淺議電解鋁殘極自動清理設備的幾點技術應用

何龍　李強

摘 要：近年來，鋁電解技術發展突飛猛進，新建電解鋁廠均采用大型預焙槽。目前國內已有30KA級電解系列數十家，對中國鋁電解技術做出了杰出貢獻。為了提高炭陽極使用周期、降低噸鋁陽極炭塊消耗量、提高電流效率，對炭陽極的質量要求也越來越高，炭陽極質量的好壞直接影響電解槽的技術指標。對陽極組裝車間來說，主要是處理好殘極上的電解質，減少炭陽極生產中灰分含量。目前大多數鋁廠都是采用人工清理，但是對殘極底部電解質清理的難度很大，造成炭陽極的微量元素增加，炭塊質量下降，進而影響電解槽正常運行。因此，需要尋找有效的清理技術來提高殘極處理效率。文章主要針對電解鋁殘極自動清理技術展開分析。

關鍵詞：電解鋁；殘極自動清理技術；應用效率

1 前言

殘極處理是陽極生產中的重要工序，主要目的是清除殘極中的電解質，從而回收利用，同時能夠保障殘極破碎重新生產之后陽極炭的使用性能和質量【2】。在小型鋁電解中，殘極清理工作主要是在電解車間完成的，清理工作主要是由人工清理，通過大錘和風鎬的清理，再將殘極用破碎機進行處理，這種清理方式不但增加了工作量且效率較低，同時容易造成環境污染，對員工的身體造成影響。因此，使用自動化殘極清理技術具有重要的現實意義。

2 試論殘極對陽極炭質量的影響

2.1 殘極中的微量元素對陽極炭質量的影響

陽極炭生產主要使用的原材料包括石油焦、瀝青焦以及殘極。殘極是陽極炭在電解槽使用一周期后剩余部分，表面被氧化鋁和氟化鹽所覆蓋，將表面覆蓋層清除之后，能夠繼續回收作為陽極炭生產原材料利用【3】。殘極是陽極炭的主要生產材料，殘極添加量約為20～30%，優質的殘極能夠有效提升炭陽極的使用性能，從而有效提高陽極炭的生產質量；若殘極表面覆蓋層未能清理干凈，會導致大量微量元素的殘留，例如鈉、鈣、鐵等，不但會影響產品的質量，同時會加速陽極炭在電解槽中的消耗速度，產生大量的炭渣，從而影響電解槽的運行效率。因此，需要徹底清除殘極中的覆蓋層，避免微量元素進入碳素生產系統，從而保障陽極炭的抗氧化能力。

2.2 殘極中的電解質對陽極炭質量的影響

從電解槽回收的殘極中有著許多的電解質，若沒有進行及時處理，很容易將微量元素帶入陽極炭中，從而影響陽極炭的質量，進而縮短陽極炭的使用時間以及鋁液的質量。殘極中的鈉含量、鐵含量對于陽性炭的損耗有著至少二級影響。鈉是目前已知影響二氧化碳反應最大的元素，能夠起到有效的催化作用，從而導致陽極容易產生炭渣、炭塊，增加了陽極炭的消耗量。

2.3 鈉、鐵、鈣元素對陽極質量的影響

從電解槽返回的殘極中帶有大量的電解質，如果處理不當，很容易帶進大量的鈉、鐵、鈣等元素，直接影響到陽極的質量，進而影響到陽極使用周期和鋁液質量。細殘極中鈉含量高達3387ppm，鐵含量高達1907ppm；其中鐵元素直接影響鋁液的品位，鈉、鈣元素對炭耗有較大的影響。鈉被認為是影響二氧化碳反應性最大的一種元素，起著明顯的催化作用，造成陽極易掉渣、掉塊，增加了炭耗量。

2.4 軟硬殘極對陽極質量的影響

電解槽返回的殘極可分為兩類：硬殘極與軟殘極。硬殘極受電解質侵蝕較少，強度高，假比重大，比電阻較小；軟殘極受電解質侵蝕較嚴重，各項性能次之。由于硬殘極的強度、假比重較大，添加硬殘極塊作骨料時對陽極有好的影響，而且其加入的量越大，陽極的強度、假比重也越大。添加軟殘極則對陽極強度及假比重無明顯的影響，但是容易被氧化性氣體所侵蝕，造成陽極炭塊疏松。

3 殘極自動清理設備的技術在電解鋁中的應用

陽極炭生產過程中約要使用20～30%的殘極，殘極的質量以及類型對于陽極炭各種性能都有直接影響。剛回收的殘極表面存在一層覆蓋層，需要將其清除后才能夠加入陽極炭的生產中，而傳統人工清除的方法效率低且安全性不高，因此，文章對殘極自動清理技術在電解鋁中的應用效果展開分析。

3.1 人工清理

由于自動清理設備的費用過于昂貴，許多小型電解鋁在殘極清理中多采用人工清理的方法，但是清理效率較低，往往需要花費大量的人力、精力，也容易造成生產車間的環境污染，特別是底部殘留的電解質存在較大的清理難度。殘極中有著大量的灰塵和電解質，能夠導致陽極炭氧化性增加且消耗速度加快，影響陽極炭的使用效益。

3.2 自動清理

對國外自動清理技術，本研究所使用的自動清理設備為加拿大進口的清理設備，其主要由兩個預碎站和一個傾翻站所組成，能夠自動清理殘極中的電解質，從而提高陽極炭的生產質量。其主要工作流程為：兩個預碎站利用沖擊錘將清除殘極上的電解質，然后通過傾翻站的推進頂桿，將電解質清理干凈，并通過氣錘系統的清理，然后利用殘極拋丸機將殘極表面覆蓋的電解質徹底清除，從而有效消除殘極中的電解質。殘極拋丸機主要是由預備艙、清理艙以及退出艙組成，清理倉主要是通過渦輪機噴出鋼砂來清除殘極表面的電解質，鋼砂分離之后能夠繼續使用，然后在退出艙通過吹風清除殘極上的灰塵與鋼砂，清除效率高且質量好，且由于是機器自動控制的，清除之后的殘極能夠投入陽極炭的生產中。

對國內自動清理技術，本研究使用的是某自動化公司的清理設備，其主要由錘破組、震動組、風鎬清理組和甩鏈吹清組共四套機組組成。其主要工作流程為：錘破組利用沖擊錘將殘極上的覆蓋層打松，然后通過震動機組的震動機將松掉的電解質震掉，風鎬清理組則將殘極鋼叉間的電解質頂出。最后的甩鏈機組通過旋轉甩鏈將殘極表面和鋼叉間的細微電解質清除干凈并使用壓縮空氣進行最后的吹渣，從而將殘極清理干凈，整套流程采用自動程序控制。

3.3 人工清理與自動清理的比較

由于殘極表面覆蓋了一層氧化物，若不進行有效處理會對陽極炭的質量造成嚴重影響，因此需要通過有效的清除措施進行清理。殘極清除設備與人工清除相比而言，在工作效率、工作質量以及對周圍環境的影響等方面都顯著優于人工清理，同時能夠有效突破殘極底部難以清除的問題，有助于提升工作效率，從而減小工作人員的工作量。有文獻指出，設備清理的效率大約是人工清理的6～8倍，能夠減少工作人員數量，提升經濟效益，并且由于人工清潔會導致生產車間到處都是灰塵，同時存在少量的氟化氫氣體，對工作人員的身體造成影響；而自動清理設備是在密閉空間進行清理的，能夠保障生產車間的環境，減少工作人員肺部疾病的發生。

4 結束語

隨著現代科學技術的不斷進步，清潔工藝與設備的出現為現代工業生產帶來了許多的便利，通過清潔生產工藝技術的應用能夠有效提升資源的消耗量，提高材料的利用率，減少對自然環境的影響，能夠有效提高生產效率。殘極的清除質量對于陽極炭的生產質量有著直接影響，而傳統人工清理的方式存在較多的問題，例如效率低、工作量大、生產車間污染引起的肺部疾病等問題，導致陽極炭生產質量受到直接影響，自動清理技術的應用能夠有效解決這些問題，因此，需要積極推廣殘極自動清理技術，有助于提高電解鋁的經濟效益。

參考文獻：

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[3] 楊學光，李楊，鄧清泉等.淺談電解鋁預焙陽極質量對電解鋁生產的影響[J].求知導刊，2015（10）：23～24.

[4] 王金鐸，鮑智文，崔利榮等.我國電解鋁用陽極與陰極炭塊市場需求預測[J].數理統計與管理，2014（2）：313.