炭阳极掉渣原因分析与措施

王 群

（中国铝业股份有限公司山西华圣铝业有限公司 山西永济 044500）

针对目前电解铝企业面临的严峻形势，如何控制炭阳极的消耗，减少炭阳极在铝电解生产过程中的掉渣现象，成为电解铝企业的重中之重。探讨如何提高炭阳极质量、减少炭阳极掉渣，对电解铝企业节能、减排、增效意义重大。

一、炭阳极技术指标

评价炭阳极质量的主要指标有：灰分、电阻率、耐压强度、真密度、体积密度，但五项常规指标并不能完全评判炭阳极质量；近几年对CO2反应性和微量元素指标提出了技术要求，也有一些企业对阳极使用效果进行评价。

二、掉渣原因分析

炭阳极生产所用原料、工艺控制参数和电解槽运行状况都影响炭阳极的掉渣量量。

1.生产原料

严把原材质量关，选择性价比高的石油焦、煤沥青原材料。

（1）石油焦微量元素对抗氧化性能影响

石油焦中均含有V、Na、S、Ca、Si、Fe 等有害微量元素，如果微量元素含量高，将带到阳极中，在电解槽的电化学反应过程中，V、Na、Ca 等微量元素就会起到催化作用，造成炭阳极过量消耗。

（2） 沥青对抗氧化性能的影响

沥青的甲苯不熔物、喹啉不熔物的含量过低或过高，都会影响其浸润性能，造成糊料塑性差，导致煅后焦颗粒间粘结性差，焙烧时所形成的沥青焦抗氧化性差。

2.炭阳极生产工艺参数

（1）石油焦的煅烧过程

石油焦的煅烧过程不仅要排出水分、挥发份，提高导电性、密度和机械强度，同时要提高化学稳定性，为提高炭阳极的抗氧化性能奠定基础。因此，保证煅烧温度达到1300℃以上（见图1）。

（2）沥青温度

沥青温度的合理控制对混捏质量影响较大，沥青温度过高或过低，均会造成糊料塑性差，阳极生坯质量差，焙烧时所形成的沥青焦抗氧化性能差。在电解使用时，抗氧化性差的沥青焦首率先氧化，导致焦粒脱落，形成炭渣。

（3）配料和混捏工序

以满足堆积密度最大化为原则，制定合理的工艺配方，提高配料的准确性，合理控制混捏时间和混捏温度，才能生产出好的糊料，成型时需保持适宜的激振力和振动时间，生产出好炭阳极生坯，焙烧后的炭阳极就会具有较强的抗氧化性能。

（4）焙烧工序

焙烧时炭块温度要达到1050℃，并保温12 小时以上，炭阳极的质量才能得到保证，抗氧化性能提高（见图2）。

图2 焙烧温度对炭阳极抗氧化性的影响

图1 煅烧温度对煅后焦空气反应性的影响

三、减少炭阳极掉渣主要应采取的措施

1. 原料控制

选择采购质量优、信誉度高的石油焦、沥青生产厂家，原材料进厂后，对过磅、取样、送样、卸车等环节进行全程跟踪，严把原材质量关。对于加残极配方，残极粉末需退出生产流程，同时强化残极清理质量的监管。对造成电解槽中炭阳极掉渣的V、Na 等活性强的元素，必须严格控制（见图3）。

图3 V 含量对炭阳极抗氧化的影响

2.石油焦煅烧技术控制

石油焦煅烧， 必须保证煅烧带的温度在1300℃～1350℃，使煅后焦有足够的机械强度，稳定的化学性能。可以通过规范石油焦配料，定期清理煅烧炉火道，优化煅烧炉内部结构，监控整体炉温，合理调整负压调整，强化调温作业管理等措施，改善煅后焦质量。

3.沥青的温度和液位控制

合理安排沥青到货，进厂沥青温度不能高于230℃，沥青到货后首先卸至沥青融化槽进行静置降温，当沥青温度降至195℃以下方可向沥青贮槽输送，同时规范沥青贮槽的沥青温度和液位，沥青温度控制在170-175℃，正常生产期间贮槽液位不低于4.5 米，成型检修期间沥青贮槽液位不低于3.5 米。通过合理控制沥青贮槽的液位和使用温度，使沥青的浸润性更充分，在用于炭阳极生坯生产时，混捏糊料可塑性好，炭阳极生坯密度高，炭阳极的氧化性能就提高。焙烧时所形成的沥青焦抗氧化性能好。否则，炭阳极在电解槽中电化反应时，沥青焦抗氧化性能差，就率先氧化，导致煅后石油焦粒脱落，形成炭渣。

4.炭阳极生产成型阶段和焙烧工序技术控制

成型工序通过强化供料操作，增加各粒度料和混合样筛分频次，提高配料的准确性；使用混捏电流曲线监控，改善混捏质量；同时强化设备管理，保持生产的高效运行。焙烧系统可以采取缩短移架作业时间，优化焙烧升温曲线，强化负压、调温作业管理，完善全方位密封等措施，以保证焙烧炭块质量，使其具有较强的抗氧化性能。

5.炭阳极外形尺寸改进

为了更有效地减少炭渣量，降低电解阳极毛耗，提高阳极在电解槽的使用性能，我们将炭阳极的底面棱角改为R50mm 圆弧，减少了棱角电流集中、炭块反应过快、掉渣过多等现象，底棱改造后，电解吨铝阳极毛耗降低3kg 左右，年产生经济效益165 万元，同时更利于电解槽的平稳高效运行，间接效益显著。

四、结论

1.石油焦进行混合配比，尤其对V、Na 等元素含量进行控制。对煅烧过程加强控制，使煅后焦有足够的机械强度和抗氧化性能；

2.合理控制沥青贮槽液位和温度，使焙烧时形成的沥青焦，在电解槽中与煅后焦颗粒同步消耗，减少掉渣量；

3.强化工艺管控，加大科技创新力度，合理设置工艺技术参数，改善炭阳极质量。

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