殘極在電極糊生產(chǎn)中的應(yīng)用及其對電極糊性能的影響探討

洪亞鋒

摘 要：研究了電極糊配方中添加不同粒度和比例的硬殘極對電極糊性能的影響，得出當(dāng)添加粒度范圍為20～8am，添加比例為20%時(shí)，電極糊的耐壓強(qiáng)度和體積密度提高程度最大，并有效降低了電阻率和灰分。

關(guān)鍵詞：電極糊；殘極；應(yīng)用

電極在槽內(nèi)運(yùn)作一段時(shí)間（一般為一個(gè)周期）后，殘機(jī)會(huì)在電解槽內(nèi)發(fā)生鋼爪熔化的現(xiàn)象，因此，必須要定期將新極換入、舊極換出。殘極具有如下特性：在高溫焙燒殘極后，殘極的機(jī)械強(qiáng)度將會(huì)比石油焦高，其氣孔率也會(huì)非常低。由于這種特性，殘極多被當(dāng)作原材料來制備碳素制品，以便提高碳素制品的綜合質(zhì)量。

根據(jù)周新林等人關(guān)于不同種類的殘極以及不同殘極配入方式給陽極質(zhì)量造成的不同影響的研究可知，通過，殘極可以通過電解反應(yīng)變成返回料。所得到的返回料在清理干凈后，可以發(fā)現(xiàn)硬殘極依然以大顆粒的骨料形式存在，并可以參與到配料之中，進(jìn)而返回來提高預(yù)焙陽極的綜合質(zhì)量。

根據(jù)楊凱長等人關(guān)于殘極性質(zhì)、破碎方法、返回生產(chǎn)流程摻配方法、添加比例的的研究結(jié)果可知，若要提高碳素制品的機(jī)械強(qiáng)度，可以通過添加殘極來實(shí)現(xiàn)。在摻配含有殘極的配料后，所制成的陽極糊與預(yù)焙陽極具有的耐壓強(qiáng)度比未摻配之前有了2MPa的改善。不過，部分文獻(xiàn)也有提到，若在預(yù)焙陽極的制備過程中添加殘極，將會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量受到嚴(yán)重影響。

電極糊具有碳素功能，這種材料是電石爐的核心，其重要性要求電極糊必須要具有極高的強(qiáng)度與抗熱震特性。而低碳經(jīng)濟(jì)給高能耗企業(yè)帶來了越來高的要求，電石爐不再是形體巨大、狀態(tài)封閉，體積小、半密閉或敞開式的電石爐逐漸將其取代。因此，對電極糊的性能的要求越來越高。截止到當(dāng)前，尚沒有將殘極應(yīng)用于電極糊生產(chǎn)的研究報(bào)告。由于殘極具有高機(jī)械強(qiáng)度與非常低的氣孔率的優(yōu)越性，又能使電極糊的質(zhì)量大大提高，對于節(jié)省生產(chǎn)成本非常有效。當(dāng)前，新疆眾和公司針對每年超過400噸的返廠陽極局面，嘗試添加殘極來代替原有生產(chǎn)預(yù)焙陽極的原料，以達(dá)到節(jié)約成本、節(jié)能減排、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的。

文章嘗試將不同粒級、配比的殘極配比于電極糊制作配方中，對比殘極對電極糊的各項(xiàng)指標(biāo)與相關(guān)性能造成的影響，由于試驗(yàn)環(huán)境與生產(chǎn)實(shí)際有一定的差別，因此僅供參考。

1 殘極具有的性質(zhì)與特性

殘極在和電解質(zhì)有了長期的接觸后，將會(huì)產(chǎn)生諸如鋁、鎂、鈣、鈉、氟等電解質(zhì)成分，于外表形成了電解質(zhì)硬殼。將這些電解質(zhì)成分進(jìn)行徹底清理后，殘極仍可重新利用。將殘極從槽中替換出來后，按照殘極的質(zhì)量可以根據(jù)其性能指標(biāo)高低與對陽極質(zhì)量造成的影響大小作軟、硬兩種分類。其中產(chǎn)生電解質(zhì)少、受侵蝕程度低的殘極，由于和預(yù)焙陽極的相關(guān)指標(biāo)與性能沒有太大差別，被當(dāng)作硬殘極。軟殘極則是較預(yù)焙陽極的相關(guān)指標(biāo)與性能有著較大差別的殘極。因此，在進(jìn)行殘極添加時(shí)，多選擇硬殘極。主要注意的是，硬殘極的灰分較高，是因?yàn)樵陔娊獾倪^程中，有一些電解質(zhì)滲入到殘極中所導(dǎo)致的。

殘極與預(yù)焙陽極在平均耐壓強(qiáng)度這項(xiàng)指標(biāo)上有一定的差距，殘極是47MPa，與預(yù)焙陽極相差了大約7.84%。究其原因，與炭陽極材料的多微孔性決定的。在電解槽中發(fā)揮作用時(shí)，高溫產(chǎn)生的氧化氣體以及各種電解質(zhì)都在對炭陽極進(jìn)行滲透，氧化等各種反應(yīng)使得炭陽極的材質(zhì)變得疏松，產(chǎn)生越來越多的碎渣，并于使用過程中慢慢脫落。見表1，當(dāng)真密度變?yōu)?.03g/cm3后，耐壓強(qiáng)度正好高于47MPa，其可揮發(fā)部分就很少了，其理化性質(zhì)非常接近段燒焦（即水分為0.05%，灰分為5.94%，粉末電阻率為560.85？滋Ω，揮發(fā)分為0.11%）。于是，這時(shí)可以將殘極作為電極糊的添加物，以增加電極糊的強(qiáng)度。

2 電極糊生產(chǎn)試驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

（1）原料：a.顆粒料：電煅煤；b.粉料：煅燒石油焦。

（2）黏結(jié)劑：a.改質(zhì)瀝青；b.葸油。

（3）試驗(yàn)流程：a.篩分→b.配料→c.混捏→d.成型。

2.2 硬殘極的摻配方案

將硬殘極進(jìn)行徹底清理并放入顎式破碎機(jī)進(jìn)行破碎，保證粒度低于2cm。保證電煅煤和石油焦之間的比例以及黏結(jié)劑的用量都不發(fā)生變化，進(jìn)行如下?lián)脚浔鹊脑囼?yàn)：粒度（1）20-8mm；（2）8-4mm；（3）4-0mm。按照以上不同粒度分別進(jìn)行0%-20%的試驗(yàn)。其中混捏溫度應(yīng)該在160℃至175℃之間。

3 結(jié)果和討論

3.1 電極糊性能與殘極添加比例之間的關(guān)系

硬殘極摻配比不同，即便產(chǎn)品指標(biāo)可以滿足國家一級標(biāo)準(zhǔn)的要求。若粒度不同，最終生產(chǎn)的電極糊也有著不同的性能。同理，粒度相同的前提下，硬殘極摻配比不同也會(huì)影響到電極糊的性能指標(biāo)。以粒度在0-8mm的骨料為例，若將各項(xiàng)指標(biāo)提高到最大幅度，那么灰分將會(huì)減少1.21%左右，耐壓強(qiáng)度反而將會(huì)提高至少35%左右。

3.2 結(jié)果分析

通過試驗(yàn)我們可以發(fā)現(xiàn)：硬殘極添加與電極糊指標(biāo)變化，呈現(xiàn)出相同的趨勢，即：若提高了電極糊的耐壓強(qiáng)度，相應(yīng)的其他指標(biāo)也會(huì)發(fā)生變化。簡單的說，硬殘極于高溫電解槽中運(yùn)行時(shí)，電解質(zhì)對其造成的侵蝕比較弱，這使得硬殘極在耐壓強(qiáng)度、體積密度方面仍有較高的數(shù)值，因而電阻率與灰分也不是很高。相對于電煅煤，硬殘極具有更高的密度，適量替代電煅煤作為骨料時(shí)可以取少量來替代電煅煤，這樣不但能節(jié)省瀝青的消耗，還可以使電極糊增加一定的體積密度。

硬殘極受高溫影響，氣孔減少、結(jié)構(gòu)具有高致密性，混捏環(huán)節(jié)可以在提高溫度的同時(shí)適量減少黏結(jié)劑。這樣浸潤程度不會(huì)變化，糊料的塑性也不會(huì)降低。電極糊不改變揮發(fā)分，使用單耗不會(huì)增加，有助于降低對環(huán)境的污染，有利于工人健康工作。

公司實(shí)際上擁有的硬殘極非常少，因此本試驗(yàn)沒有添加不符合實(shí)際的硬殘極摻配比。僅僅驗(yàn)證了增加粒度與電極糊強(qiáng)度密度之間的聯(lián)系。需要注意，添加量要有限制，避免氣孔率增加而減少黏結(jié)劑的浸潤程度，進(jìn)而影響電極糊的性能，最終引起軟斷或硬斷等事故。

添加硬殘極強(qiáng)化電極糊，需要進(jìn)行理化指標(biāo)檢測并保證電極糊的潔凈，否則不但起不到優(yōu)化性能的目的，反而影響電極糊的綜合質(zhì)量，值得注意的是，由于殘極在電解槽中使用了一段時(shí)間，滲入了電解質(zhì)，含有部分微量元素和雜質(zhì)，如果清理不干凈，會(huì)極大影響使用性能，添加后反而會(huì)降低電極糊的質(zhì)量。

4 結(jié)束語

文章進(jìn)行電極糊的生產(chǎn)試驗(yàn)，探究于配方中根據(jù)不同粒度進(jìn)行不同摻配比的殘極添加，所得出的電極糊指標(biāo)的前后變化。由試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在粒度為20-8mm時(shí)，添加比例若為20%，則可以使電極糊有效提高耐壓強(qiáng)度與體積密度，同時(shí)電阻率和灰分也明顯降低。另外，，生產(chǎn)過程中添加殘極，還能達(dá)到節(jié)約成本的目的。

參考文獻(xiàn)

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