淺談對(duì)鋁電解質(zhì)中碳渣的形成過(guò)程及鋁電解生產(chǎn)的危害

摘要：本文對(duì)鋁電解質(zhì)中碳渣的形成過(guò)程及鋁電解生產(chǎn)的危害進(jìn)行了分析和討論，并提出了減少碳渣的措施。

關(guān)鍵詞：碳渣 鋁電解 危害

在冰晶石——氧化鋁的溶鹽電解預(yù)焙槽中，陽(yáng)極碳?jí)K作為鋁電解的心臟部分，一直被人們所關(guān)注，其質(zhì)量的好壞，直接影響著電解的進(jìn)行和產(chǎn)品的質(zhì)量。如果碳?jí)K的質(zhì)量達(dá)不到要求，將在鋁電解質(zhì)溶液中產(chǎn)生過(guò)多的碳渣，對(duì)鋁電解過(guò)程產(chǎn)生一系列不利的影響，譬如造成電解質(zhì)電壓升高，導(dǎo)致熱槽的產(chǎn)生，這不但引起電解消耗的增加，而且當(dāng)熱槽產(chǎn)生時(shí)將惡化鋁電解的生產(chǎn)的諸多技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，同時(shí)對(duì)電解槽的壽命也有影響，因此探討如何減少和控制電解生產(chǎn)過(guò)程中碳渣的產(chǎn)生，就成為一個(gè)新的課題。

一、碳渣的產(chǎn)生

1.由于預(yù)焙塊質(zhì)量的不合格造成氧化從而產(chǎn)生碳渣。預(yù)焙碳?jí)K是由石油焦、瀝青焦、瀝青通過(guò)破碎、煅燒、配料、混捏等工序燒制而成，如果采用的原材料及工藝不合乎要求就會(huì)產(chǎn)出不合格的碳?jí)K。如：耐壓強(qiáng)度低、空隙度大、雜質(zhì)大等，從而導(dǎo)致陽(yáng)極的氧化和碳粒在陽(yáng)極表面的脫落進(jìn)入電解質(zhì)中形成碳渣，有時(shí)會(huì)形成掉塊和裂縫，在電解質(zhì)的沖蝕和洗刷下，形成碳渣。由于碳?jí)K質(zhì)量而引起的碳渣是生產(chǎn)中碳渣形成的主要原因。

2.二次反應(yīng)生成游離的固態(tài)碳。鋁電解過(guò)程中的二次反應(yīng)，不僅降低電流效率，而且還帶來(lái)另一方面的不利的影響，即溶解在電解質(zhì)溶液中的鋁將陽(yáng)極氣體中的CO2和CO還原C，在電解質(zhì)溶液中形成細(xì)微的游離態(tài)碳渣。

其反應(yīng)有兩種：

第一種反應(yīng)為，在電解質(zhì)的溶液中溶解的鋁與CO2反應(yīng)生成CO，而CO又與AL反應(yīng)生成C，即：

2AL（溶解）+2CO2=AL2O3+3CO（1）

2AL（溶解）+3CO=AL2O3+3C（2）

第二種反應(yīng)為，電解質(zhì)中的鋁直接將CO2還原成C，

3AL（溶解）+3CO2=2AL2O3+3C（3）

在上述兩種反應(yīng)中反應(yīng)（3）對(duì)于在鋁電解質(zhì)中生成碳渣的作用，比反應(yīng)（2）的作用要大，但這兩種反應(yīng)所產(chǎn)生的碳渣，不是電解質(zhì)溶液中產(chǎn)生碳渣的主要原因。

3.陰極碳素內(nèi)襯的沖蝕剝落

在鋁電解過(guò)程中，陰極碳素內(nèi)襯的剝落和碎裂是鋁電解溶液中產(chǎn)生碳渣的又一來(lái)源。鋁電解槽啟動(dòng)后由于鈉的滲透，電解質(zhì)溶液和鋁液的侵蝕和沖刷，陰極碳素內(nèi)襯不久就會(huì)產(chǎn)生剝落，鈉的對(duì)陰極碳?jí)K的滲入，是引起剝落的主要原因，鈉的滲入使碳?jí)K內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致碳?jí)K體積膨脹，并變得疏松多孔，從而剝落形成碳渣。

二、碳渣對(duì)電解過(guò)程的危害

1.鋁電解溶液中的碳渣，導(dǎo)致電解質(zhì)的電阻增大，其結(jié)果造成電解質(zhì)電壓降的升高，增加鋁電解生產(chǎn)的電能消耗。據(jù)具有關(guān)專(zhuān)業(yè)人士報(bào)道，當(dāng)鋁電解質(zhì)溶液中的碳渣含量達(dá)到1%（重量）時(shí)，電解質(zhì)導(dǎo)電率約降低11%，由此可見(jiàn)碳渣對(duì)電解質(zhì)的導(dǎo)電率的不利影響是極為顯著的，碳渣的顆粒越小，對(duì)降低電解質(zhì)的導(dǎo)電率的作用越大。

2.鋁電解質(zhì)溶液中的碳渣導(dǎo)致熱槽產(chǎn)生，當(dāng)電解質(zhì)中的碳渣積累到一定濃度時(shí)，由于比電阻的增大，必定造成電介質(zhì)電壓降升高，從而使電解槽兩極間的電能收入額外增加，對(duì)于槽工作電壓和其它技術(shù)條件擺布正常的電解槽來(lái)說(shuō)，兩極間由于電解質(zhì)溶液含碳，導(dǎo)致其電壓升高而增加的這部分電能收入不為電解過(guò)程所必須；其唯一的消耗途徑是轉(zhuǎn)化為熱量釋放出來(lái)，結(jié)果引起電解質(zhì)溶液過(guò)熱，槽溫上升，產(chǎn)生熱槽，這樣對(duì)電解生產(chǎn)是極為不利的，不但造成電能的無(wú)謂消耗，同時(shí)會(huì)使電解槽的陰極受到損壞，影響槽壽命，此外在處理熱槽時(shí)，還消耗大量的氟化鹽，故其危害作用是非常巨大的。

3.鋁電解溶液中的碳渣造成電流損失，當(dāng)鋁電解質(zhì)溶液表面漂浮有大量碳渣時(shí)，碳渣將與碳素陽(yáng)極和陰極組成電流通路，部分電流會(huì)直接通過(guò)碳渣進(jìn)入陰極或側(cè)部，而不能參與電解反應(yīng)，形成側(cè)部漏電，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成側(cè)部漏爐。

三、減少碳渣的途徑

1.采用高品質(zhì)的預(yù)焙碳?jí)K。在前面關(guān)于碳渣的來(lái)源中已討論，由于碳?jí)K質(zhì)量的不合格造成碳粒脫落是產(chǎn)生碳渣的主要原因，在生產(chǎn)中使用質(zhì)量不合格的碳?jí)K，無(wú)疑為碳渣的產(chǎn)生創(chuàng)造了有利的條件，因此采用高質(zhì)量的預(yù)焙塊是減少電解質(zhì)溶液中碳渣的至關(guān)重要的措施。不但減少了碳渣的產(chǎn)生，從而穩(wěn)定了生產(chǎn)，減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了電流效率，降低能耗，對(duì)于電解鋁廠來(lái)說(shuō)，在預(yù)焙塊進(jìn)廠之前就要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)手段，保證陽(yáng)極碳?jí)K的質(zhì)量。

2.選用優(yōu)質(zhì)的陰極碳?jí)K。與陽(yáng)極碳素材料一樣，陰極碳?jí)K的質(zhì)量?jī)?yōu)劣對(duì)碳?jí)K的剝落程度有影響，在砌筑電解槽陰極時(shí)采用優(yōu)質(zhì)陰極側(cè)部碳?jí)K和底部碳?jí)K能較有效地承受和抵抗鋁電解質(zhì)溶液和鋁液的侵蝕和沖刷，從而減少碳?jí)K的剝落，減少碳渣的產(chǎn)生。

3.在電解過(guò)程中選用低溫操作。由于鋁的二次反應(yīng)也是產(chǎn)生碳渣的一個(gè)原因，所以在電解生產(chǎn)過(guò)程中就要減少二次反應(yīng)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(jìn)行，提高了電流效率，減少了鋁的二次反應(yīng)損失，從而減少了碳渣的生成。

電解生產(chǎn)中只有選用優(yōu)質(zhì)的碳素材料，同時(shí)提高操作質(zhì)量，盡可能減少碳渣的產(chǎn)生，才能取得良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。