液的質(zhì)量，提高電流效率的方法之一。從理論上講，生產(chǎn)每噸鋁所消耗的炭陽(yáng)極最低消耗量是333kg/t-AL。按照每安培時(shí)電量的和算的實(shí)際的炭耗量對(duì)理論耗量的比值，稱為炭耗指數(shù)。對(duì)自焙陽(yáng)極而言為1.83%2.00%之間，預(yù)焙陽(yáng)極而言為1.737.93之間，陽(yáng)極消耗的機(jī)理和原因是多方面的，主要是氧化鋁電解還原作用從陽(yáng)極的底部釋放的氧和陽(yáng)極材料之間的電化學(xué)反應(yīng)，陽(yáng)極的空氣氧化和布達(dá)反應(yīng)引起的；同時(shí)由于陽(yáng)極的粘結(jié)劑瀝青的焦碳在電解槽中使用時(shí)的選擇氧化造成，最終造成陽(yáng)極的骨料顆粒的氧化脫落造成陽(yáng)極的過(guò)量消耗等。2預(yù)焙陽(yáng)極在電解槽中的消耗分析在冰晶石一氧化鋁熔鹽電解池中，預(yù)焙陽(yáng)極用于電解槽有兩方

3、面的作用：第一，它作為電極使用，把電流導(dǎo)入爐膛。第二，參與氧化鋁電解的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，電解時(shí)離析出氧，氧與炭陽(yáng)極直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并以C02和CO的形式從電解槽中排除，其總的反應(yīng)式如下。AL2O3+3心+N)C=2AL+3N心+N)CO2+3(1-N”(1+N)CO式中N為CO2%(體積百分比)；1-N為CO%(體積百分比)。對(duì)電解槽氣體的研究證明，鋁電解的一次氣體是CO2,CO是由一次氣體CO2與熔在電解液中的C反應(yīng)生成。通過(guò)上式計(jì)算，所以每噸鋁消耗的陽(yáng)極的質(zhì)量為333kg/t-AL。實(shí)際上在電解的生產(chǎn)中凈消耗的陽(yáng)極一般為420-450kg/t-AL，含殘極，即俗稱毛耗”一般為500-580

4、kg/t-AL。其消耗高的原因分析如以下幾點(diǎn)。2.1炭陽(yáng)極的氧化脫羧反應(yīng)由于冰晶石一氧化鋁熔鹽電解質(zhì)體系的溫度通常為940C960C。炭在高溫氧化性氣氛中，不可避免地要發(fā)生氧化反應(yīng)，溫度越高，氧化反應(yīng)越劇烈。電解時(shí)產(chǎn)生的一次氣體CO2與陽(yáng)極或炭渣反應(yīng)生成二次氣體CO(CO2+C=2CO)而造成的陽(yáng)極的消耗稱作脫羧反應(yīng)，也叫布達(dá)反應(yīng)。對(duì)于陽(yáng)極來(lái)說(shuō)，溫度越高，羧基反應(yīng)的程度較低，陽(yáng)極的消耗就越低，所以預(yù)焙陽(yáng)極的最終溫度規(guī)定不低于1050C1080C?；鸬罒煔獾臏囟纫?guī)定根據(jù)采用的燃料和控制系統(tǒng)及測(cè)量?jī)x器的擺放位置設(shè)定在1150C1250C之間。這個(gè)反應(yīng)可能增加消耗1520kg/t-AL。2.2炭陽(yáng)極

5、的空氣氧化反應(yīng)炭陽(yáng)極與空氣直接接觸反應(yīng)也是增加陽(yáng)極消耗的一個(gè)主要的原因。由于電解槽槽型不同，空氣氧化的反應(yīng)程度不一樣。預(yù)焙陽(yáng)極電解槽主要是陽(yáng)極上部表面未加掩蓋部分和陽(yáng)極的下部與空氣相接觸部分被空氣氧化，預(yù)焙陽(yáng)極電解槽上部的氧化損失常常占有相當(dāng)大的比例，因此預(yù)焙陽(yáng)極氣孔較大時(shí)，會(huì)加劇陽(yáng)極消耗的增加。另外，預(yù)焙陽(yáng)極的形狀也會(huì)影響陽(yáng)極的消耗。2.3炭粉塵的損失在電解操作中，可以發(fā)現(xiàn)炭粉塵從電解槽火眼中噴出，這些炭渣少部分散落在空氣中，大部分在電解槽的火眼中被燒掉。產(chǎn)生炭渣的原因有機(jī)械的剝落和粘附的填充料，主要是粘結(jié)劑瀝青在焙燒時(shí)焦化不好，與骨料顆粒的反應(yīng)性差別較大造成；炭的不完全燃燒以及氧離子對(duì)陽(yáng)極

6、的碰撞等。在不撈炭渣的情況下，這些炭渣在電解槽中繼續(xù)與一次氣體CO2反應(yīng)，而被逐漸消耗掉。但有時(shí)電解槽中炭渣過(guò)多時(shí)，會(huì)嚴(yán)重干擾電解生產(chǎn)。2.4預(yù)焙陽(yáng)極的殘極損失從上面的幾種消耗的分析原因來(lái)看，由于炭陽(yáng)極的炭的化學(xué)反應(yīng)造成的陽(yáng)極的消耗是占主要的地位。而炭的化學(xué)反應(yīng)性是決定其化學(xué)反應(yīng)的劇烈程度，因而，通過(guò)測(cè)定炭陽(yáng)極材料的反應(yīng)性及粘結(jié)劑瀝青焙燒后的瀝青焦的反應(yīng)性，可以預(yù)測(cè)炭陽(yáng)極材料的反應(yīng)性；也可判斷陽(yáng)極的質(zhì)量，提出解決降低原料消耗的途徑?？傊ㄟ^(guò)的上述分析可知，解決陽(yáng)極消耗高的方法可通過(guò)改變陽(yáng)極的反應(yīng)性降低其消耗。因而氧化性指標(biāo)更能體現(xiàn)陽(yáng)極的質(zhì)量。3陽(yáng)極的質(zhì)量指標(biāo)及分析在國(guó)內(nèi)外電解鋁行業(yè)中，對(duì)預(yù)焙

7、炭陽(yáng)極質(zhì)量指標(biāo)主要是測(cè)定灰分、電阻率、熱脹率、C02反應(yīng)性、耐壓強(qiáng)度、體積密度、真密度、氣孔率等。在實(shí)際使用中多數(shù)的廠家只測(cè)定其中的45項(xiàng)指標(biāo)。由于CO2反應(yīng)性測(cè)定中偏差較大，很多的廠家沒(méi)有測(cè)定。而在國(guó)外對(duì)CO2反應(yīng)性要求較嚴(yán)格，指標(biāo)值比國(guó)內(nèi)低2025mg9cm2h）左右。同樣陽(yáng)極的消耗較國(guó)內(nèi)低4070kg/t-AI，雖然原因是多方面的，但陽(yáng)極質(zhì)量的影響是其主要的作用。假比重是指原料顆?；虺善吩嚇訂挝惑w積的重量。反映顆粒堆積的密實(shí)程度，這個(gè)體積是包括了骨料的真實(shí)的體積和氣孔的體積兩部分。假比重可以通過(guò)調(diào)整配方中各顆粒用量和粉子純度、成型時(shí)的重量設(shè)定、振動(dòng)時(shí)間、激振力、糊料的成型溫度等條件來(lái)實(shí)現(xiàn)

8、。氣孔率或孔度是指試樣中的氣孔體積占試樣總體積的百分比。氣孔率是從真比重和假比重推算來(lái)的一項(xiàng)指標(biāo)，氣孔率越大，真比重保持不變的情況下，假比重越小。在電解的生產(chǎn)使用中，氣體容易滲透，擴(kuò)散到陽(yáng)極的內(nèi)部，使氧化反應(yīng)加劇。比電阻是預(yù)焙陽(yáng)極的電阻系數(shù)，其反應(yīng)作為電解時(shí)導(dǎo)電材料陽(yáng)極導(dǎo)電性能的好壞，其大小決定著電流效率的高低。主要與原料石油焦的灰分含量高低，在煅燒過(guò)程中收縮和揮發(fā)分的排除有關(guān)。通過(guò)上面的對(duì)各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)的分析可以看出，現(xiàn)行的預(yù)焙陽(yáng)極質(zhì)量指標(biāo)，只能從預(yù)焙陽(yáng)極表觀方面和電氣性能提出要求，它們之間相輔相成，因而，有必要從陽(yáng)極消耗的原因分析，尋找一種能夠體現(xiàn)陽(yáng)極消耗的質(zhì)量指標(biāo)。4反應(yīng)性指標(biāo)和陽(yáng)極消耗的

9、關(guān)系從前面的陽(yáng)極的消耗機(jī)理和原因分析可知，氧化反應(yīng)是造成陽(yáng)極消耗的重要原因之一。因而，通過(guò)測(cè)定陽(yáng)極的反應(yīng)性或骨料反應(yīng)性，以及粘結(jié)劑瀝青焙燒后的焦的反應(yīng)性，就能達(dá)到改善預(yù)焙陽(yáng)極反應(yīng)性，降低消耗。因而，利用反應(yīng)性指標(biāo)更能體現(xiàn)預(yù)焙陽(yáng)極的微觀質(zhì)量，更能反映其質(zhì)量。從國(guó)內(nèi)普遍采用的預(yù)焙陽(yáng)極的質(zhì)量指標(biāo)可知，各項(xiàng)指標(biāo)是相關(guān)的。當(dāng)氣孔率低時(shí)，假比重就高，在高溫時(shí)，氣體不容易滲透和擴(kuò)散到內(nèi)部，使得氧化反應(yīng)降低，使得陽(yáng)極的消耗降低。因而,降低氧化性也應(yīng)從提高陽(yáng)極的體積密度入手。目前國(guó)內(nèi)已有長(zhǎng)城鋁業(yè)等許多廠已將生塊體密度做到以1.65g/cm3上。熟塊在1.6g/cm3左右。焦粉在氧化介質(zhì)中的反應(yīng)性（RA），根據(jù)反

10、應(yīng)式：CO2+C=2CO;可用來(lái)衡量它的化學(xué)反應(yīng)性。為了便于比較，研究了各種基體的反應(yīng)性（RA），炭粒級(jí)為-0.05mm、-0.08mm、-0.016mm和瀝青的混合物；在類似工業(yè)生產(chǎn)陽(yáng)極的溫度600C1200C煅燒。關(guān)系特性曲線1、2、3指粒度為-0.05mm、0.08mm、0.016mm混合物；未標(biāo)數(shù)字表示的是瀝青軟化點(diǎn)為73C、113C。從圖1中可以看出，氧化反應(yīng)性的高低與焦碳熱處理的最佳區(qū)域?yàn)閳D中的陰影部分。偏離這個(gè)區(qū)域?qū)⒃诠I(yè)電解槽中產(chǎn)生不良的后果，降低處理溫度，超出陰影部分規(guī)定的極限，將導(dǎo)致陽(yáng)極的收縮增加，提高溫度又由于有較高的氧化選擇性而導(dǎo)致陽(yáng)極的氧化率升高。從圖2中可以看出，在600C時(shí)，基本的反應(yīng)性（RA）比相同參數(shù)的填充料要高一些，當(dāng)溫度上升時(shí)，基本的反應(yīng)性（RA）趨近于填充料的反應(yīng)性（RA）,在1200C時(shí)，這個(gè)差別就可以忽略不計(jì)了，預(yù)焙陽(yáng)極的這個(gè)特性更明顯了。5結(jié)語(yǔ)因而，通過(guò)測(cè)定骨料、粘結(jié)劑瀝青混合均勻后的經(jīng)過(guò)高溫焙燒后的經(jīng)過(guò)高溫焙燒后的氧化性，更能體現(xiàn)陽(yáng)極