铝电解用阴极糊性能探究

谷柳|文

阴极糊主要用于填充炭块与炭块之间、炭块与电解槽之间和其他部位之间的缝隙，以及用于铝电解槽的垫层。阴极糊作为铝电解槽阴极材料中的重要组成部分，其用量占所有阴极材料总量的25%左右，相当于整个电解槽槽底面积的25%。但是，这种用量占据阴极材料四分之一的阴极糊，与炭块之间的成分存在不可避免的差异，致使在铝电解生产过程中，电解质溶液与炭块之间会由于钠离子的渗透形成一种层状化合物，导致阴极炭块膨胀、破损，乃至最终停槽。因此，阴极糊的质量是影响电解槽效率以及寿命的重要原因之一。所以，对铝电解用阴极糊的性能指标进行研究极其重要。

阴极糊的质量是影响电解槽效率以及寿命的重要原因之一。本文对铝电解用阴极糊的性能指标进行研究探讨，希望炭素生产企业进一步改善阴极糊配方及生产工艺，促进电解铝行业的发展。

中国铝电解用阴极糊的发展

中国铝电解用阴极糊的发展主要经历了三个阶段，分别以热捣糊、冷捣糊与热捣糊并存和以冷捣糊为主导地位，其中冷捣糊与热捣糊并存时期多以施工温度为70℃的温捣糊（又称之为中温糊）为主。

铝电解用阴极糊发展的初期，铝厂多采用煅烧石油焦为原材料的热捣糊，这种热捣糊即为炭素生产企业已经在生产的阳极糊，被直接用于填充炭块间和炭块与电解槽之间的缝隙。

但是施工温度在100℃以上的热捣糊，对电解槽筑炉时的条件要求较高。所以，炭素生产企业均投入资金对低施工温度的阴极糊进行研发，即煅烧石油焦基冷捣糊，其中还添加煤沥青和煤焦油作为粘结剂。由于冷捣糊的施工温度低（30℃左右），可以在室温下进行施工而无需加热，因此可以有效节约能源、减少筑炉成本，并且可以在一定程度上延长电解槽的寿命。之后，炭素生产企业不断调整阴极糊配方、改进生产工艺，转而采用煅烧无烟煤和石墨作为主要原材料生产阴极糊，从而降低阴极糊的抗压强度，提高电解槽的使用寿命。

此外，阴极糊作为阴极材料配套阴极炭块使用，其性能指标也应该与阴极炭块形成配套。考虑到中国阴极炭块和阴极糊的生产情况，以及企业降本的需求，石墨质阴极炭块和全石墨阴极炭块多采用热捣糊和温捣糊。但是，热捣糊和温捣糊却无法匹配石墨化阴极炭块进行使用，石墨化阴极炭块作为降低大型预焙电解槽生产成本的有效利器，急需确定与之相配套的冷捣糊的性能指标。

表1 不同企业内衬糊的理化性能指标典型值

表2 不同企业钢棒糊的理化性能指标典型值

国内外冷捣糊性能指标对比

冷捣糊根据其使用位置不同，可以分为两种：内衬糊（包括周围糊和炭间糊）和钢棒糊。内衬糊适用于填充底部炭块与侧部炭块、耐火砖之间的缝隙，以及炭块之间的缝隙；钢棒糊适用于填充阴极钢棒与炭块之间的缝隙。不同使用位置的阴极糊，其性能指标也有所差异。

根据对不同炭素生产企业调研、取样，得到内衬糊的理化性能指标典型值如表1所示，钢棒糊的理化性能指标典型值如表2所示。

而在国外众多的相关产品中，并没有统一的国际标准对阴极糊性能进行规定。因此，此处选取了国外阴极糊产品的典型值与指标体系进行分析，见表3。

表3 国外阴极糊产品的理化性能指标的典型值

国外阴极糊产品的理化性能指标，除包含我国目前常用的电阻率、抗压强度、体积密度、灰分等指标外，还增加了导热率、气孔率等指标，可以较全面地反映阴极糊在铝电解槽筑炉和焙烧气动过程中的性能要求。但是由于国内生产技术与测试技术的限制，部分性能指标很难得到准确的数据，有待进一步的研究。对于已有数据，对比国内外阴极糊产品的性能指标，内衬糊和钢棒糊的各项性能指标均接近国际先进水平。

冷捣糊重点性能指标分析

1.电阻率

内衬糊的电阻率应大于阴极炭块的电阻率，方能有效保护周围糊缝和炭块间糊缝。石墨化阴极炭块的电阻率在9.1～11.8μΩ·m范围内，在兼顾电解铝用户需求和生产厂家成本的基础上，该性能指标无需过低。

钢棒糊的电阻率对阴极钢棒有所影响，钢棒糊电阻率越小，可以减少扎固后阴极炭块的压降，从而达到节约电能、降低吨铝电耗的目的。因此该性能指标应高于内衬糊的电阻率。

2.耐压强度

阴极糊的耐压强度与铝电解槽的寿命关系密切。阴极糊的耐压强度不能高于阴极炭块的耐压强度，方能对阴极炭块起到保护作用。如果内衬出现较大应力，周边糊缝开裂可以缓冲应力。若阴极糊耐压强度高于阴极炭块的耐压强度，在出现较大应力时，会导致阴极炭块开裂，降低电解槽使用寿命。考虑到石墨化阴极炭块的耐压强度为19.8～30.5MPa，该性能指标应低于该值。

3.表观密度与真密度

表观密度是判断和表征焙烧后阴极糊内部颗粒的结构和排列是否均质、有序和致密的依据。表观密度越高，更有利于提高产品的抗渗透能力，因此该性能指标越高越好。

真密度关乎于阴极糊的导电性能和抗钠侵蚀性能，真密度越高，阴极糊的导电性能越好、抗钠侵蚀能力越高，从而使用寿命越长。因此该性能指标越高越好。

展望

（1）国际上没有统一的国际标准对阴极糊产品进行规定，应尽快制定相应国际标准，以满足阴极糊产品国际贸易的需求。

（2）国内阴极糊常规理化性能指标接近国际先进指标，但仍缺少导热率、气孔率等指标数据，需要炭素生产企业进行深一步研究。

（3）对于国内阴极糊常规理化性能指标，仍需进一步探索其与电解槽使用寿命、电解效率之间的关系，以便炭素生产企业进一步改善阴极糊配方及生产工艺，促进电解铝行业的发展。