低成本电解铝用预焙阳极研究

朱 波，侯振环

（1.山东舜天炭素科技研发有限公司，山东 济南 250403；2.济南万瑞炭素有限责任公司，山东 济南 250403）

在地壳里，铝是所有化学元素的第三部分中最重要的内容。金属铝显示了非常强大的物理化学性质，现阶段，铝和铝合金已经在我国各个领域之中得到应用，随着研究的不断深入，电解铝产量大幅度提升，而且在自焙槽之中得到了有效改造，预焙阳极是铝电解槽中的“心脏”，通过该结构作用，电解铝的质量和产量均能得到提升。

1 铝电解对预焙阳极的具体要求

1.1 对碳阳极的要求

第一，在整个实验或者应用过程中，阳极有更好的物理化学性质，减少空气和二氧化碳的活动，从而达到降低碳耗、延长阳极寿命等效果。第二，在电化学反应过程中，对阳极反应的反常的电化学性质的要求，在整个过程中减少了电力的消耗。第三，在电解过程中，异常杂质含量的含量极小，从而影响了产品质量的影响。第四，除了质量和不稳定的质量，还必须提供电解质来减少阳极效应。

1.2 预焙阳极质量的主要性能指标

第一，孔隙度。多孔是主要是一般的孔、孔隙和封闭孔。在电解过程中，相关气体会从开口气孔输入到装置之中，在此种情况之下，气体和燃料的反应会渗透到阳极的外部边界。为了得到一个质量的阳极，必须确保它得到多孔结构，避免开口气孔和内部缺陷的出现。第二，体积密度，体积密度是总孔度计算过程中必须知道的数据量，但在特殊情况下，也会利用特殊方式对阳极炭块中的密度进行表示。第三，真密度。该项数据与原料种类和阳极热处理条件息息相关。站在实际角度来说，工业阳极真密度的波动范围范围并不大，在2.04到2.10g/cm³。第四，电导率，电导率也被称之为电阻率，属于一项重要特性。在提高电导率的同时，可以降低阳极的电压降，从而进一步提升电解槽的电流强度，这样一来，电解槽的生产能力也能得到进一步提升。

1.3 预焙阳极原料——石油焦

在我们的国家，铝的异常电流是0.72 A/cm，大约是0.72，仅此一项，便可以让整个电解槽产率量降低10到15%，这对于同等规模的铝厂，可以带来巨大的能量损失和原料损失。

我国很多炼油厂所生产的石油焦细粉含量较大，在质量上也存在很大程度的波动，难以对阳极质量提出足够的保证，再加上在后续阳极使用之中总会出现氧化掉渣、裂纹掉块等问题，造成铝电解槽电流效率的下降，提升电能的损耗量，为相关企业带来巨大的经济损失[1]。

2 低成本电解铝用预焙阳极的方法

2.1 灰分对预焙阳极性能的影响

在铝的发展过程中，对阳极的需求越来越高，特别是在原料方面，需要严格控制微量元素的例子。此外，在石油空手道，主要是原料原料，不可避免的杂质。在这些元素中，电解能影响铝的质量，不仅会导致电阻率的增加，还会进一步降低铝机械强度。由于上述问题的出现，阳极在生产过程中的质量无法得到保证，导致其物理性能下降。在石油焦之中，主要的杂质内容包括S、Fe、V、Na等氧化物。这些杂质氧化物一旦被带入到阳极之后，很难将其去除，更会影响电解槽中的阳极行为和铝液质量。Si、Fe等杂质会对整个铝液品味产生直接影响，V、Na等将会增加炭的消耗量，甚至还会对周围环境产生严重影响。Na对炭阳极中的二氧化碳反应性以及空气反应性具有较强的催化氧化作用，S可以抑制这种作用，但S的氧化物将会导致阳极热脆性增加。

最终导致阳极脆裂情况的出现。如果杂质的含量较高，整个产品的寿命、韧性等将会受到严重影响。只有将燃料灰分降低到铝用炭素原料具体要求范围之内，最终完成对预焙阳极产品的有效制造。

2.2 石油焦代替原材料试验的研究方案

利用石油焦替代原材料的试验，需要完成燃料到阳极电解工艺中的一整套技术开发，作为炭素生产原料的无烟燃料，在制造过程中应该满足以下要求。

首先，灰分含量要低，而且在生产各种炭块下的无烟燃料灰分应该保持在8%以下，而且铝电解预焙阳极原料中的灰分要求度很低不足1%。其次，需要对机械强度提供足够保证，在经过一定时期的贮存之后，也能对机械强度提供较高保障。再次是热稳定性要求较高，整体硫的含量也要保持相对较小的位置。另一种选择是从重型媒体中选择燃料炭。如果介质密度大于1.00g/cm³，则工作人员可以利用颗粒密度差来选择燃料。有机溶液和无机溶液都是重液体，它们是可以长期保存的稳定介质。从悬浮的角度来看，当固体颗粒和水的混合物是静止的，粒子就会下沉，最终产生不稳定的介质。

2.3 废橡胶和无烟燃料部分替代石油焦制备预焙阳极实验

在中国，每年都有大量的废弃轮胎。如果将这些材料加工成焦炭，一些石油焦炭可以用于生产阳极，可以将废物转化为财富，不会污染环境。在具体的废橡胶实验中，总挥发分含量达到60.40%，固定碳含量不高，达到6.7%。为了提高轮胎在制造过程中的耐磨性，可以在橡胶之中加入一定量的炭黑，并对其进行硫化处理，从而对橡胶之中的灰分产生影响。

2.4 无烟燃料降灰制备预焙阳极的实验研究

为了对无烟燃料灰分之中的各种微量元素含量进行更加准确的分析和研究，相关研究人员需要做好无烟燃料样品的研究工作。

例如，美国布鲁克公司生产的AXS荧光光谱仪可以对该项工作提供较大的帮助作用。无烟燃料样品之中的主要元素有硅、铁、钠等，而且含量较多，同时也是构成无烟燃料灰分的主要物质。

在具体实现过程中，本研究主要结合铝厂、阳极厂的实际情况，将阳极生产配方调整为A、B、C粒级、球磨粉。除a粒级不添加无烟燃料外，其余两个粒级分别添加相同粒径煅烧无烟燃料的15%，对生产原料进行替代，最终产生了预焙阳极，而在石油焦煅之后的焦原料，可以从相关企业中的生产车间之中获得。

3 结语

在低成本电解铝预焙阳极制作过程中，主要以石油焦或者粉焦等原材料为主，从而对选择好的粘结剂制备成型块进行燃烧，为后续实验创造有利条件。另外，以废橡胶和无烟燃料作为替代品，将高温煅烧之后所产生的预备阳极廉价物当做原材料进行应用。最后，利用相关处理基础，降低无烟燃料灰分的含量，实现预焙阳极的有效制备。