淺談鋁電解槽的破損及維修

【摘要】在電解鋁生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中由于電解槽側(cè)部散熱不良、槽爐幫形成不好等一系列問(wèn)題，使得電解槽側(cè)部破損，從而降低電解槽的使用壽命。本文對(duì)電解槽的破損原因進(jìn)行了歸納分析，并提出了電解槽破損的檢查與維修方法。

【關(guān)鍵詞】鋁電解槽；陰極內(nèi)襯；破損；維護(hù)

1、鋁電解槽常見(jiàn)破損形式及原因

通常所說(shuō)的電解槽的破損是指其陰極內(nèi)襯的破損，鋁電解槽的陰極內(nèi)襯使用期不到1年，稱為早期破損。槽內(nèi)鋁液中的鐵含量連續(xù)增加，一般情況下，是槽底部陰極鋼棒受鋁液侵蝕熔化所致，往往是陰極炭塊破損的征兆。當(dāng)鋁液中的鐵含量連續(xù)超過(guò)1%時(shí)，表示陰極炭塊已發(fā)生嚴(yán)重破損。電解槽陰極內(nèi)襯破損可歸納為如下幾種形式：

1.1陰極炭塊及保溫絕熱結(jié)構(gòu)的變異

陰極內(nèi)襯的變異主要有：陰極炭塊發(fā)生變形—膨脹、隆起、裂開(kāi)或有沖蝕坑穴；炭塊之間的炭糊接縫發(fā)生裂紋，其中侵漬著碳化鋁、電解質(zhì)和鋁；炭塊中的鋼棒彎曲變形，一部分被鋁熔解侵蝕，形成亮晶晶的鋁鐵合金；炭塊下而的耐火磚層局部變質(zhì)，向上隆起，呈凸棱鏡狀；側(cè)部炭塊受到侵蝕，其中滲透著鋁和電解質(zhì)，體積膨脹；槽殼變形，側(cè)壁向外鼓出，四角上抬，底部呈船形。

陰極內(nèi)襯的變異，一般是從焙燒啟動(dòng)期開(kāi)始。由于水分和揮發(fā)成分自下而上冒出，并由于炭縫體積收縮，填充在炭塊之間的“炭糊”便與炭塊分離，形成裂紋。加入電解質(zhì)開(kāi)始電解之后，組織也開(kāi)始酥松，給電解質(zhì)和鋁液的侵入創(chuàng)造了條件。侵入炭塊和炭縫中的鋁液，繼續(xù)向下滲透，直到炭塊下而并淤積在那里。NaF成分是陰極界而上的表而活性物質(zhì)，它首先入侵，故在炭塊下而發(fā)現(xiàn)柱狀結(jié)晶的氟化鈉。侵入炭塊下的電解質(zhì)和鈉還同耐火磚層發(fā)生化學(xué)作用，使其變質(zhì)而體積脹大。一旦鋁侵入陰極鋼棒區(qū)，則鐵被熔解。由于鈉、電解質(zhì)和鋁先后侵入陰極內(nèi)襯中，引起炭塊和耐火層體積膨脹，于是炭塊向上隆起。在電解槽啟動(dòng)后6個(gè)月內(nèi)，隆起高度不超過(guò)2cm，以后則逐漸增大，在36個(gè)月內(nèi)達(dá)到10cm，以后趨于穩(wěn)定。

當(dāng)炭塊隆起增大時(shí)，會(huì)引起電流偏流和電壓降增大，鋁的純度降低，槽膛有效深度減小，造成電解槽操作困難，甚至停槽。

1.2鈉的滲透

在一定的NaF/AlF3分子比和溫度下，鋁中的鈉含量應(yīng)為平衡值。但是實(shí)際的鈉含量恒低于平衡值，主要原因是鈉向炭陰極滲透擴(kuò)散引起的。鈉往陰極炭塊中滲透之后，形成炭鈉化合物，炭的晶格體積膨脹，使晶格變得酥松，這是造成炭陰極破損的一個(gè)重要原因。一般認(rèn)為，鈉的侵蝕作用在較低溫度下尤其嚴(yán)重，因?yàn)樘库c化合物在高溫下部分分解，一般在溫度4001000℃內(nèi)，鈉對(duì)炭的破壞作用隨溫度升高而減弱。

故對(duì)于電解槽槽底的焙燒而言，焙燒溫度達(dá)到900950℃之后再開(kāi)始啟動(dòng)為宜。

1.3電解質(zhì)的滲透

電解質(zhì)的滲透量與陰極炭塊的材質(zhì)有很大關(guān)系。滲透量增大的順序與炭活性增大的順序一致。在無(wú)煙煤基陰極（未經(jīng)高溫焙燒的）中滲透量最多，其次是油焦和瀝青基（未經(jīng)高溫焙燒的），在石墨陰極中最少。而且，孔度大的材料滲透量多，孔度小的滲透量小。

根據(jù)對(duì)廢舊電解槽內(nèi)襯的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)在炭陰極中兒有A14C3（呈黃色）存在的地方必有NaF生成。有些廢舊內(nèi)襯中，NaF結(jié)晶體的厚度竟有4}6cm。在NaF與A14C3之間還出現(xiàn)鋁的晶片和晶體。炭化鋁廣泛存在于陰極炭塊木身的裂縫中以及炭塊之間的扎縫中，這是電解質(zhì)對(duì)陰極內(nèi)襯侵蝕的結(jié)果。

2、陰極內(nèi)襯破損的檢查與維修

2.1破損部位的檢查

2.1.1用鐵釬探查槽底把直鐵釬的尖端前部彎成長(zhǎng)約l0cm的直角鉤，然后把鉤尖伸入陰極下而，按照底塊和底縫排列的縱橫順序逐塊逐縫依次探鉤，把有坑和有縫的部位記錄下來(lái)，并估計(jì)出破損部位的長(zhǎng)度和深度。另外，也可觀察鉤尖的情況，因在破損部位，由于鋁水和陰極鋼棒的接觸，電阻很小，通電較多，沉淀較少，溫度較高，所以，鉤尖插入這里拔出后，鉤尖會(huì)有冒白煙現(xiàn)象。

2.1.2測(cè)量陰極電流分布和陰極鋼棒的溫度為了進(jìn)一步證實(shí)該槽是否破損，可根據(jù)槽內(nèi)初檢的情況，再測(cè)量一下陰極電流分布和陰極鋼棒溫度。一般情況下，熔化的陰極鋼棒的電流分布和溫度都比正常的高。

2.2破損部位的填補(bǔ)方法

確定破損部位以后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行填補(bǔ)。填補(bǔ)材料常用鎂砂、鎂磚塊、氟化鈣和氧化鋁沉淀。這些材料中的金屬元素電位順序都在鋁以上，即使熔入電解質(zhì)中，也不會(huì)在陰極上析出，不會(huì)影響電解的正常進(jìn)行和原鋁質(zhì)量。同時(shí)，這些材料密度較大，易沉在槽底，熔化或半熔化后，能以勃稠狀態(tài)充填于破損的深處或覆蓋在槽底，阻止鋁液的滲漏，減少陰極鋼棒被鋁液進(jìn)一步侵蝕，從而延長(zhǎng)電解槽的壽命。

填充材料的預(yù)制方法：將上述材料的一種或幾種與槽內(nèi)取出的沉淀或鋁液混合鑄成塊狀，其形狀大小和厚度，可根據(jù)破損部位尺寸靈活掌握。一般為長(zhǎng)方形，比破損而積稍大一些，以能將破損而完全覆蓋為宜。冷卻后使用。

在填補(bǔ)時(shí)，把這些成塊的填充材料放在漏鏟上，并用大鉤鉤住或用釬子壓住，慢慢送到破損部位，覆蓋住破損處。然后再用彎鉤檢查一下放置位置是否準(zhǔn)確，不準(zhǔn)確要調(diào)整，直到合適為止。

在填補(bǔ)之前，務(wù)必先取一個(gè)鋁試樣進(jìn)行分析，測(cè)定含鐵數(shù)量。然后在填補(bǔ)一晝夜后再取鋁試樣進(jìn)行分析，比較它們之間的含鐵情況。如果含鐵量停止上升或稍有下降，說(shuō)明填補(bǔ)正確。連續(xù)分析數(shù)次，直到含鐵量逐漸下降到正常指標(biāo)，才說(shuō)明已經(jīng)填補(bǔ)好。如含鐵量仍然上升，說(shuō)明填補(bǔ)的部位不正確或沒(méi)有補(bǔ)好，或另有破損之處，必須重新檢查，重新修補(bǔ)。實(shí)踐證明，如果填補(bǔ)得好，維護(hù)妥善，槽底雖已破損，仍可維持較長(zhǎng)的生產(chǎn)時(shí)間，仍可生產(chǎn)出高質(zhì)量的電解鋁。