工業(yè)領(lǐng)域綠色低碳技術(shù)應(yīng)用案例7 提高鋁用炭陽(yáng)極抗氧化性技術(shù)項(xiàng)目

案例7提高鋁用炭陽(yáng)極抗氧化性技術(shù)項(xiàng)目主要完成單位：中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司主要完成人員：羅英濤、劉建軍、孫麗貞、胡聰聰、張繼光、楊宏杰、蘇自偉隨著電解鋁的大型化、高效化對(duì)陽(yáng)極質(zhì)量提出越來(lái)越高的要求，提升陽(yáng)極質(zhì)量是減少鋁行業(yè)碳排放的重要途徑之一。尤其是生產(chǎn)高導(dǎo)電抗氧化低消耗炭陽(yáng)極，不僅可滿足電解鋁的需要，同時(shí)可降低鋁工業(yè)的碳排放。一、項(xiàng)目背景2022年我國(guó)炭陽(yáng)極產(chǎn)量超2100余萬(wàn)噸，其中僅有191萬(wàn)噸用于出口，但是，從抗氧化性、導(dǎo)電性、灰分等方面來(lái)看，國(guó)內(nèi)使用陽(yáng)極質(zhì)量卻遠(yuǎn)不如占比不足一成的出口產(chǎn)品。一個(gè)重要的原因是煉油新工藝的大規(guī)模應(yīng)用，導(dǎo)致石油焦粉焦化嚴(yán)重，硫含量和V、Na、Ca、Si、Fe、Ni等有害雜質(zhì)元素含量（灰分）不斷升高，使得高品質(zhì)石油焦的供應(yīng)量不足，鋁用炭陽(yáng)極原料逐年劣化，嚴(yán)重影響炭陽(yáng)極質(zhì)量。另一個(gè)重要原因是炭質(zhì)骨料與膠料質(zhì)的抗氧化性不匹配，使得陽(yáng)極在使用過(guò)程中，膠料質(zhì)優(yōu)先被氧化脫落，導(dǎo)致炭質(zhì)骨料脫落，使得噸鋁炭耗、電耗增加，引起槽況不穩(wěn)定等危害。因此，亟需提高陽(yáng)極整體質(zhì)量，適配我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展的需求。圖SEQ圖\*ARABIC81炭質(zhì)骨料與膠料抗氧化性不匹配中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司開(kāi)展的提高鋁用炭陽(yáng)極抗氧化性技術(shù)項(xiàng)目，總體思路是保證陽(yáng)極原生產(chǎn)工藝不變，采用提高鋁用陽(yáng)極抗氧化性技術(shù)來(lái)提高陽(yáng)極整體質(zhì)量。通過(guò)在炭陽(yáng)極生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)抗氧化添加劑添加裝置和料倉(cāng)，在成型的干料配料環(huán)節(jié)添加0.2-0.6%的陽(yáng)極抗氧化添加劑，生產(chǎn)出高品質(zhì)抗氧化陽(yáng)極，提高導(dǎo)電性，使得質(zhì)量更加均質(zhì)。圖SEQ圖\*ARABIC82技術(shù)流程示意圖二、創(chuàng)新點(diǎn)及相關(guān)技術(shù)內(nèi)容創(chuàng)新點(diǎn)1：采用基體改性法開(kāi)發(fā)高導(dǎo)電抗氧化陽(yáng)極改性技術(shù)傳統(tǒng)陽(yáng)極材料電流傳輸效率較低，在高溫、高電壓環(huán)境下的穩(wěn)定性和耐腐蝕性較差。為此，項(xiàng)目采用基體改性法，系統(tǒng)研究了多種物質(zhì)對(duì)陽(yáng)極抗氧化性及導(dǎo)電性能的影響，開(kāi)發(fā)了高導(dǎo)電抗氧化陽(yáng)極改性技術(shù)。該技術(shù)可以在使用低品質(zhì)原料的情況下，使陽(yáng)極空氣反應(yīng)殘余率達(dá)到85%以上，CO2反應(yīng)殘余率達(dá)到90%以上，電阻率降低1-2μΩ·m。圖SEQ圖\*ARABIC83基體改性法開(kāi)發(fā)高導(dǎo)電抗氧化陽(yáng)極改性技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)2：改進(jìn)微量固體粉料和顆粒連續(xù)均勻計(jì)量配料方法傳統(tǒng)方法在微量固體粉料和顆粒連續(xù)均勻計(jì)量配料時(shí)，精度往往不夠高，無(wú)法滿足現(xiàn)代生產(chǎn)中對(duì)配料精度的要求，且普遍存在配料速度慢、操作繁瑣等問(wèn)題，或者由于微量固體粉料堆積在計(jì)量設(shè)備中影響配料的連續(xù)性和穩(wěn)定性，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下。針對(duì)上述問(wèn)題，項(xiàng)目首次研制開(kāi)發(fā)了一種將微量固體粉料和顆粒連續(xù)均勻計(jì)量配料的方法，該方法可實(shí)現(xiàn)了改性劑連續(xù)穩(wěn)定準(zhǔn)確的加入，使用誤差小于0.08Kg/t陽(yáng)極，滿足生產(chǎn)要求，該方法可適用于連續(xù)混捏和間斷混捏。圖SEQ圖\*ARABIC84微量固體粉料和顆粒連續(xù)均勻計(jì)量配料方法工藝流程創(chuàng)新點(diǎn)3：研究開(kāi)發(fā)了炭陽(yáng)極生產(chǎn)熱處理效果匹配技術(shù)傳統(tǒng)炭陽(yáng)極生產(chǎn)方法中，由于生產(chǎn)工藝和設(shè)備的限制，炭陽(yáng)極在熱處理過(guò)程中難以實(shí)現(xiàn)均勻和一致的加熱效果，導(dǎo)致質(zhì)量波動(dòng)大、能耗不穩(wěn)定和生產(chǎn)周期延長(zhǎng)。為優(yōu)化上述問(wèn)題，項(xiàng)目系統(tǒng)研究了選擇性氧化機(jī)理和熱處理效果對(duì)粘結(jié)相抗氧化性能的影響，開(kāi)發(fā)了熱處理效果匹配技術(shù)，該技術(shù)可使粘結(jié)相與炭質(zhì)骨料的抗氧化性能接近，減少選擇性氧化，改善導(dǎo)電性能，同時(shí)可降低陽(yáng)極焙燒天然氣消耗，從而提高生產(chǎn)效率、降低能耗，提升產(chǎn)品質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)力。圖SEQ圖\*ARABIC85煅燒溫度對(duì)煅后焦和粘結(jié)的影響三、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與推廣價(jià)值提高鋁用炭陽(yáng)極抗氧化性技術(shù)項(xiàng)目可應(yīng)用于新型炭材料行業(yè)，比如石墨烯、碳納米管的生產(chǎn)，通過(guò)該技術(shù)可有效減少石墨烯、碳納米管內(nèi)部的晶格缺陷，促進(jìn)其穩(wěn)定性，延長(zhǎng)使用壽命。目前，項(xiàng)目技術(shù)已在16家企業(yè)應(yīng)用，采用本性技術(shù)生產(chǎn)陽(yáng)極約60萬(wàn)噸。項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)、環(huán)境與社會(huì)效益顯著。經(jīng)中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司測(cè)算，采用本技術(shù)噸鋁生產(chǎn)陽(yáng)極消耗降低10-20kg，氟化鹽消耗降低2-5kg，炭渣減少10-20%，電流效率提高0.15-0.45個(gè)百分點(diǎn)，綜合成本共