预焙阳极灰份对铝电解生产的影响及有效控制

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1、预焙阳极灰份对铝电解生产的影响及有效控制途径摘要：本文系统探讨了预焙阳极灰份对铝电解生产影响，并针对预焙阳极生产中灰份的来源及构成，进行了较全面的量化分析，密切结合中铝青海A铝厂实际生产状况，提出了具体有效的控制措施。关键词：预焙阳极、灰份、电解影响、控制途径作为铝电解用预焙阳极关键理化指标之一——灰份含量的控制日益受到铝电解生产企业的重点关注。随着国内外铝电解行业对炭素预焙阳极灰份试验与研究的逐步深入，已经取得了一些对实际生产具有指导意义的结果，但国内众多生产企业对这些成果转化与运用的水平却参差不齐。以中铝青海A铝厂为例，自1987年建成投产以来，由于对阳极灰份的研究与实际的转化运

2、用存在不足，生产中阳极灰份的有效控制进步不大，所幸的是现在该厂已经逐步深入开展了预焙阳极灰份专题研究项目，并总结了一些行之有效的控制方法，值得国内同行交流与参考。1灰份杂质对铝电解生产的影响生产过程中原料、残极等所携带的灰份杂质，对电解原铝质量、阳极净耗、毛耗、电流效率、电解槽操作工艺、阳极外观质量及其理化性能等经济技术指标都有着直接影响，所以许多国家对预焙阳极灰份中的微量元素含量特别重视，并把它限制在1×10－6级的限度［1］。因此，加强对预焙阳极灰份含量有效控制，在炭素及电解铝生产行业具有重大实际生产意义。国外文献指出,在实际生产中,影响阳极在电解槽中使用性能的灰份微量元素见表一

3、［2］。表1石油焦中影响阳极在电解槽中行为的主要元素表元素典型值金属性能阳极消耗电流效率污染S％0.5～3.5lH％0.05～0.1lSippm50～250lFeppm50～400lTippm5～10lPbppm1～10llNippm50～220llVppm30～350llNappm20～120lKppm5～10lCappm20～100lPppm1～10l1.1灰份杂质对预焙阳极氧化反应的催化与反催化作用：不同灰份杂质元素在预焙阳极中的含量不同，所起到的催化活性也有较大差异。有的元素对阳极在电解槽中的空气反应速率影响较大，有的元素则对阳极的CO2反应活性有较大影响，见表2：表2杂质元

4、素对预焙阳极CO2反应性、空气反应性影响反应杂质元素影响强度阳极CO2反应性CO2――→CONaCaFe强VNi中12PbCu弱阳极空气反应性C+O2→CO2VNaPbCu强NiFeSiCr中CaZnTi弱综合考虑预焙阳极灰份中杂质元素含量与其催化作用的强弱，需在实际生产中主要加以控制的杂质的元素是Na、Ca、Fe、V、Ni、Si等的盐类，这些盐类是很强的催化剂。其中，Na、Ca、Fe属于强碱性金属，它能起到催化作用的原因是碱金属具有较活波的S轨道电子，加速氧在炭上的吸附，减弱表面的C－C键。有文献指出，焦碳中微量元素Na、Ca对焦炭的二氧化碳反应性影响很大，可用公式直观表示为［3］

5、：Rco2（％）＝4.0＋[0.0411×Na（μg/g）＋0.101×Ca（μg/g）]/S（％）式中，Rco2（％）——焦炭的CO2反应消耗率CO2反应性（1000℃），％Na（μg/g）＋2Ca（μg/g）图1Na、Ca、S含量对焦炭二氧化碳反应性的影响V、Na、Ni对预焙阳极催化反应，主要是由于这类元素降低了焦碳着火温度，增加了预焙阳极高温下的氧化烧损，V对预焙阳极空气氧化消耗率的影响的可用公式直接表示为［1］：R空气＝6.68×10－2＋2.325×10－4V式中R空气为阳极的空气氧化消耗率，g/cm2•h；V为预焙阳极中钒的含量，10－6。但另一个方面，S、P对炭的氧化反

6、应、特别是对预焙阳极中的粘结剂焦的氧化反应有一定的抑制作用。Otto等人认为，杂质元素催化剂优先与SO2反应，生成稳定的硫化物使其催化作用降低。而P的化合物之所以降低碳的氧化反应在于磷在参与炭的氧化时能生成一种能包住炭的物质，致使碳的氧化速率降低［4］。同时有文献指出，尽管磷是有效的抑制剂，但是它对电解质／炭的界面张力、电解槽电解电流效率有不利影响，因此其含量应严格控制［1］。另外，有关研究表明，同一种杂质元素在具有不同的化学结构时，对阳极的反应活性的是不同的，甚至有很大差异（见表3）［5］。表3无机盐添加剂对阳极反应活性的影响单位:g/cm2.h无机盐类空白ALF3CaCO3Na3

7、ALF6CaF2MgF2Li2CO3Na2CO3反应活性0．07290．08470．08980．09140．10030．11140．20810．2116同一种杂质元素在不同化学结构状态下对阳极反应活性的不同影响，与其化学键结构、化学键断裂能量以及化学物质在熔融电解质液相分布都有着密切联系，对此方面的探讨有待进一步研究。121.2灰份加大阳极物料间的选择性氧化、形成大量炭渣、恶化电解槽操作环境正是由于灰份杂质的催化作用，会进一步加剧预焙阳极内煅后焦、残极、焙