淺談對鋁電解質中碳渣的形成過程及鋁電解生產的危害

摘要：本文對鋁電解質中碳渣的形成過程及鋁電解生產的危害進行了分析和討論，并提出了減少碳渣的措施。

關鍵詞：碳渣 鋁電解 危害

在冰晶石——氧化鋁的溶鹽電解預焙槽中，陽極碳塊作為鋁電解的心臟部分，一直被人們所關注，其質量的好壞，直接影響著電解的進行和產品的質量。如果碳塊的質量達不到要求，將在鋁電解質溶液中產生過多的碳渣，對鋁電解過程產生一系列不利的影響，譬如造成電解質電壓升高，導致熱槽的產生，這不但引起電解消耗的增加，而且當熱槽產生時將惡化鋁電解的生產的諸多技術經濟指標，同時對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過程中碳渣的產生，就成為一個新的課題。

一、碳渣的產生

1.由于預焙塊質量的不合格造成氧化從而產生碳渣。預焙碳塊是由石油焦、瀝青焦、瀝青通過破碎、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產出不合格的碳塊。如：耐壓強度低、空隙度大、雜質大等，從而導致陽極的氧化和碳粒在陽極表面的脫落進入電解質中形成碳渣，有時會形成掉塊和裂縫，在電解質的沖蝕和洗刷下，形成碳渣。由于碳塊質量而引起的碳渣是生產中碳渣形成的主要原因。

2.二次反應生成游離的固態碳。鋁電解過程中的二次反應，不僅降低電流效率，而且還帶來另一方面的不利的影響，即溶解在電解質溶液中的鋁將陽極氣體中的CO2和CO還原C，在電解質溶液中形成細微的游離態碳渣。

其反應有兩種：

第一種反應為，在電解質的溶液中溶解的鋁與CO2反應生成CO，而CO又與AL反應生成C，即：

2AL（溶解）+2CO2=AL2O3+3CO（1）

2AL（溶解）+3CO=AL2O3+3C（2）

第二種反應為，電解質中的鋁直接將CO2還原成C，

3AL（溶解）+3CO2=2AL2O3+3C（3）

在上述兩種反應中反應（3）對于在鋁電解質中生成碳渣的作用，比反應（2）的作用要大，但這兩種反應所產生的碳渣，不是電解質溶液中產生碳渣的主要原因。

3.陰極碳素內襯的沖蝕剝落

在鋁電解過程中，陰極碳素內襯的剝落和碎裂是鋁電解溶液中產生碳渣的又一來源。鋁電解槽啟動后由于鈉的滲透，電解質溶液和鋁液的侵蝕和沖刷，陰極碳素內襯不久就會產生剝落，鈉的對陰極碳塊的滲入，是引起剝落的主要原因，鈉的滲入使碳塊內部產生應力，導致碳塊體積膨脹，并變得疏松多孔，從而剝落形成碳渣。

二、碳渣對電解過程的危害

1.鋁電解溶液中的碳渣，導致電解質的電阻增大，其結果造成電解質電壓降的升高，增加鋁電解生產的電能消耗。據具有關專業人士報道，當鋁電解質溶液中的碳渣含量達到1%（重量）時，電解質導電率約降低11%，由此可見碳渣對電解質的導電率的不利影響是極為顯著的，碳渣的顆粒越小，對降低電解質的導電率的作用越大。

2.鋁電解質溶液中的碳渣導致熱槽產生，當電解質中的碳渣積累到一定濃度時，由于比電阻的增大，必定造成電介質電壓降升高，從而使電解槽兩極間的電能收入額外增加，對于槽工作電壓和其它技術條件擺布正常的電解槽來說，兩極間由于電解質溶液含碳，導致其電壓升高而增加的這部分電能收入不為電解過程所必須；其唯一的消耗途徑是轉化為熱量釋放出來，結果引起電解質溶液過熱，槽溫上升，產生熱槽，這樣對電解生產是極為不利的，不但造成電能的無謂消耗，同時會使電解槽的陰極受到損壞，影響槽壽命，此外在處理熱槽時，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，當鋁電解質溶液表面漂浮有大量碳渣時，碳渣將與碳素陽極和陰極組成電流通路，部分電流會直接通過碳渣進入陰極或側部，而不能參與電解反應，形成側部漏電，嚴重時會造成側部漏爐。

三、減少碳渣的途徑

1.采用高品質的預焙碳塊。在前面關于碳渣的來源中已討論，由于碳塊質量的不合格造成碳粒脫落是產生碳渣的主要原因，在生產中使用質量不合格的碳塊，無疑為碳渣的產生創造了有利的條件，因此采用高質量的預焙塊是減少電解質溶液中碳渣的至關重要的措施。不但減少了碳渣的產生，從而穩定了生產，減少了工人的勞動強度，提高了電流效率，降低能耗，對于電解鋁廠來說，在預焙塊進廠之前就要進行嚴格的質量檢測手段，保證陽極碳塊的質量。

2.選用優質的陰極碳塊。與陽極碳素材料一樣，陰極碳塊的質量優劣對碳塊的剝落程度有影響，在砌筑電解槽陰極時采用優質陰極側部碳塊和底部碳塊能較有效地承受和抵抗鋁電解質溶液和鋁液的侵蝕和沖刷，從而減少碳塊的剝落，減少碳渣的產生。

3.在電解過程中選用低溫操作。由于鋁的二次反應也是產生碳渣的一個原因，所以在電解生產過程中就要減少二次反應的發生。在生產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，從而保證電解生產在較低的穩定的溫度下進行，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。

電解生產中只有選用優質的碳素材料，同時提高操作質量，盡可能減少碳渣的產生，才能取得良好的經濟技術指標。