铝电解中阳极效应的原因及控制措施分析

张 磊

（沈阳科技学院，辽宁 沈阳 110167）

阳极效应会对铝电解整个过程造成巨大损失，在生产控制中，相关人员的工作重点应放在阳极效应规避中，这可以在根源处斩断效应带来的一系列负面影响。在系统设计应用中，相关人员应找到影响效应熄灭成功率的因素，如此才能使系统的自动化控制力度加大，阳极效应才能消失在萌芽阶段。本文主要针对铝电解中阳极效应的原因及控制措施进行分析。

1 阳极效应造成的危害

主要包括以下六方面，其一在阳极效应作用下，电解槽的电压和电流都不再正常，电压的变化，会使电流运行效率降低，这不利于电能的有效利用，高电压和过电流会使环境温度升高，长期以往，电能浪费量必然增加[1]。其二该效应不仅会浪费电能，其对电压和电流的影响，会使整个供电系统运行效率降低，安全系数降低，当铝厂供电需求和供电质量得不到满足时，铝厂的生产效率自然会下降，如果不控制该效应，其造成的危害会越来越大，并形成恶性循环。其三阳极效应的发生也会影响铝电解速度，在效应作用影响最大时，电解过程会停止，铝便无法生产。其四当生产效率降低时，原材料用量会增大，产出量会减少，且该效应还会造成氟化盐的挥发，这意味着铝厂需要投入更多的原材料，才会生产出等量的铝产品。其五阳极效应还会对周围环境造成负面影响，劳动条件的恶化必然会对工作人员身心带来影响。其六效应作用下的最终产品质量会下降，甚至不达标。其七会使电解槽的能量无法再保持平衡，炉膛也会发生质损。

2 铝电解阳极效应的原因分析

（1）阳极效应机理。铝电解环节电解对象主要为冰晶石-氧化铝熔体，电解槽中的阳极组成物质主要为炭，在电解过程中，电解对象的浓度会逐渐被稀释，当该浓度过低时，炭端湿润度下降，其对气体的吸收效率会提升，炭阳极气体过多，会形成阻隔电流的气体膜，炭本身会被气体膜覆盖，相关的导电面积便会减少，这会使电流密度会逐渐飙升至最大值，这超出了安全规定标准数值，这便是阳极效应产生机理[2]。

（2）阳极效应原因。第一，换极作业过程中的阳极效应。其发生原因主要包括以下几方面，其一在电解对象浓度较低的条件下，发生换极作业，阳极被调开后，其电流密度会上升，远远超过电解对象能承受的最大电流密度，在这种状态下，阳极效应必然发生。其二电解质不合格，换极作业便可能对其造成影响，使其导电面积发生改变，在阳极调出后，电解质会回落，此过程便会造成阳极电流密度变大。第二，出铝过程中的阳极效应。其发生原因主要包括以下三方面，其一在电解氧化铝过程中，相关人员应控制铝液和阳极回落时间，使其保持同步，该过程需要通过计算机设备调控槽控机来达到目的，但如果槽控机的出铝键失效或出现滞后现象，两者则会先后落下，电解质落下时，阳极还未落下，这会使阳极的电流密度远远超过电流密度安全标准值，阳极效应自然发生。其二该过程中的过料量是有限的，不能满足铝的过量加工，这也会造成阳极效应。其三电解槽中的温度应保持恒温，温度参数才不会成为阳极效应发生的导火索，在实际中，电解槽经常会出现降温现象，有时是出铝散热引发，有时则是冷料加入后导致的降温。在这样的环境中，槽子必然发生阳极效应。第三，减量期发生的阳极效应。发生原因主要包括以下两种，其一在电压摆过程中，材料数量减少，阳极上升，会为阳极效应发生创造机会，这样的反应时间过长会加快阳极效应发生。其二操作不规范引发的减量加工现象，欠料加工条件下，氧化铝浓度必然降低，阳极效应会发生。第四，增量期发生的阳极反应。发生原因主要如下，其一下料口堵塞，增量指令失效，氧化铝浓度无法上升，则会发生阳极效应。其二同上，下料量减少，也会发生阳极效应。其三电解质杂质多，会影响氧化铝的溶解程度，虽然电解槽处于增量期，但实际的氧化铝浓度依然很低。其四停电状态下，槽温下降。

3 铝电解中阳极效应控制措施

（1）强化自控预报系统的建设。在铝电解生产过程中，铝厂会利用信息技术编制阳极效应预报程序和相关系统，专门用其来监督电解质中氧化铝浓度的变化、电解槽电阻变化、电流密度变化等，这些变化有可能会导致阳极效应，相关人员需要在预报程序中设置临界值，便可达到预报目的，当实际变化情况远远超过临界安全状态时，预报系统会发生警报。预报控制系统预报的主要参考依据是氧化铝浓度和电阻关系曲线图。该系统虽能预报警示，但依旧存在缺陷，相关人员还需要优化系统，使其能准确反映氧化铝变化后的浓度。

（2）构建完善的自动熄灭控制系统。自动熄灭控制系统意在将阳极效应扼杀在摇篮里，使其在萌芽状态便被消除。所以该系统要比自控预报系统优良，当然其在应用中也会受到一些因素的影响，如加料量、槽况等，相关人员需要结合这些因素，合理优化设计系统。相关系统为ELAS系统，该系统中的自动熄灭效应控制模块比较完善，可以及时发现阳极效应，及时消除效应。在构建系统完毕，相关操作人员还要掌握该系统的操作方法，如实执行自动熄灭阳极效应步骤。

（3）规范现场操作。在增量期，工作人员的误操作会造成阳极效应，在换极过程中，工作人员操作不规范，导致异常物料落到电解槽，换极精度会降低，在异常物料打捞过程中，整个换极空间和时间会增多，这反而会增加阳极效应的发生几率，相关人员需要规范现场操作，减少换极过程中的废物和时间。与此同时，相关人员还要控制电解槽的温度，使其一直保持在恒温状态。减量期的下料系统也是重点控制对象，避免物料堵塞或物料量减少现象，如此电解槽中的氧化铝浓度才不会降低。

（4）保证参数合理有效。下料系统与计算机设备连接在一起，这方便相关人员远程操控电解铝过程，相关人员需要通过设备，查看下料参数变化情况，主要对监控曲线进行分析，找到其中的异常参数，下料时间间隔等参数还要与实际需求相适应，如此铝电解过程中的参数才合理有效。

（5）减少停电次数。停电时间过长，也会导致氧化铝浓度降低，铝厂需要做好本厂的供电系统管理工作，保证供电可靠，减少停电次数，使电能稳定，使电解槽中的电压不会高升，如此电流密度也不会飙升，整个电解槽也会更加稳定。

（6）其他控制措施。首先找到阳极效应降低消除条件，如控制氧化铝质量，提升阳极质量，使用优质下料器，提供充足的原料，提升下料均匀度，避免电解质萎缩等等，都可以作为控制措施。

4 结语

在铝电解阳极效应熄灭控制中，相关人员应清楚意识到阳极效应弊大于利，还应对具体的危害性和原因、作用机理等了如指掌，这些信息是自动熄灭控制系统设计的参考依据。在系统应用发展中，相关人员还应致力于系统的优化设计，集成先进技术来提升系统的自动化程度，使熄灭系统对阳极效应的作用优势更显著。