殘極在電極糊生產中的應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，得出當添加粒度范圍為20～8am，添加比例為20%時，電極糊的耐壓強度和體積密度提高程度最大，并有效降低了電阻率和灰分。

關鍵詞：電極糊；殘極；應用

電極在槽內運作一段時間（一般為一個周期）后，殘機會在電解槽內發生鋼爪熔化的現象，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，殘極的機械強度將會比石油焦高，其氣孔率也會非常低。由于這種特性，殘極多被當作原材料來制備碳素制品，以便提高碳素制品的綜合質量。

根據周新林等人關于不同種類的殘極以及不同殘極配入方式給陽極質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變成返回料。所得到的返回料在清理干凈后，可以發現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，進而返回來提高預焙陽極的綜合質量。

根據楊凱長等人關于殘極性質、破碎方法、返回生產流程摻配方法、添加比例的的研究結果可知，若要提高碳素制品的機械強度，可以通過添加殘極來實現。在摻配含有殘極的配料后，所制成的陽極糊與預焙陽極具有的耐壓強度比未摻配之前有了2MPa的改善。不過，部分文獻也有提到，若在預焙陽極的制備過程中添加殘極，將會導致產品質量受到嚴重影響。

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度與抗熱震特性。而低碳經濟給高能耗企業帶來了越來高的要求，電石爐不再是形體巨大、狀態封閉，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。截止到當前，尚沒有將殘極應用于電極糊生產的研究報告。由于殘極具有高機械強度與非常低的氣孔率的優越性，又能使電極糊的質量大大提高，對于節省生產成本非常有效。當前，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預焙陽極的原料，以達到節約成本、節能減排、保護生態環境的目的。

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指標與相關性能造成的影響，由于試驗環境與生產實際有一定的差別，因此僅供參考。

1 殘極具有的性質與特性

殘極在和電解質有了長期的接觸后，將會產生諸如鋁、鎂、鈣、鈉、氟等電解質成分，于外表形成了電解質硬殼。將這些電解質成分進行徹底清理后，殘極仍可重新利用。將殘極從槽中替換出來后，按照殘極的質量可以根據其性能指標高低與對陽極質量造成的影響大小作軟、硬兩種分類。其中產生電解質少、受侵蝕程度低的殘極，由于和預焙陽極的相關指標與性能沒有太大差別，被當作硬殘極。軟殘極則是較預焙陽極的相關指標與性能有著較大差別的殘極。因此，在進行殘極添加時，多選擇硬殘極。主要注意的是，硬殘極的灰分較高，是因為在電解的過程中，有一些電解質滲入到殘極中所導致的。

殘極與預焙陽極在平均耐壓強度這項指標上有一定的差距，殘極是47MPa，與預焙陽極相差了大約7.84%。究其原因，與炭陽極材料的多微孔性決定的。在電解槽中發揮作用時，高溫產生的氧化氣體以及各種電解質都在對炭陽極進行滲透，氧化等各種反應使得炭陽極的材質變得疏松，產生越來越多的碎渣，并于使用過程中慢慢脫落。見表1，當真密度變為2.03g/cm3后，耐壓強度正好高于47MPa，其可揮發部分就很少了，其理化性質非常接近段燒焦（即水分為0.05%，灰分為5.94%，粉末電阻率為560.85？滋Ω，揮發分為0.11%）。于是，這時可以將殘極作為電極糊的添加物，以增加電極糊的強度。

2 電極糊生產試驗

2.1 實驗準備

（1）原料：a.顆粒料：電煅煤；b.粉料：煅燒石油焦。

（2）黏結劑：a.改質瀝青；b.葸油。

（3）試驗流程：a.篩分→b.配料→c.混捏→d.成型。

2.2 硬殘極的摻配方案

將硬殘極進行徹底清理并放入顎式破碎機進行破碎，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劑的用量都不發生變化，進行如下摻配比的試驗：粒度（1）20-8mm；（2）8-4mm；（3）4-0mm。按照以上不同粒度分別進行0%-20%的試驗。其中混捏溫度應該在160℃至175℃之間。

3 結果和討論

3.1 電極糊性能與殘極添加比例之間的關系

硬殘極摻配比不同，即便產品指標可以滿足國家一級標準的要求。若粒度不同，最終生產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影響到電極糊的性能指標。以粒度在0-8mm的骨料為例，若將各項指標提高到最大幅度，那么灰分將會減少1.21%左右，耐壓強度反而將會提高至少35%左右。

3.2 結果分析

通過試驗我們可以發現：硬殘極添加與電極糊指標變化，呈現出相同的趨勢，即：若提高了電極糊的耐壓強度，相應的其他指標也會發生變化。簡單的說，硬殘極于高溫電解槽中運行時，電解質對其造成的侵蝕比較弱，這使得硬殘極在耐壓強度、體積密度方面仍有較高的數值，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可以取少量來替代電煅煤，這樣不但能節省瀝青的消耗，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、結構具有高致密性，混捏環節可以在提高溫度的同時適量減少黏結劑。這樣浸潤程度不會變化，糊料的塑性也不會降低。電極糊不改變揮發分，使用單耗不會增加，有助于降低對環境的污染，有利于工人健康工作。

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

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

4 結束語

文章進行電極糊的生產試驗，探究于配方中根據不同粒度進行不同摻配比的殘極添加，所得出的電極糊指標的前后變化。由試驗結果發現，在粒度為20-8mm時，添加比例若為20%，則可以使電極糊有效提高耐壓強度與體積密度，同時電阻率和灰分也明顯降低。另外，，生產過程中添加殘極，還能達到節約成本的目的。

參考文獻

[1]楊凱長，尼云泉.殘極在炭素生產中的再利用[J].輕金屬，2003（2）：54-55.

[2]趙紅征，周新林.預焙陽極灰分對電解鋁生產的影響極有效控制[J].輕金屬，2006（11）：5l-57.

[3]夏金童.我國電極糊現狀與實際使用中的問題綜合分析[J].炭素，1995（4）：21-28.