浅析防止阳极钢爪侵蚀的方法及对比分析

丁向东

(青铜峡铝业股份有限公司，宁夏 青铜峡 751603)

在现代铝电解工业的过程中，阳极钢爪是阳极组的重要组成部分，是连接碳阳极和铝导棒的部件。在铝电解生产过程中，由于各种原因，阳极钢爪是经常发生的电解液腐蚀现象，钢爪的腐蚀，磷铸铁熔化成液态铝，液铝的品位下降，降低了阳极钢爪的使用寿命，对生产有不良影响。为了解决阳极钢爪腐蚀的问题，冶炼不断探索研究，研究了各种防止阳极钢爪腐蚀的方法和工艺，最后采用了简单实用的方法，较好地解决了生产中的问题。

1 阳极钢爪被侵蚀的原因分析

1.1 阳极钢爪的使用状况

预焙阳极团是电解槽的重要组成部分。电解生产过程中,钢爪作为导电体,一个强大的电流通过,同时扮演的角色支持和连接铝导杆、阳极钢爪的工作环境是非常糟糕的,酸的腐蚀和高温气氛很长一段时间,基本工作环境温度在400℃～600℃,很容易腐蚀,缩短其使用寿命。

图1 某铝厂电解质“上炕”现象 图2 某铝厂阳极钢爪被侵蚀变细

在电解生产中，当阳极达到一定高度并达到一定使用周期时，需要及时更换。当使用接近更换周期时，由于阳极接近控制水平，同时在生产预焙槽时，如果电解质水平保持较高，高温液电解质很可能被覆盖在阳极表面(通常称为电解液“上炕”)。当没有保护上阳极钢爪、强腐蚀性的电解液会不断清洗钢爪,导致钢爪冲洗好,影响钢爪的使用寿命,甚至部分磷铸铁将冲洗掉。当钢爪被刷细,阳极电流分布不均匀,能耗将会增加。另外，钢爪侵蚀和磷生铁熔化到铝液中，将污染铝液,使铝液品位降低，给生产造成不利影响。

1.2 钢爪被侵蚀的原因分析

根据阳极钢爪的使用现状分析,可总结得出阳极钢爪被侵蚀的原因为:①阳极钢爪表面覆盖材料壳块,上淹没了电解液阳极时,高温熔融电解质块覆盖材料外壳表面的裂缝渗透在阳极钢爪的钢爪侵蚀钢爪子的侵蚀的主要原因。②钢爪熔化的另一个主要原因是，钢爪周围的壳表面太过空洞，在电解液淹没阳极上部后，钢爪没有及时被压实。鉴于上述原因，一家铝厂采用以下方法防止阳极钢爪被侵蚀。

2 防止阳极钢爪被侵蚀的方法

2.1 调整电解质水平

为防止电解质淹没阳极上部造成对阳极钢爪的冲涮侵蚀，某铝厂开展实验，在阳极 接近更换周期时,用电解质箱取出部分电解质,降低电解质水平。与此同时，及时检查阳极钢爪四周,当发现壳面被电解质融化时,用碓子砸实阳极钢爪四周壳面,用破碎料或氧化铝盖好钢爪四周,防止电解质渗透到钢爪四周。

2.2 使用阳极钢爪保护环

为防止“上炕”电解质对阳极钢爪冲涮侵蚀，考虑在阳极上部钢爪周围进行保护,具体做法为给钢爪套上一个保护环，该保护环既能起到保护钢爪的作用，同时又可延长阳极钢爪使用周期，且不污染铝液。

2.2.1 炭素保护环

某铝厂阳极钢爪炭素保护环使用牛皮纸套环、内部填充混配好的炭素原料的形式制作。其生产方法为废浆、沥青、废碳环、粉碎、按一定比例混合、混合良好的碳环材料在牛皮纸、顶针、形成碳保护环前绕阳极钢爪圈填充。工艺简单，装配到预焙阳极钢爪槽，采用热电解电池，使保护环软化后——放电、分解、聚合、结焦，达到充分的强度，能有效抵抗电解液的冲刷，达到防止阳极钢爪腐蚀的目的。

图3 阳极钢爪炭素保护环

2.2.2 氧化铝保护环

某铝厂阳极钢爪氧化铝保护环使用牛皮纸套环，内部填充新鲜氧化铝粉，也可采用阳极焙烧车间干法净化系统出来的氧化铝来制备保护环。其制作方法简单，且氧化铝既不会污染铝液，又能减少电解槽本身的氧化铝使用量，成本低，绿色环保。

图4 阳极钢爪氧化铝保护环

2.2.3 铝灰环

阳极钢爪铝灰环，是利用电解铝企业铸造产出的副产品铝灰来制作阳极保护环，其工艺方法为将铝灰破碎、筛分、压制成型（两半圆形）、烘干。安装时将两半圆形铝灰环用铝灰泥浆粘结对接包围在钢爪上，形成阳极钢爪保护环，使用该法制备的保护环能够防止电解质过高而侵蚀钢爪，起到保护阳极钢爪的作用。

图5 阳极钢爪铝灰环

3 防侵蚀效果对比分析

3.1 调整电解质水平效果分析

经过实验，虽然这个方法可以解决这个问题的电解液腐蚀钢爪,但电解槽生产破坏性较大,易引起电解槽在寒冷的旅程,技术条件很难维护,电解槽频繁,影响炉底降水增加,长伸腿,增厚的外壳表面,减少炉、影响生产,该方法弊大于利，建议不采用。

3.2 保护环效果分析

为分析阳极钢爪在使用不同保护环情况下的钢爪防侵蚀效果，某铝厂成立专业小组，分别对采用炭素保护环、氧化铝保护环、铝灰环及不使用保护环的四种情况下的钢爪氧化程度进行跟踪和数据采集。各选取40组组装块，依次对组装块进行编号标注，对每组组装块四个钢爪直径进行测量、记录，在一个换极周期后，再次对标注的钢爪直径数据进行采集，对一个换极周期前后数据进行对比分析，为后续阳极钢爪防侵蚀决策提供数据支撑。表1为阳极钢爪直径情况对比。

表1 一个换极周期前、后阳极钢爪直径情况对比单位：mm

从上表数据统计看，在一个换极周期之后，阳极钢爪氧化程度从大到小依次为不使用保护环、氧化铝保护环、铝灰环、炭素保护环的钢爪。

总之,如果我们不改变现有的生产技术,提高阳极钢爪侵蚀现象仍然是最直接和有效的方法是保护,不同的保护钢爪其防止侵蚀效果是不一样的,应该结合自身特点,选择最好的方法来保护钢爪子。

4 结语

电解铝生产中，采取必要的阳极钢爪防侵蚀措施是必要的。采用调整电解质水平的方法防止阳极钢爪侵蚀,对生产的破坏性大,得不偿失。阳极钢爪保护环具有非常重要的作用，它不仅能有效地保护钢爪不受电解液的侵蚀和清洗，而且能延长阳极极更换周期，降低煤耗，节约成本。在具体的使用过程中，采用不同的阳极钢爪保护环。由于使用的原材料不同，其防腐效果和效果也不同。采用何种方式对阳极钢爪进行保护，需结合企业自身特点，选择简单实用、高效低耗的最佳方式。

笔者认为,采用炭素保护环对阳极钢爪进行保护，具有很好的结块密封效果，其防侵蚀效果优于其它保护方式。在实际使用过程中，钢爪未出现异常情况，该保护环经人工进行清理收集后，可循环使用。