淺談影響預焙陽極質量的因素

張曉光 姚清濤 王巖

摘 要：在鋁電解碳陽極生產過程中，影響預焙陽極質量的有多種因素。文章通過理論和生產實際相結合，分析了影響陽極質量的主要因素，提出了通過加強原料質量、用量控制、混捏溫度對陽極炭塊質量的重要性、優化生產配方及工藝，合理焙燒、從而生產優質陽極。預焙陽極作為鋁電解生產的陽極材料，在鋁電解生產中起到參與電化學反應和電解導電的重要作用。預焙陽極質量性能的好壞直接影響著鋁電解槽工作狀況的保持及原鋁質量的提高，預焙陽極的額外消耗（過剩消耗），不僅會增加鋁電解生產成本，而且會影響電解槽的正常工作參數，并且電解過程容易形成過量碳渣，進而嚴重影響原鋁生產，給電解鋁生產操作帶來較大困難。本文根據多年的實踐研究，對影響陽極質量的因素進行分析。

關鍵詞：預焙；陽極；質量；因素

一、預焙陽極生產原料的微量元素

預焙陽極生產采用煅燒石油焦、瀝青和返回料（電解鋁廠返回的電解殘極、焙燒碎料、生碎料）為原料。預焙陽極生產大體分為三個過程：原料石油焦的預處理（煅燒），原料經破碎、篩分、配料，生產出生陽極，再經焙燒得到預焙陽極產品。

（一）原材料中的微量元素

預焙陽極中微元素的來源。微量元素主要來源于生產預焙陽極的主要原料石油焦、瀝青等所含的灰份.此外還有生產工藝中返回料時進入陽極的灰份以及在生產陽極過程中進入陽極中的灰份。在這些灰份中所含的微量元素主要包括了鐵、硅、堿金屬、堿土金屬、釩、鉻、鈦和錳等。

（二）微量元素對預焙陽極危害

降低鋁成品純度、機械性能、導電性能。這類危害微量元素有Si、V 、Ti、Fe、Mn等。影響炭素制品的質量，使其物理性能下降，這類危害微量元素多為非金屬元素，如S、P等雜質含量高的陽極在焙燒過程中脆性增加，陽極發生裂紋。

此外，Na、V、Na等元素雖然對電解質、鋁的質量無大危害，但它影響炭陽極的反應性能，在二氧化碳、空氣及電化學反應中，對陽極起催化作用，使陽極選擇性氧化加劇，造成陽極易掉渣、掉塊。這不僅增加了碳耗量，而且大量碳渣掉入電解槽影響了生產操作并且降低了電流效率。

在我國現階段，預焙陽極中的雜質元素是以灰分的形式進行整體衡量，因而沒有對預焙陽極中所含每種元素的具體含量進行檢測，所以對于微量元素及其含量的多少，究竟會對預焙陽極哪項性能指標產生影響，難以準確確定。國外先進鋁生產國家結合實際生產情況，根據不同雜質元素對預焙陽極的影響，對每一種元素的含量都有嚴格的具體規定。現階段研究表明微量元素中鐵、鈣、鈉、釩等元素雜質的含量對預焙陽極的氧化反應性影響較大。硫含量每增加1%，陽極的凈耗則增大2～3，其他一些雜質元素雖然含量不高，確影響生產中細小變化，能引起預焙陽極反應性的較大波動，給電解生產和成本控制造成嚴重影響。

二、石油焦及殘極的強度

預焙陽極生產一般由65% 的石油煅后焦、20% 殘極及15% 煤瀝青，這些原料的成本大約占預焙陽極總成本的50% ，因而使用質優價廉的原料能夠降低陽極的生產成本。研究表明調整原料生產參數、原料特性之間的關系，直接影響在電解過程中陽極質量和性能。相關資料表明，石油焦的特性如：反應性、體積密度、氣孔率、強度、純度、組織結構、特殊表面等影響陽極的特性和性能，煅燒過程對石油焦質量也有重要的影響。生產中殘極的數量、殘極的硬度和清潔度直接影響預焙陽極的物理性能，例如機械強度、空氣滲透率。

三、二氧化碳反應性及空氣反應性

在預焙陽極質量因素中，空氣滲透率對陽極的影響最大。其CO2反應殘留與Na的催化作用和焙燒最終溫度有直接關聯；空氣反應殘留主要與原料性能、殘極著火溫度和最終焙燒溫度有直接關系，但都與空氣滲透率有重要聯系，因此，空氣滲透率是預焙陽極質量中的重要指標，也是衡量一個碳素生產企業技術水平的重要指標。

四、混捏溫度對陽極炭塊質量的重要性

混捏溫度對于混捏工藝過程來說是一個比較重要的因素，只有把溫度控制在一定溫度范圍內，才能獲得最隹質量產品。若溫度較高而未達到高溫，所混糊料密實度較低、塑性較差。糊料壓制出來的毛坯體積密度比較低，焙燒后孔度大、內部結構不均、機械性能差。混捏的溫度過高，會導致瀝青受熱開始變化，使得部分輕質組分逐漸分解和揮發，導致發生縮聚反應。因而生產中生坯的塑性降低，生坯的成品率低。通過研究發現適當的干料溫度還有利于瀝青對焦炭的浸潤。浸潤作用的強弱影響受到焦炭及液體瀝青界面的潤濕角來決定。溫度越高潤濕角越小，浸潤效果越好。

五、焙燒溫度對陽極炭塊的影響

焙燒工藝是陽極炭塊生產中的重要工序，生坯炭塊在專門設計的加熱爐內周圍用填充料隔絕空氣，按照一定升溫速度將生坯加熱到1000℃～1050℃左右的生產工序。在陽極炭塊生產焙燒過程中生坯炭塊主要是進行粘結劑的分解和聚合反應。因而焙燒的升溫速度、溫度梯度、最高溫度對陽極 質量都有很大影響。

在生產過程中焙燒溫度達到1100℃時，粘結焦的焙燒程度接近骨料煅燒的程度，使陽極二氧化碳反應消耗率迅速降低，而這一指標的降低對減少陽極在電解過程中掉渣、氧化，保證正常的電解生產技術條件，降低陽極消耗有非常重要的意義；當溫度提高到1200℃時，高溫使粘結焦進一步收縮，導致燒損量增多，陽極強度下降，同時導電性也有所下降，顯然過高的溫度對生產沒有任何的幫助；當溫度提高到1200℃以上時，火道的溫度將會達到1250℃～1300℃以上，這樣高的焙燒溫度并不能太多地改善陽極理化性能，只能加速焙燒爐火道墻的破損，縮短爐體使用壽命，同時也大大增加了能源的消耗。在焙燒過程中，由于生產工藝的差異，火道的破損、變形、負壓的影響，會導致焙燒實際生溫曲線偏離設計曲線，使得保溫時間和冷卻時間不夠，產生溫差并對陽極炭塊的質量有較大的影響。

六、結論

1.空氣滲透率是預焙陽極質量中的重要指標，也是衡量一個碳素生產企業技術水平的重要指標。應盡快將空氣滲透率和微量元素含量標準納入我國陽極生產國家行業標準，以便和國際市場接軌，發展我國的鋁工業。

2.預焙陽極中微量元素對陽極的使用性能有較大的影響，控制微量元素是提高陽極質量的重要部分。

3.通過加強原料質量、用量控制，焙燒溫度的控制，優化生產配方及工藝，生產優質預焙陽極技術是與國際要求接軌的大勢所趨。

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