浅议电解铝残极自动清理设备的几点技术应用

何龙　李强

摘 要：近年来，铝电解技术发展突飞猛进，新建电解铝厂均采用大型预焙槽。目前国内已有30KA级电解系列数十家，对中国铝电解技术做出了杰出贡献。为了提高炭阳极使用周期、降低吨铝阳极炭块消耗量、提高电流效率，对炭阳极的质量要求也越来越高，炭阳极质量的好坏直接影响电解槽的技术指标。对阳极组装车间来说，主要是处理好残极上的电解质，减少炭阳极生产中灰分含量。目前大多数铝厂都是采用人工清理，但是对残极底部电解质清理的难度很大，造成炭阳极的微量元素增加，炭块质量下降，进而影响电解槽正常运行。因此，需要寻找有效的清理技术来提高残极处理效率。文章主要针对电解铝残极自动清理技术展开分析。

关键词：电解铝；残极自动清理技术；应用效率

1 前言

残极处理是阳极生产中的重要工序，主要目的是清除残极中的电解质，从而回收利用，同时能够保障残极破碎重新生产之后阳极炭的使用性能和质量【2】。在小型铝电解中，残极清理工作主要是在电解车间完成的，清理工作主要是由人工清理，通過大锤和风镐的清理，再将残极用破碎机进行处理，这种清理方式不但增加了工作量且效率较低，同时容易造成环境污染，对员工的身体造成影响。因此，使用自动化残极清理技术具有重要的现实意义。

2 试论残极对阳极炭质量的影响

2.1 残极中的微量元素对阳极炭质量的影响

阳极炭生产主要使用的原材料包括石油焦、沥青焦以及残极。残极是阳极炭在电解槽使用一周期后剩余部分，表面被氧化铝和氟化盐所覆盖，将表面覆盖层清除之后，能够继续回收作为阳极炭生产原材料利用【3】。残极是阳极炭的主要生产材料，残极添加量约为20～30%，优质的残极能够有效提升炭阳极的使用性能，从而有效提高阳极炭的生产质量；若残极表面覆盖层未能清理干净，会导致大量微量元素的残留，例如钠、钙、铁等，不但会影响产品的质量，同时会加速阳极炭在电解槽中的消耗速度，产生大量的炭渣，从而影响电解槽的运行效率。因此，需要彻底清除残极中的覆盖层，避免微量元素进入碳素生产系统，从而保障阳极炭的抗氧化能力。

2.2 残极中的电解质对阳极炭质量的影响

从电解槽回收的残极中有着许多的电解质，若没有进行及时处理，很容易将微量元素带入阳极炭中，从而影响阳极炭的质量，进而缩短阳极炭的使用时间以及铝液的质量。残极中的钠含量、铁含量对于阳性炭的损耗有着至少二级影响。钠是目前已知影响二氧化碳反应最大的元素，能够起到有效的催化作用，从而导致阳极容易产生炭渣、炭块，增加了阳极炭的消耗量。

2.3 钠、铁、钙元素对阳极质量的影响

从电解槽返回的残极中带有大量的电解质，如果处理不当，很容易带进大量的钠、铁、钙等元素，直接影响到阳极的质量，进而影响到阳极使用周期和铝液质量。细残极中钠含量高达3387ppm，铁含量高达1907ppm；其中铁元素直接影响铝液的品位，钠、钙元素对炭耗有较大的影响。钠被认为是影响二氧化碳反应性最大的一种元素，起着明显的催化作用，造成阳极易掉渣、掉块，增加了炭耗量。

2.4 软硬残极对阳极质量的影响

电解槽返回的残极可分为两类：硬残极与软残极。硬残极受电解质侵蚀较少，强度高，假比重大，比电阻较小；软残极受电解质侵蚀较严重，各项性能次之。由于硬残极的强度、假比重较大，添加硬残极块作骨料时对阳极有好的影响，而且其加入的量越大，阳极的强度、假比重也越大。添加软残极则对阳极强度及假比重无明显的影响，但是容易被氧化性气体所侵蚀，造成阳极炭块疏松。

3 残极自动清理设备的技术在电解铝中的应用

阳极炭生产过程中约要使用20～30%的残极，残极的质量以及类型对于阳极炭各种性能都有直接影响。刚回收的残极表面存在一层覆盖层，需要将其清除后才能够加入阳极炭的生产中，而传统人工清除的方法效率低且安全性不高，因此，文章对残极自动清理技术在电解铝中的应用效果展开分析。

3.1 人工清理

由于自动清理设备的费用过于昂贵，许多小型电解铝在残极清理中多采用人工清理的方法，但是清理效率较低，往往需要花费大量的人力、精力，也容易造成生产车间的环境污染，特别是底部残留的电解质存在较大的清理难度。残极中有着大量的灰尘和电解质，能够导致阳极炭氧化性增加且消耗速度加快，影响阳极炭的使用效益。

3.2 自动清理

对国外自动清理技术，本研究所使用的自动清理设备为加拿大进口的清理设备，其主要由两个预碎站和一个倾翻站所组成，能够自动清理残极中的电解质，从而提高阳极炭的生产质量。其主要工作流程为：两个预碎站利用冲击锤将清除残极上的电解质，然后通过倾翻站的推进顶杆，将电解质清理干净，并通过气锤系统的清理，然后利用残极抛丸机将残极表面覆盖的电解质彻底清除，从而有效消除残极中的电解质。残极抛丸机主要是由预备舱、清理舱以及退出舱组成，清理仓主要是通过涡轮机喷出钢砂来清除残极表面的电解质，钢砂分离之后能够继续使用，然后在退出舱通过吹风清除残极上的灰尘与钢砂，清除效率高且质量好，且由于是机器自动控制的，清除之后的残极能够投入阳极炭的生产中。

对国内自动清理技术，本研究使用的是某自动化公司的清理设备，其主要由锤破组、震动组、风镐清理组和甩链吹清组共四套机组组成。其主要工作流程为：锤破组利用冲击锤将残极上的覆盖层打松，然后通过震动机组的震动机将松掉的电解质震掉，风镐清理组则将残极钢叉间的电解质顶出。最后的甩链机组通过旋转甩链将残极表面和钢叉间的细微电解质清除干净并使用压缩空气进行最后的吹渣，从而将残极清理干净，整套流程采用自动程序控制。

3.3 人工清理与自动清理的比较

由于残极表面覆盖了一层氧化物，若不进行有效处理会对阳极炭的质量造成严重影响，因此需要通过有效的清除措施进行清理。残极清除设备与人工清除相比而言，在工作效率、工作质量以及对周围环境的影响等方面都显著优于人工清理，同时能够有效突破残极底部难以清除的问题，有助于提升工作效率，从而减小工作人员的工作量。有文献指出，设备清理的效率大约是人工清理的6～8倍，能够减少工作人员数量，提升经济效益，并且由于人工清洁会导致生产车间到处都是灰尘，同时存在少量的氟化氢气体，对工作人员的身体造成影响；而自动清理设备是在密闭空间进行清理的，能够保障生产车间的环境，减少工作人员肺部疾病的发生。

4 结束语

随着现代科学技术的不断进步，清洁工艺与设备的出现为现代工业生产带来了许多的便利，通过清洁生产工艺技术的应用能够有效提升资源的消耗量，提高材料的利用率，减少对自然环境的影响，能够有效提高生产效率。残极的清除质量对于阳极炭的生产质量有著直接影响，而传统人工清理的方式存在较多的问题，例如效率低、工作量大、生产车间污染引起的肺部疾病等问题，导致阳极炭生产质量受到直接影响，自动清理技术的应用能够有效解决这些问题，因此，需要积极推广残极自动清理技术，有助于提高电解铝的经济效益。

参考文献：

[1] 贺永东，张新明，陈明安等.电解铝液中Al2O3夹杂物的形成机理[J].中国有色金属学报，2015（12）：2046～2053.

[2] 徐浩，傅成诚，徐瑞等.电解铝企业阳极残渣、阳极残极浸出毒性鉴别及管理建议[J].中国环境监测，2015（4）：22～25.

[3] 杨学光，李杨，邓清泉等.浅谈电解铝预焙阳极质量对电解铝生产的影响[J].求知导刊，2015（10）：23～24.

[4] 王金铎，鲍智文，崔利荣等.我国电解铝用阳极与阴极炭块市场需求预测[J].数理统计与管理，2014（2）：313.