大型電解槽破損原因及延長槽壽命問題分析

魏 亮

(河南黃金建筑安裝公司，河南洛陽，471000)

1 鋁電解槽的種類和破損特征

1.1 早期鋁電解槽的破損特征

1.1.1 陰極的電壓逐漸升高

當電解槽運行時間過長時，陰極的電壓就會逐漸的慢慢升高，這是正常的現象。但是如果對應的陰極電壓非常的高或者升高的速度非常快，就是陰極存在某些部件已經損壞的現象。隨著陰極的電壓逐步的升高這樣會致使槽內的電壓也會逐步升高，會增加電的消耗量，所以，當沒有漏槽的現象發生時，也應該立即查明原因，并且采取相應的預防措施，當情況若如很危急時，可以考慮將電解槽提前停止。

1.1.2 陰極隆起

陰極隆起這種現象主要是因為陰極之中的炭質材料當吸收了溶液中的鈉之后會發生膨脹，還有一些可能因素是因為森如碳陰極的鈉溶液和電解質相互作用，從而形成引起了體積膨脹。某些大型的預焙槽其陰極隆起時的高度有時候可以高達25cm 以上。當陰極隆起之時它會帶動著陰極的鋼棒向上進行彎曲，從而會影響到陽極正常的作業，當嚴重的時候會影響整個生產線的正常工作。可以通過測量陰極炭塊上不同位置的金屬鋁液隆起的高度來確定，陰極是否發生了隆起現象。

1.1.3 陰極孔洞

陰極孔洞是由于陰極上的炭塊被某些溶液腐蝕和侵蝕從而形成了充滿鋁液的凹形窩槽，最主要的原因是由于發生了化學反應而形成了碳化鋁。因為陰極的塊上有著機械損傷的地方，并受到磁力的影響這樣會產生小范圍的金屬旋流，這種旋流的會造成其中的孔洞情況更加嚴重。這種產生陰極孔洞的地方多數發生在電解槽中陰極最為薄弱的地方，例如邊縫或者搗固縫。通過測量金屬鋁液的高度之中的彎鋼釬沿上的陰極表面向前或向后移動的辦法來找到陰極孔洞。

1.1.4 電解槽內部的鋁液含鐵量增高

電解槽內部的鋁液含鐵量增高的主要因素是在鋁電解的加工過程當中，鋁液與電解質會通過陰極存在的一些裂紋、孔隙以及陰極搗固縫從而滲透到陰極的鋼棒之中，這樣會與陰極鋼棒相互接觸從而對鋼棒造成侵蝕的危害。可以通過觀察鋁液的凝固表面是否收縮和原鋁化學分析就能夠很簡單的看出鋁液中的鐵的含量是否升高。如果發現后，為了避免發生漏槽的現象，保證鋁具有良好的質量，可以進行提前停槽。如果需要電解槽再一次運行，就應該密切關注鋁液之中的鐵的含量變化，并且及時采取相應的措施，例如將電解質的成分改變，調節電解溫度，將破損的部位進行修補等等一些列措施，來減少鋁液和電解質對鋼棒造成侵蝕的危害，以此來防止漏槽的事故發生。

1.2 破損槽的種類

1.2.1 側面漏鋁或小面漏鋁

當槽膛內的固體電解質無法形成結殼或者結殼被融化，電解質和鋁就會非常快的腐蝕防護層以及側部的炭塊，被電解質和鋁侵蝕的鋼殼會熔化，這樣會導致漏槽的現象。在接近電解質和鋁液表面的交界處很容易發生上述情況。

1.2.2 側面漏液

當溫度相當高的鋁液滲透并且接觸到陰極的鋼棒之上，就會引起化學反應，從而會反應生成鐵鋁化合物，這樣會對鋼棒造成侵蝕。利用槽底部熱傳導效應來形成一個溫度的分布空間，此刻的溫度分布能夠促使液體進行流動，鋁液與熔融的電解質會流向通道內部。通過對比，就可以發現對鋁液的阻力最小的通道是陰極鋼棒，所以當鋁液到達電解槽時，它就會非常快的流經陰極棒孔而漏出。這種現象的漏鋁情況非常難控制，并且當其放生的時候往往會沒有早期的征兆。

1.2.3 槽底發生破損和漏槽現象

當陰極炭塊上存在裂紋，炭塊和炭塊之間的搗固糊上與測塊間搗固糊上存在裂紋，這些都會造成電解質和鋁液進行滲入，當裂紋慢慢的擴大是，從而會使鋁液和陰極鋼棒二者接觸，造成短路。鋁液和電解質會繼續侵蝕陰極下的隔熱層，并且將隔熱層破壞，最終會使鋁液和電解質進入到鋼槽的底部，并且侵蝕鋼槽，能夠很快的形成孔洞，從而造成了槽底漏槽的現象。

2 電解槽破損緣由

2.1 操作工藝不當

當操作鋁電解的時候，應該時刻保持注意電解質的成分變化與槽溫的變化，來確保槽幫結殼是否形成與穩定，如若操作不當，將會使電解質與鋁液會對電解槽的側壁造成不應該有的沖刷和腐蝕。

2.2 啟動電解槽的焙燒的方式不當

電解槽焙燒的啟動方法有很多，例如鋁液焙燒、火焰焙燒等等一些列方法，但是無論利用哪一種焙燒的方法啟動，都必須讓陰極的整體進行完全的焙燒，不能能夠造成電解槽底部加熱不均勻。如果沒有按照上述方式，將會使槽底的應力發生局部集中和局部的電解槽會變形，致使電解槽遭到破損。

2.3 電解槽的內襯受到腐蝕

在鋁電解的生產生活當中，由于槽內襯會時刻受到鋁液和電解質的腐蝕與運動的沖擊，電解過程之中也會產生鈉還有空氣中的氧氣和氮氣都會進入到電解槽內襯當中，這樣會造成腐蝕的作用。當電解槽的碳陰極與電解槽側壁被長時間的腐蝕之后，就會生成氮化鋁等一系列物質，改變了電解槽內襯的表面結構，同時還會讓原來的較小的裂紋和受到的機械損傷逐步的變大，這樣會形成比之前相對較大的裂紋，從而加深了腐蝕，電解液和鋁液將會慢慢達到陰極的鋼棒之中，同時也會進入槽殼之中，會產生槽漏現象和使電解槽遭到破損。同時，當電解槽內襯被鈉腐蝕以后，會發生體積膨脹，這樣會使得陰極隆起和發生陰極破裂現象，這同時是造成鋁液和電解液能夠很快的腐蝕電解槽內襯的原因。

3 延長槽使用壽命的措施

3.1 電解槽陰極使用半石墨的炭塊

陰極的炭塊總共可以分為三種類型，他們定性的比較如下表1 所示。

表1 陰極上炭塊的定性比較

相比較來說，從表中就可以看出石墨化的炭塊性能是相對其他的倆種是最好的，但是這種材料的價格也是最高的，當一次性投入是，不是一個客觀經濟的辦法。所以建議可以使用性能優良可靠的半石墨質的炭塊，這種材料在經濟上能夠被大多數企業所接受，在技術上也是相當可觀的，特別是半石墨的炭塊的抗磨性、導電能力和抵抗沖擊能力都相當的客觀。但是必須說明一點，有一部分的廠家半石墨炭塊，之中的部分骨料已經被石墨化，其實并不是真實的半石墨質的炭塊。與此同時，還可以利用圓柱形的陰極鋼棒，這樣能夠減少由于膨脹的差異而造成對炭塊作用的相應的應力，這樣能夠更好地使石墨質陰極炭塊發揮其更好地作用。

3.2 利用化學防滲透技術

在電解的生活生產當中，為了以防擁有腐蝕性質的電解質組分和鈉等一些物質對陰極的炭塊、保溫材料以及耐火材料的腐蝕和滲透，現在已經廣泛的利用陰極防滲透技術。陰極防滲透技術總共可以分為化學防滲和物理防滲，其中二者之中當屬化學防滲技術尤為先進，它擁有著改善熱平衡、節約爐料、延長電解槽的使用壽命和延長電解槽大修的周期等等許多優點。當前，在國外化學防滲透技術已經較為普遍，并且其中還取得了驕人的成績。對于我國已經有部分的生產廠家也研制出了化學防滲的滲料，這為我們以后延長電解槽的壽命提供了有力的條件。然而我國也有很多的鋁廠同時也進行了相應的實驗，但是其中的實驗結果只能差強人意。筆者認為，那些失敗的鋁廠進行實驗的電解槽大多數都是采用鋁液的焙燒技術，但是其中的鋁液不能夠與防滲材料二者相互作用，就不能夠形成良好的防滲層，從而就不能夠起到防滲透作用。某公司根據以上的情況進行分析，在焙燒的工程工藝上進行了改進，在2003 年底，已經開始全面的推廣新興的焙燒法，在當下的基礎之上，利用國內最先進的防滲材料，這樣取得了驕人的成果。

3.3 利用國內領先的搗固糊檢測技術

陰極的炭塊和電解槽側部之間、炭塊和陰極炭塊之中的搗固糊是電解槽的陰極之中最為薄弱的地方，它的最主要的功能就是填充炭塊與炭塊之間縫隙，以此來防止電解質與金屬滲透到陰極，同時為在焙燒期間炭塊的熱膨脹而提供了一個緩沖層。電解槽的壽命和搗固糊的緊密性和密實性有很大的關聯，它的這種特性決定著當在加熱的時候糊和炭塊的配合、操作過程中對無聊的改變等等性質的變化。據相關資料的介紹，當冷搗糊的密度為1.50/cm3 左右時，并且和半石墨質的陰極炭塊進行配套，此時的組合能夠很好的滿足上述的要求。

3.4 利用相對成熟的焙燒技術

電解槽的焙燒大概有3 種方法，他們的優點與缺點的對比如下表2。

表二 焙燒方法的對比

對于傳統老式的鋁液焙燒法有著許多的缺陷；焦粒焙燒法它能夠克服和有利的減少鋁液焙燒法的諸多缺陷，但是它對配套的技術要求比較高；燃氣焙燒法可以說是現如今最理想的焙燒法，它有著其他焙燒法無法達到的優點，它能夠代表著電解槽焙燒法的前進方向。對于當前我國的電解槽發展形勢來看，已經有很多的電解廠已經利用這種有效簡單的方法和化學防滲技術結合。

3.6 利用先進的管理技術

3.6.1 利用先進的穩定電流技術與合理供電技術

通過利用合理的技術來減少電流波動對于槽內熱平衡的干擾，并且降低化學侵蝕物的擴散幾率。

3.6.2 利用科學的管理方式

在生產和生活中，不斷地進行創新，從而達到對于操作做到精密完善，并且減少對電磁場的影響，同時降低機械侵蝕。

3.6.3 利用濕法無效啟動技術

當啟動電解槽時，可以采用濕法無效應啟動方法，這樣可以使電解槽內的溫度均勻地上升，這樣有利于降低對電解槽熱沖擊的影響，可以達到延長電解槽壽命的功效。

4 結束語

精心設計好的電解槽與電解槽的陰極結構，應該選用質量優異以及和實際生產相適應的材料，這樣能夠達到最佳的砌筑效果。以此同時，還應該配合著科學的管理理念和方式，不斷地進行創新，來提高生產量和提高使用壽命，達到更加理想的生產效率，為工廠帶來更好的效益。

[1] 王世學.大型預焙電解槽破損原因和槽壽命延長問題的探討[J].中南大學冶金學院，2003,3:40-45.

[2] 邱竹賢.預焙槽煉鋁(第3 版)[M]，北京：冶金工業出版社，2005,4:18-25

[3] 黨建平，胡金平，景翠林.延長大型預焙槽壽命的生產實踐[M].中南大學冶金科學與工程學院，2003,6：27-31.