探析鋁電解生產(chǎn)中碳渣的危害性

摘 要：通過對鋁電解生產(chǎn)中產(chǎn)生碳渣的危害性研究，從鋁電解生產(chǎn)中碳渣的產(chǎn)生入手，刻畫出碳渣的存在會增加電能消耗、損壞電解兩極、形成側(cè)部漏電等關鍵問題，從三方面提出碳渣危害的有效解決措施，為提高鋁電解生產(chǎn)的高質(zhì)量、高效益提供理論參考。

關鍵詞：鋁電解 碳渣 危害性

中圖分類號：X781.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）04（a）-0-01

1 鋁電解生產(chǎn)中碳渣的危害

鋁電解中的陽極碳塊質(zhì)量影響著電解產(chǎn)生，也影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。陽極碳塊質(zhì)量不達標，陽極上的碳粒還未來得及參與反應就脫落進入鋁電解質(zhì)溶液里面，受到電解質(zhì)的沖蝕形成碳渣，這極大地影響著鋁電解的生產(chǎn)。這些影響會導致電解能耗的增加，進而惡化鋁電解的生產(chǎn)，縮短電解槽的壽命。

1.1 增加電能消耗

鋁電解質(zhì)溶液中碳渣在電解過程中會造成鋁電解質(zhì)溶液比電阻增大，降低了導電率，會影響電解質(zhì)中電壓降的升高，增加電能消耗，碳渣在鋁電解質(zhì)溶液中的含量極大地影響溶液的導電率。碳渣微粒要小于10 μm才不會影響鋁電解的生產(chǎn)，碳渣顆粒的大小和導電率的作用成反比，由于碳和鋁電解質(zhì)溶液各自的導電性質(zhì)不同，當電流通過其交界面時，將產(chǎn)生電位梯度，電位梯度的差值高于和碳粒直徑同長度的鋁電解質(zhì)溶液電流通過路徑上的電壓降，碳粒在鋁電解質(zhì)溶液中不導電，也是一種絕緣體。因此，電解質(zhì)的導電率和碳渣的多少有關。

1.2 損壞電解槽陰極

鋁電解生產(chǎn)中如果出現(xiàn)大量的碳渣，勢必會產(chǎn)生熱槽，正常的電解槽中兩極間的鋁電解質(zhì)溶液中含碳會使電壓降升高，導致增加的電能不能為電解反應過程利用，它的消耗途徑就必然只能轉(zhuǎn)化成熱量釋放出來，這是電能轉(zhuǎn)化為熱能的結(jié)果，最終導致鋁電解質(zhì)溶液過熱，使電解槽的溫度上升，產(chǎn)生熱槽。在鋁電解質(zhì)溶液中碳渣累積到過量濃度時會增大比電阻，產(chǎn)生嚴重影響，不僅使電解質(zhì)電壓降升高，還額外使電解槽兩極間的電能增加，產(chǎn)生少量碳渣浪費電能，產(chǎn)生碳渣過量時會停止電解反應，損害電解槽的陰陽兩極，導致陽極被氧化，陰極的破損速度加快，同時消耗氟化鹽，對生產(chǎn)極為不利。

1.3 形成側(cè)部漏電

鋁電解質(zhì)溶液中碳渣產(chǎn)生后在溶液表面大量漂浮著，導致電解質(zhì)溶液水平過高，讓陽極埋入電解質(zhì)溶液中太深，導致陽極的氣體無法排出，降低電流效率。當碳渣的數(shù)量越來越多，會與碳素陰陽兩極組成電流通路，導致部分電流無法參與電解反應，這些電流積累過多，導致上口爐幫很難維持，電流順著碳渣進入鋁電解質(zhì)的陰極，引起側(cè)部漏電，嚴重時大量鋁電解質(zhì)溶液從碳塊狹小的縫隙漏出，形成側(cè)部漏爐。

2 鋁電解生產(chǎn)中減少碳渣的途徑

在鋁電解的生產(chǎn)中電解槽會產(chǎn)生過量的碳渣會降低電流效率，會導致在電解鋁時增加大量的電能消耗，這樣不利于電解槽的工作。因此，為防止在鋁電解生產(chǎn)中防止產(chǎn)生大量碳渣，可通過以下途徑來解決。

2.1 保持適當電解質(zhì)水平

碳塊是否被氧化掉渣取決于鋁電解質(zhì)水平的高低，鋁的導電性能高，鋁電解質(zhì)水平保持在19～21 cm之間為最佳，可使電解槽的陽極底部的熱量散發(fā)出來，降低槽溫形成堅實電解槽，提高電流效率。如果鋁電解質(zhì)溶液低于最佳水平會導致電解槽里蓄積的熱量減少，使電解槽內(nèi)的情況不穩(wěn)定。如果電解質(zhì)水平高于21 cm，甚至超過兩天內(nèi)要換的極的平面，這時±950度的電解質(zhì)溶液會在碳塊的表面循環(huán)流淌，會使保溫量由固態(tài)熔化變成液態(tài)，加劇碳塊表面氧化，極速增加碳渣的數(shù)量。因此，在鋁電解生產(chǎn)中要保持適當?shù)碾娊赓|(zhì)水平才能適度減少碳渣。

2.2 使用高品質(zhì)預焙碳塊

鋁電解質(zhì)生產(chǎn)中使用的碳塊質(zhì)量不合格，容易脫落碳粒形成碳渣。這就需要在鋁電解質(zhì)生產(chǎn)中使用高品質(zhì)的預焙碳塊，可以使用碳塊側(cè)面與底面的過渡角為圓弧狀的無下棱碳塊，這種碳塊抗沖刷力，從而減少碳渣的產(chǎn)生，穩(wěn)定鋁電解質(zhì)溶液生產(chǎn)，能降低能耗并且提高電效。在鋁電解生產(chǎn)中使用無下棱碳塊，不僅減少碳渣，減少電解槽的電阻，還可以降低槽電壓，提高電能消耗0.5%以上。為防止鋁電解質(zhì)溶液中陽極的消耗，就必須使用高品質(zhì)的預焙碳塊，提高碳材料的機械強度及抗氧化性能，減少陽極被氧化和碳塊脫落。

2.3 選用優(yōu)質(zhì)陰極碳塊

鋁電解生產(chǎn)中選用優(yōu)質(zhì)的陰極碳塊也尤為重要，陰極碳塊分為無定形碳塊，石墨化碳塊，半石墨化碳塊，半石墨質(zhì)碳塊四種。其中石墨化碳塊導電性能最好，雖然它不耐磨，但是從它的優(yōu)點所能取得的經(jīng)濟效益來看，石墨化碳塊是最佳選擇。針對石墨化碳塊不耐磨的缺點，可以在碳塊上噴涂一層二硼化鈦，便可延長碳塊的壽命。在鋁電解生產(chǎn)中要想有效抵抗鋁電解質(zhì)溶液的侵蝕，承受鋁液的沖刷，減少碳渣產(chǎn)生，只有選用優(yōu)質(zhì)的陰極碳塊和高質(zhì)量的底部碳塊，才能達到理想的效果，提升鋁電解生產(chǎn)的高效。優(yōu)質(zhì)的陰極碳塊和劣質(zhì)的陰極碳塊性能的重要差別在于電解膨脹率，優(yōu)質(zhì)陰極碳塊的電解膨脹率小。這樣當陰極碳塊在鋁電解生產(chǎn)中所接觸的材料強度應小于陰極碳塊的強度，可以緩沖應力，保護陰極碳塊，這對于優(yōu)質(zhì)碳塊來說并沒什么影響。因此在鋁電解生產(chǎn)中選用優(yōu)質(zhì)陰極碳塊是必然的方式，要高度重視陰極碳塊的質(zhì)量并且要對其進行擇優(yōu)選擇，這不僅能提高鋁電解生產(chǎn)的效率，還能提高電能利用效率，延長電解槽的壽命。

2.4 在電解過程中選用低溫操作

由于鋁的二次反應也是產(chǎn)生碳渣的一個原因，所以在電解生產(chǎn)過程中就要減少二次反應的發(fā)生。在生產(chǎn)操作中要保持低電壓，低氧化鋁濃度，低分子比，低溫度高極距，從而保證電解生產(chǎn)在較低的穩(wěn)定的溫度下進行，提高了電流效率，減少了鋁的二次反應損失，從而減少了碳渣的生成。

3 結(jié)語

在現(xiàn)目前的工業(yè)鋁電解生產(chǎn)中所用的電解槽的陰陽兩極都是由碳材料組成，因此在鋁電解生產(chǎn)中不可避免地會產(chǎn)生碳渣。為解決鋁電解生產(chǎn)中產(chǎn)生碳渣的危害性，就必須在鋁電解生產(chǎn)中通過保持適當電解質(zhì)水平、使用高品質(zhì)預焙碳塊、選用優(yōu)質(zhì)陰極碳塊等途徑來減少碳渣，從而提高鋁電解生產(chǎn)的高質(zhì)量，減少鋁電解生產(chǎn)中產(chǎn)生碳渣，保證鋁的最大利用化。

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