鋁電解炭素工藝教程

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1、鋁電解預(yù)焙炭素陽極生產(chǎn)工藝前言自1886年美國的Hall和法國的Heroult發(fā)明煉鋁的基本方法——Hall-Heroult高溫熔鹽電解煉鋁法以來，鋁電解工業(yè)無論在工藝技術(shù)水平，還是在生產(chǎn)規(guī)模以及在自動(dòng)化程度上均取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展；尤其在近30年間，鋁電解生產(chǎn)的電流效率由80％多提高到現(xiàn)在最高水平的96%，電解直流電耗由過去的16000多kWh/噸鋁降低到現(xiàn)在的13000kWh/噸鋁以下；在生產(chǎn)規(guī)模方面，鋁電解槽由幾仟安培的規(guī)模擴(kuò)大到現(xiàn)在的320KA，甚至500KA。一個(gè)多世紀(jì)以來，工業(yè)鋁電解槽經(jīng)

2、歷了由小型預(yù)焙陽極電解槽、側(cè)插式自焙陽極電解槽、上插式自焙陽極電解槽到大型預(yù)焙陽極電解槽的發(fā)展階段；在自動(dòng)化控制程度上，成功地開發(fā)出了控制精度高、系統(tǒng)魯棒性好、具有明顯的增產(chǎn)節(jié)能效果的電解過程控制系統(tǒng)。全世界年鋁產(chǎn)量由二十世紀(jì)初期的6000噸/年發(fā)展到二十世紀(jì)末期的2000多萬噸/年。這些進(jìn)展可以說是基于人們對(duì)于Hall-Heroult煉鋁法的基本原理有了更加深入的了解和認(rèn)識(shí)。鋁電解生產(chǎn)過程中需要消耗大量的炭素材料，這些炭素材料因電解槽類型、電解生產(chǎn)用途、對(duì)其性能要求的不同，其規(guī)格型號(hào)有別，但生產(chǎn)工

3、藝大同小異。鋁電解用炭素材料主要包括：1）、預(yù)焙陽極2）、底部炭塊3）、側(cè)部炭塊4）、炭縫糊其中以炭素陽極的消耗量為主，過去（10年前），在預(yù)焙鋁電解生產(chǎn)中炭素陽極的消耗量達(dá)到了550-600Kg/噸鋁，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，目前預(yù)焙陽極在鋁電解生產(chǎn)中的消耗量降到了480Kg/噸鋁以下，有的生產(chǎn)廠家通過技術(shù)革新甚至將陽極炭耗降到了440Kg/噸鋁以下。我國鋁電解用炭素陽極的生產(chǎn)始于1963年，在鄭州鋁廠（現(xiàn)長城鋁業(yè)公司）試生產(chǎn)成功。此后我國鋁電解用炭素陽極生產(chǎn)迅速發(fā)展，白銀鋁廠、包頭鋁廠、青海鋁廠、貴

4、州鋁廠、平果鋁業(yè)公司、青海鋁廠二期擴(kuò)建的配套炭陽極生產(chǎn)車間、云南鋁廠等陽極生產(chǎn)線的相繼建成投產(chǎn)，使我國目前鋁用炭素陽極的年產(chǎn)量較十年前成倍增長，形成了我國鋁電解用炭素陽極生產(chǎn)的成熟技術(shù)和規(guī)模，并相繼建立了兩個(gè)系列的炭陽極質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：振動(dòng)成型系列的GB8741-88和擠壓成型系列的YB2809-78。Hall-Heroult煉鋁法的典型特點(diǎn)之一是陽極屬于消耗性陽極，陽極的基本設(shè)計(jì)型式從整體上劃分為兩種：自焙陽極和預(yù)焙陽極。隨著人們對(duì)鋁工業(yè)規(guī)?；?、現(xiàn)代化生產(chǎn)認(rèn)識(shí)的提高和對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，預(yù)焙陽極鋁電解

5、槽取代自焙陽極鋁電解槽已成為世界鋁工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。鋁電解生產(chǎn)的基本原理是：以炭素材料為陽極，以囿于炭素內(nèi)襯中的鋁液為陰極，以冰晶石熔體為電解質(zhì)溶解原料氧化鋁，通過電解反應(yīng)，在陰極沉積生產(chǎn)金屬鋁。其基本反應(yīng)式為：Al2O3(diss)+1.5C=2Al(l)+1.5CO2(g)作為陽極生產(chǎn)的主要原料——炭素材料，在鋁電解生產(chǎn)過程中，伴隨著金屬鋁的生成而不斷消耗。長期的生產(chǎn)實(shí)踐表明，炭素陽極質(zhì)量的優(yōu)劣，直接或間接影響著鋁電解的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，諸如電流效率、電能消耗、噸鋁陽極炭耗等。因此，炭陽極在電

6、解鋁工業(yè)中不可避免地處于舉足輕重的地位，一直被業(yè)內(nèi)人士成為鋁電解槽的“心臟”。第一節(jié)概述1.1炭素陽極在鋁電解生產(chǎn)中的重要性首先，陽極質(zhì)量的好壞直接影響著鋁電解生產(chǎn)的主要工藝技術(shù)指標(biāo)，諸如能量效率和電流效率，同時(shí)也直接影響著鋁電解的生產(chǎn)成本；其次，炭陽極質(zhì)量優(yōu)劣與鋁電解生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和工人的勞動(dòng)強(qiáng)度緊密相關(guān)；再者，炭陽極在工作中對(duì)環(huán)境的污染程度已經(jīng)越來越受到人們的關(guān)注，其中尤其是針對(duì)自焙鋁槽電解生產(chǎn)技術(shù)方面，國內(nèi)外均采取了一系列甚至是強(qiáng)制性的措施。隨著世界鋁電解技術(shù)的快速發(fā)展和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，適宜

7、于規(guī)?；僮骱痛笮突a(chǎn)以及環(huán)境污染相對(duì)較輕的預(yù)焙槽電解煉鋁技術(shù)已經(jīng)成為了世界鋁電解技術(shù)的主流。在我國，從二十世紀(jì)九十年代后期就明確規(guī)定，要在新世紀(jì)初基本停止自焙槽電解煉鋁，這標(biāo)志著我國的鋁電解工業(yè)將由過去的自焙槽生產(chǎn)為主體轉(zhuǎn)化為向大型預(yù)焙槽方向快速發(fā)展。但是，陽極的“質(zhì)量問題”仍然是阻礙我國鋁工業(yè)整體水平向世界先進(jìn)水平靠攏的主要障礙之一，進(jìn)一步提高我國陽極生產(chǎn)工藝技術(shù)或者在現(xiàn)有工藝技術(shù)條件的基礎(chǔ)上改善作為預(yù)焙鋁電解槽“心臟”的炭陽極的物理化學(xué)和電化學(xué)性能指標(biāo)，可以達(dá)到有效地降低鋁電解的生產(chǎn)成本、穩(wěn)

8、定鋁電解生產(chǎn)操作和提高鋁電解生產(chǎn)效率的目的，對(duì)促進(jìn)我國鋁電解工業(yè)的發(fā)展，提高我國鋁工業(yè)在國際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力有著不可輕視的作用。1.2鋁電解生產(chǎn)生產(chǎn)對(duì)炭素陽極的基本要求1）要求陽極具有良好的物理化學(xué)性能，減少陽極對(duì)空氣和二氧化碳反應(yīng)活性，以求達(dá)到降低炭耗、延長陽極使用壽命、減少電解槽含炭渣量的目的；2）要求陽極具有良好的電化學(xué)性能，以求達(dá)到提高陽極電化學(xué)反應(yīng)活性，降低電解過程中電能消耗的目的；3）要求陽極雜質(zhì)含量要少，以免在電解過程中進(jìn)入成品而影響產(chǎn)品質(zhì)量；4）要求陽極