郭子瑞畢業(yè)論文

1、山西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械工程系畢業(yè)設(shè)計說明書課題：陽極效應(yīng)以及碳渣對鋁電解生產(chǎn)的影響系 別： 機械工程系班 級： 機械設(shè)計與制造0904姓 名： 郭子瑞 學(xué) 號： 29260245指導(dǎo)教師： 韓興言 實踐單位： 日照鋼鐵集團有限公司摘要分析了陽極效應(yīng)以及碳渣對鋁電解生產(chǎn)的影響，重點對陽極效應(yīng)發(fā)生時的一些現(xiàn)象和鋁電解質(zhì)中碳渣的形成過程及危害進行深入淺出的討論，并對如何優(yōu)化控制一定的陽極效應(yīng)、實現(xiàn)高產(chǎn)低耗及減少碳渣的措施作了探討。關(guān)鍵詞：陽極效應(yīng)；機理；影響；電流效率；電耗ABSTRACTAnalysis of the anode effect, and carbon residue on the

2、 production of aluminum, with emphasis on the anode effect occurs, some of the phenomena and aluminum electrolyte formation of carbon residue and the hazards discussed in simple terms, and how to optimize the control of some of the anode effect, to achieve low consumption and high carbon residue red

3、uction measures were discussed.Key words: rectangular slot; splitting extrusion; orthogonal test design 目錄第1章 陽極效應(yīng)的原理及簡介11.1 陽極效應(yīng)發(fā)生機理簡介11.2 陽極效應(yīng)對電耗的影響3 效應(yīng)平均分?jǐn)傠妷旱挠嬎?1.2.2 效應(yīng)使電耗升高值w的計算41.3 陽極效應(yīng)對電流效率的影響41.4 陽極效應(yīng)對系列電解的影響6第2章 陽極效應(yīng)危害分析及控制72.1 陽極效應(yīng)的危害72.1.1 陽極效應(yīng)危害性對生產(chǎn)的危害72.1.2 陽極效應(yīng)對環(huán)境的危害72.1.3 陽極效應(yīng)對森林的危害82

4、.2 控制陽極效應(yīng)的條件分析92.3 陽極質(zhì)量92.4 氧化鋁的質(zhì)量102.5 控制陽極效應(yīng)的途徑102.6 分析手續(xù)11第3章 碳渣對電解生產(chǎn)的危害123.1 碳渣的產(chǎn)生123.2 碳渣對電解過程的危害133.3 減少碳渣的途徑13第4章 結(jié)論14參考文獻15第1章 陽極效應(yīng)的原理及簡介陽極效應(yīng)是熔鹽鋁電解發(fā)生在陽極上的一種特殊現(xiàn)象。發(fā)生陽極效應(yīng)時的電流密度叫做臨界電流密度D D 的大小與許多因素有關(guān)， 如熔鹽性質(zhì)、表面活性離子的存在 陽極材料 溫度等等 不同鹽類、在不同條件下，其D 值不同 當(dāng)電流密度D>D 時，便發(fā)生陽極效應(yīng)。其實所有的導(dǎo)電體都存在D ，如通電導(dǎo)體、電子元件都存在這

5、樣一個能使導(dǎo)體燒毀的D 有人稱為燒毀電流密度。就是在水溶液電解中， 當(dāng)電流密度超過某一值時，也會發(fā)生類似于陽極效應(yīng)的特殊現(xiàn)象。白Hall-Heroult法煉鋁發(fā)明以來，對鋁電解生產(chǎn)中陽極效應(yīng)的研究很多，許研究成果從各個方面解釋了陽極效應(yīng)發(fā)生的現(xiàn)象，但也還存在一些問題有待作更深一步的研究鋁電解生產(chǎn)的陽極效應(yīng)，常出現(xiàn)下列現(xiàn)象：(1)槽電壓升高， 少則十幾伏，一般在3050伏， 多則高達100伏。并同時波及到系列的其它槽子， 使得不來效應(yīng)的槽子工作電壓下降(一般在020 3伏)，整個系列電流下降(大約在8001500安)。(2) 電解質(zhì)停止沸騰， 火苗呈黃色而且飄逸無力，揮發(fā)大量白色煙霧(主要是氟化

6、鹽、CF 、CO和CO，等)， 十分嗆人。效應(yīng)時間越長， 揮發(fā)煙氣越大。(3)陽極周邊出現(xiàn)不連續(xù)電火花(氣體不連續(xù)電離產(chǎn)生等離子體)，并伴有輕微的氣體放電的劈啪聲。鋁電解陽極效應(yīng)已被公認(rèn)為是鋁電解槽正常生產(chǎn)的一個重要信息反饋，因為只有不產(chǎn)鋁的病槽才永遠不會來效應(yīng)。在實際生產(chǎn)中，別特殊情況下的槽子采用人為辦法讓槽子發(fā)生陽極效應(yīng)， 以提高其免疫能力(防止轉(zhuǎn)化成病槽)是十分可行而又很有用的辦法。陽極效應(yīng)在鋁電解中扮演著重要角色， 當(dāng)然也有其十分不利的一面。1.1 陽極效應(yīng)發(fā)生機理簡介隨著電解過程的進行，當(dāng)熔解在電解質(zhì)中的氧化鋁濃度(重量)達到1 2 時，陽極電流密度(指陽極與電解質(zhì)界面)超過臨界電流

7、密度， 電解槽開始來效應(yīng)。陽極效應(yīng)發(fā)生的機理存在四種學(xué)說：濕潤性學(xué)說，陽極過程改變學(xué)說，靜電引力學(xué)說以及綜合觀點。濕潤性學(xué)說認(rèn)為陽極效應(yīng)發(fā)生是由于電解質(zhì)中能降低其在碳陽極表面的界面張力的表面活性物質(zhì)一氧化鋁濃度過低而造成的當(dāng)氧化鋁濃度較高時(重量2 10)， 電解質(zhì)在碳陽極上的表面張力小，能很好地濕潤陽極，電流在整個界面上分布均勻，電解產(chǎn)生的氣泡受解質(zhì)排擠， 以小氣泡形式逸出。當(dāng)氧化鋁濃度低時， 陽極界面張力增大， 電解質(zhì)不能潤濕陽極，不能排擠氣泡，氣泡在陽極底掌呈現(xiàn)連成一片的氣體膜層，使得通過陽極的電流分布不均，并造成局部電流密度過大，而導(dǎo)致氣體不連續(xù)放電產(chǎn)生陽極效應(yīng)。陽極過程改變學(xué)說認(rèn)為：

8、 在電解生產(chǎn)中，電解質(zhì)中含氧離子逐漸減少， 到一定程度時，便有氟析出，析出的氟與陽極碳發(fā)生作用生成四氟化碳，使陽極表面崩碎，在陽極周圍析出一層細微的炭粒，附在陽極上阻止電解質(zhì)潤濕陽極而導(dǎo)致陽極效應(yīng)。當(dāng)熔人新的氧化鋁后，電解質(zhì)中氧離子濃度增加，氧離子優(yōu)先與炭粒化臺，消除陽極表面的炭粒而使效應(yīng)熄滅。靜電引力學(xué)說認(rèn)為， 陽極氣體所帶電荷的改變是發(fā)生陽極效應(yīng)的原因。在氧化鋁濃度高的電解質(zhì)里， 氣泡帶正電，故被陽極排斥，并以小氣泡的形態(tài)脫離陽極； 當(dāng)電解質(zhì)中氧化鋁濃度減小時， 則氣泡帶負(fù)電，并被陽極吸引住，于是陽極上出現(xiàn)氣泡層，終于發(fā)生陽極效應(yīng)綜合觀點認(rèn)為，發(fā)生陽極效應(yīng)一方面是由于電解質(zhì)對碳陽極潤濕性的

9、改變，另一方面又由于氟離子的放電而改變了碳陽極的表面狀態(tài)，從而使電解質(zhì)對陽極的潤濕驟然惡化上述幾種學(xué)說各有側(cè)重，濕潤性學(xué)說主要是從陽極效應(yīng)發(fā)生過程的物理性質(zhì)變化方面加以解釋， 而陽極過程改變學(xué)說則注重其化學(xué)變化。二者的共同點是：陽極效應(yīng)發(fā)生在電解質(zhì)中熔融的氧化鋁濃度很低，電解質(zhì)不能很好地潤濕陽極，部分氣泡不能逸出，從而導(dǎo)致陽極與電解質(zhì)界面的局部電流密度過大，使得氣泡在強電場下放電， 形成不連續(xù)的氣體電離層。當(dāng)加入氧化鋁并熔解后，通過攪動電解質(zhì)使氣體排出。這實際上相當(dāng)于一個啟動生產(chǎn)(讓電解質(zhì)沸騰)的過程當(dāng)電解質(zhì)含炭渣過多或溫度過低時，都會影響電解質(zhì)中熔融的氧化鋁濃度，效應(yīng)發(fā)生時，不宜過 熄滅，必

10、須待溫度升高，或者炭渣從電中離出來時(在陽極四周從電解質(zhì)中噴出細小帶亮點的炭粒)，才能熄滅效應(yīng)，否則熄滅后馬上又來二次效應(yīng)。陽極效應(yīng)發(fā)生時， 有一個很特殊的現(xiàn)象：電解質(zhì)停止沸騰這就意味著此時并未進行電解反應(yīng)。鋁電解的主要化學(xué)反應(yīng)方程式為：2AbO +3C=4A1+3CO，f當(dāng)氧化鋁濃度(指電解質(zhì)中熔融的氧化鋁)在2 10 (重量) 時， 該反應(yīng)向右進行， 生成的CO 氣體能及時排出， 因此使反應(yīng)連續(xù)進行 陽極效應(yīng)發(fā)生時， 氧化鋁濃度很低，加上陽極與電解質(zhì)界面存在一層不連續(xù)的氣體電離層， 此電離層對電解質(zhì)產(chǎn)生一個很大的放電壓力， 迫使電解質(zhì)停止沸騰而使電解反應(yīng)中止。這相當(dāng)于在反應(yīng)式的右邊加上一個

11、很大的壓力，阻止反應(yīng)向正向進行。氧化鋁在熔融狀態(tài)下呈表面活性物質(zhì)，而Ca 、Mg 離子在電解質(zhì)中為非活性物質(zhì) 。另外添加的鋰鹽會降低電解質(zhì)對極的潤濕性， 這就是一些鋁廠加添加劑以后，效應(yīng)會增多的根本原因 再者一度強化電流，使得陽極電流密度增大，也會不同度地使效應(yīng)增多。1.2 陽極效應(yīng)對電耗的影響陽極效應(yīng)對鋁電解生產(chǎn)帶來的影響最明顯的是多消耗電。當(dāng)然陽極效應(yīng)也會通過提高電流效率多產(chǎn)鋁而間接降低電耗，但如何在二者之間找到理想值，理論上還有待 進行更多的研究，實際上大都采用經(jīng)驗值或者回歸值1.2.1 效應(yīng)平均分?jǐn)傠妷旱挠嬎銓嶋H生產(chǎn)中，不僅要控制好每一個應(yīng)，更重要的是關(guān)心整個電解系列效應(yīng)電壓平均分?jǐn)傊?/p>

12、的大小，因為它直接影響到噸鋁單耗的高低。槽平均電壓(v )等于槽工作電壓(V )加上效應(yīng)分?jǐn)傠妷?AV)和線損(V線) 即：V平=V槽+V教+V線，V 的計算，一些資料介紹較模糊，這里略作推導(dǎo)：條件： 已知同一系列11臺電解槽生產(chǎn)，在時問t內(nèi)發(fā)生效應(yīng)m個，其效應(yīng)電壓為撤、效應(yīng)持續(xù)時問t漕、無效應(yīng)時的電壓為 (其中i=1，2，3， ，m)。則：效應(yīng)電壓累計平均為：1.2.2 效應(yīng)使電耗升高值w的計算因此，可認(rèn)為由于陽極效應(yīng)而使直流電單耗上升350500kw·ht。另外一種計算效應(yīng)電耗的辦法，即：式中：Wf效應(yīng)電耗；V效應(yīng)電壓；Ii效應(yīng)電流；f效應(yīng)時間整個系列在時間t內(nèi)，發(fā)生m個效應(yīng)，則

13、式中G為鋁產(chǎn)量這種計算結(jié)果與上述分?jǐn)傠妷悍ㄓ嬎憬Y(jié)果略有不同， 筆者認(rèn)為用第一種比較客觀一些，因為直接與電流效率聯(lián)系在一起。1.3 陽極效應(yīng)對電流效率的影響眾所周知， 陽極效應(yīng)熄滅后的電解槽沸騰力增強，火苗有力，電流效率比較高。陽極效應(yīng)對維護正常生產(chǎn)、提高電流效率是有益的。主要表現(xiàn)在：(1)效應(yīng)產(chǎn)生大量熱量。熔解了大量氧化鋁(據(jù)說60的熱量用于此)， 使電解質(zhì)中熔融的氧化鋁濃度由效應(yīng)前的1 2增加到8 10 而趨于飽和。增加正反應(yīng)推動力， 加快氧化鋁分解生成金屬鋁的正反應(yīng)， 減少金屬液鋁的二次反應(yīng)， 減少電流空耗，這就大大提高了電流效率。據(jù)初步估算，效應(yīng)后的電流效率可達到94 95 以上， 然后

14、又慢慢降低。(2)陽極電流分布更趨均勻。效應(yīng)發(fā)生前， 陽極底掌由于各種原因， 不可能成為一個平面(在很正常的情況下， 由于電解質(zhì)運動也使陽極底掌呈現(xiàn)波狀)。如圖(a所示， 電流在陽極與電解質(zhì)界面上分布不均，局部電流密度(隆起部分)增大。效應(yīng)發(fā)生時，氣泡附著在凹陷部分，由于氣體所占部分不導(dǎo)電，更增加局部電流密度，隆起部分炭粒在強大的電場作用下，消耗很快，發(fā)產(chǎn)生不連續(xù)的氣體電離生成等離子體，這種氣體放電電離正是洗刷陽極底掌的動力(特別是生成大量cF4)， 如圖(b)、(c)示。洗刷后的陽極活性增大， 電流更趨均勻， 電解質(zhì)與陽極界面阻力減小，氣泡易 于逸出，對提高電流效率是很有利的。(3)促使電解

15、質(zhì)中碳粒分離。資料表明0：電解質(zhì)中含碳渣004，其導(dǎo)電率下降1，若含碳渣10，導(dǎo)電率下降l1，并且不同程度地影響氧化鋁的溶解，降低電解質(zhì)的活性，引起電流空耗。陽極效應(yīng)發(fā)生時，電解質(zhì)靜置不沸騰，碳渣較電解輕，易于上浮到表層，在不連續(xù)的氣體電離層作用下與電解質(zhì)分離。當(dāng)然要從根本上減少電解質(zhì)中碳渣含量，必須在陽極糊質(zhì)量上下功夫。(4)調(diào)節(jié)槽溫，減少爐底沉淀。陽極效應(yīng)是使槽溫上升最快最有效的辦法。當(dāng)槽溫低時， 電解質(zhì)粘度增大，顏色變得暗紅， 并出現(xiàn)明顯收縮，爐底沉淀增多，側(cè)部伸腿增大， 電解質(zhì)沸騰力減弱。此時的電解槽只要給予誘導(dǎo)， 便馬上來效應(yīng)， 如適當(dāng)提升陽極長加工間隔時間(空工)或者電流引起波動。

16、通過陽極效應(yīng)提高爐溫，可以清除爐底沉淀、減小伸腿， 規(guī)整爐膛，防止槽子進一步惡化從上述可看出， 陽極在某些時候?qū)ιa(chǎn)是很有用的， 并能消除隱患， 提高電流效率。但是，在實際生產(chǎn)中，決不能依靠效應(yīng)來處理問題， 重要的是嚴(yán)格控制好槽子的工藝條件，精心維護、細心加工，保持電解槽工藝參數(shù)在很小范圍內(nèi)波動，使在高電流效率、低消耗下工作。陽極效應(yīng)不僅多消耗電， 而且引起很高的物耗損失。初步統(tǒng)計，每次效應(yīng)將多損失氟化鹽45kg，陽極糊5 l0kg。另外頻繁的效應(yīng)將嚴(yán)重影響鋁液質(zhì)1.4 陽極效應(yīng)對系列電解的影響陽極效應(yīng)對某一臺電解槽的生產(chǎn)來說具有一定的必要性，但是，作為整個生產(chǎn)系列， 陽極效應(yīng)是十分有害的，特

17、別是過于頻繁的陽極效應(yīng)。其危害主表現(xiàn)在系列電壓， 電流波動以及電壓超負(fù)荷。目前， 系列電解生產(chǎn)多采用恒定功率供電，當(dāng)某臺槽子發(fā)生效應(yīng)時，電壓升高，系列總電壓也隨之升高，系列電流下降。沒來效應(yīng)的槽子由于電流下降，其電壓也下降。這實際上是一個功率重新分配的過程， 頻繁的功率分配勢必影響到槽子的熱平衡以及生產(chǎn)的穩(wěn)定性。如100臺60KA 的電解槽， 當(dāng)效應(yīng)系數(shù)為05時(即每臺槽子2天來一個效應(yīng))， 效應(yīng)時間為7分鐘，則每天有近6個小時的效應(yīng)時間。綜上所述， 陽極效應(yīng)對生產(chǎn)有其存在的必要性，有時還能發(fā)揮重論如何，效應(yīng)過多對生產(chǎn)是十分不利的，必須改進工藝參數(shù)、提高加工質(zhì)量，才能避免惡性循環(huán)。鋁電解陽極效

18、應(yīng)還有許多問題有待于作更深入的研究探。第2章 陽極效應(yīng)危害分析及控制2.1 陽極效應(yīng)的危害在鋁電解生產(chǎn)中陽極效應(yīng)的危害性，不僅表現(xiàn)在對生產(chǎn)的危害上，而且對生態(tài)環(huán)境的危害極其嚴(yán)重。筆者將從幾個方面進行闡述。 陽極效應(yīng)危害性對生產(chǎn)的危害生產(chǎn)中當(dāng)陽極效應(yīng)發(fā)生時，電解質(zhì)的溫度急劇升高，由正常值的940955急速升高到980990，爐幫熔化變薄，增加了側(cè)部炭塊被侵蝕的可能性。電壓的急劇升高，使系列電流波動，影響電解槽的產(chǎn)量。電耗增加。生產(chǎn)中陽極效應(yīng)的熄滅方法是：將效應(yīng)棒即（大約23米直徑24cm的樹枝）插入鋁液中使木棒燃燒排除陽極底掌的氣體薄膜，清潔陽極底部，實際是在燃燒鋁液，整個過程大約持續(xù)35分鐘，

19、而此時電解的電化學(xué)過程是停止的，這也就是電解職工常說的"效應(yīng)時間不產(chǎn)鋁，而且還要跑電耗的"原因所在。因此造成鋁液的嚴(yán)重?fù)p失。以300KA中間下料預(yù)焙槽為例：效應(yīng)系數(shù)0。3次/槽日，效應(yīng)時間5min，電流效率93%，一個陽極效應(yīng)少產(chǎn)原鋁：300×0。3355×5÷60=8。4kg，噸鋁電耗增加158kwh，這種能量在生產(chǎn)中大多轉(zhuǎn)化為熱能，使電解槽極距間溫度急劇升高，進而向陽極四周傳導(dǎo)，使的電解槽溫度升高，引起電解質(zhì)中氟化鋁的大量揮發(fā)。以我公司電解槽為例：一個效應(yīng)時間5min，分子比平均上升0。1。氟化鋁大約損失1020kg。傳統(tǒng)的觀點認(rèn)為：利用陽

20、極效應(yīng)可以分離炭渣，清潔電解質(zhì)，補充電解槽熱量的不足，化沉淀。但是隨著陽極質(zhì)量的提高以及智能模糊控制計算機系統(tǒng)和點式下料技術(shù)的應(yīng)用，陽極效應(yīng)優(yōu)點愈來愈變得渺小，因此傳統(tǒng)的這種觀點已不能適應(yīng)當(dāng)今現(xiàn)代電解槽生產(chǎn)。2.1.2 陽極效應(yīng)對環(huán)境的危害鋁電解生產(chǎn)中，陽極效應(yīng)還伴隨著對大氣臭氧層有破壞性的PFCs（CF4·C2F6）氣體的產(chǎn)生。當(dāng)今西方發(fā)達國家對鋁電解的環(huán)保要求極為嚴(yán)格。國際著名鋁專家Haupin4認(rèn)為PFCs的發(fā)生量與每天AE分鐘數(shù)和電壓高低成直線關(guān)系，但分析表明PFCsd 散發(fā)量在高電壓效應(yīng)時并未顯示出效應(yīng)時間長散發(fā)量多的特定。而個別試驗顯示減少效應(yīng)次數(shù)比減少效應(yīng)時間更有效能減

21、少PFCs的發(fā)生量。因為無論是CF4還是C2F6都是在陽極效應(yīng)剛發(fā)生時產(chǎn)生，電解槽發(fā)展到中間下料預(yù)焙槽后，不僅陽極效應(yīng)次數(shù)成倍降低，而且效應(yīng)時間也大大縮短。目前國外陽極效應(yīng)系數(shù)有的已低于0。1次/槽日。產(chǎn)生PFCs=CF4+C2F6的根源是陽極效應(yīng)（AE），但是我們國家在很長的時期內(nèi)只注意控制技術(shù)。還停留在傳統(tǒng)的對氟化鹽的控制上。了解當(dāng)今世界鋁工業(yè)的發(fā)展，特別是著名鋁專家Haupind的"瞄準(zhǔn)零效應(yīng)"4對提高我國鋁電解的整體水平是大有好處的。我們國家是國際京都協(xié)議書的簽署國家，減少溫室效應(yīng)，保護大氣環(huán)境是義不容辭的責(zé)任。因此在控制有害氣體排放上，今后一定會加強的。鋁電解生產(chǎn)

22、中，嚴(yán)格控制陽極效應(yīng)是時代的要求。2.1.3 陽極效應(yīng)對森林的危害鋁電解生產(chǎn)中陽極效應(yīng)的熄滅方法有三種：（1）、用漏鏟熄滅陽極效應(yīng)。（2）、用大耙熄滅陽極效應(yīng)。（3）、用效應(yīng)棒（木棒）熄滅陽極效應(yīng)。以上三種方法是鋁電解生產(chǎn)特別是自焙槽常用的方法。目前自焙槽國內(nèi)已幾乎都改造成為中間下料預(yù)焙槽。而預(yù)焙槽采用多組陽極生產(chǎn)，大耙、漏鏟熄滅陽極效應(yīng)的方法失去了作用。效應(yīng)棒即大約23米直徑24cm的樹枝。成為熄滅效應(yīng)的唯一方法。當(dāng)前國內(nèi)鋁電解生產(chǎn)飛速發(fā)展，2003年已突破520噸，已成為世界第一產(chǎn)鋁國，效應(yīng)棒的使用急劇增加。如不得到控制，必然會給森林帶來嚴(yán)重破壞。以本企業(yè)為例，陽極效應(yīng)系數(shù)控制為0。3次/

23、槽日每月1860槽日，共1860×0。3=558個效應(yīng)而日常熄滅一個效應(yīng)大約需要23根效應(yīng)棒，以3根計算每月需要558×3=1674根效應(yīng)棒，以每捆30根計算一年大約需要1674÷30×12=672捆再加上抬大母線、壓負(fù)荷等因素，一年需要大約9001000捆。目前各家鋁廠效應(yīng)棒基本是由市場來供應(yīng)的，一些人為了謀取個人利益，亂砍甚至偷砍樹木做成鋁電解要求的效應(yīng)棒賣給電解鋁廠，因此鋁電解陽極效應(yīng)棒使用的急劇增加，必然助長一些人謀取個人利益，亂砍亂伐樹木的行為，這將給國家森林帶來一場災(zāi)難。我國是森林覆蓋面積極其少的國家。5090年代由于過度的亂砍亂伐，使脆弱的

24、森林植被受到嚴(yán)重破壞，土地沙漠化、揚塵暴天氣的發(fā)生就是大自然對人類亂砍亂伐的最大報復(fù)。隨著我國退耕還林，種樹種草政策的實施，國家制定了一系列的相關(guān)政策來嚴(yán)厲制止亂砍亂伐現(xiàn)象，國家投入巨資恢復(fù)森林植被，對破壞嚴(yán)重的地區(qū)進行封山育林，種樹種草。鋁電解生產(chǎn)中效應(yīng)棒的來源必然會受到嚴(yán)格控制。像我國西部地區(qū)的鋁電解廠家，應(yīng)該在鋁電解生產(chǎn)中嚴(yán)格控制陽極效應(yīng)，最大限度地減少效應(yīng)棒的使用。2.2 控制陽極效應(yīng)的條件分析當(dāng)前自焙電解槽已基本消失，中間下料預(yù)焙槽已成為鋁電解生產(chǎn)的主力。中間下料預(yù)焙槽采用低氧化鋁濃度生產(chǎn)，使用智能模糊計算機控制系統(tǒng)對氧化鋁濃度控制，采用中間點式下料技術(shù)定時打殼下料，為降低陽極效應(yīng)系

25、數(shù)創(chuàng)造了有利條件。Haupin認(rèn)為控制陽極效應(yīng)4，實現(xiàn)零效應(yīng)主要取決于：1）氧化鋁的質(zhì)量：主要是氧化鋁廠的電收塵料小于20微米（m）溶解速度慢。2）現(xiàn)有的下料器是容積式的，而不是重量式的，所以下料不準(zhǔn)，開發(fā)重量式的下料器是"零效應(yīng)"的關(guān)鍵。3）由于電解質(zhì)的過熱度很?。?10），系列電流和電壓的變化時就會引起陽極效應(yīng)。4）電解槽內(nèi)襯不佳，例如陰極炭塊質(zhì)量不好，陰極棒與炭塊接觸不良，導(dǎo)致陰極電流分布不均，也是造成陽極效應(yīng)發(fā)生的一個重要原因。5）陽極質(zhì)量差，跟換陽極不還規(guī)范和不準(zhǔn)確。個別陽極消耗過快，截面急劇減少，都會引起AE發(fā)生。根據(jù)的觀點，結(jié)合國內(nèi)鋁電解的實際情況，筆者認(rèn)為在

26、鋁電解生產(chǎn)基礎(chǔ)條件相對穩(wěn)定的情況下，陽極效應(yīng)系數(shù)的控制主要取決于陽極炭塊的質(zhì)量和氧化鋁的特性。2.3 陽極質(zhì)量優(yōu)質(zhì)的陽極炭塊有以下特點：1）良好的導(dǎo)電性。以保證提高陽極電流密度，提高鋁電解槽的產(chǎn)能降低電耗。2）有良好的熱沖擊性和抗氧化性。3）陽極質(zhì)量均勻、穩(wěn)定，以保證電解生產(chǎn)穩(wěn)定，高效低耗。4）具有一定的抗張強度，抗彎強度和較大的熱膨脹率。同時還要求陽極灰 分少，比電阻低，氣孔率低，有害元素少，組織致密。國外先進的預(yù)焙槽，由于陽極質(zhì)量優(yōu)良，電解質(zhì)中的炭渣較少，對生產(chǎn)夠不成影響，生產(chǎn)中幾乎不撈炭渣，沒有撈炭渣這項工序。陽極效應(yīng)控制較低，一般在為0。050。1次/槽日。目前正趨向"零效應(yīng)

27、"控制。國內(nèi)預(yù)焙陽極質(zhì)量由于原料、技術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)與國外有一定的差距，陽極抗氧化性差，脫落掉渣嚴(yán)重。撈炭渣作為做為生產(chǎn)中一項重要工序。傳統(tǒng)的管理技術(shù)認(rèn)為，利用陽極效應(yīng)可促使電解質(zhì)中炭渣分離，還可以補充熱量，控制槽中的沉淀。因此提高國內(nèi)陽極質(zhì)量是降低陽極效應(yīng)的一個關(guān)鍵因素。2.4 氧化鋁的質(zhì)量鋁電解生產(chǎn)要求氧化鋁具有較小的吸水性，能夠較快地溶解在熔融冰晶石里，同時要求具有較好的活性和足夠的比表面積，以及粒度均勻，從而能夠有效地吸收HF氣體，能滿足這些條件的是砂狀氧化鋁。砂狀氧化鋁2具有熔解性能強，流動性好，粒度均勻，磨損系數(shù)小，吸附氟化氫能力強的特點。而國內(nèi)由于生產(chǎn)氧化鋁的鋁土礦為一水硬鋁

28、石型，氧化鋁生產(chǎn)的熔出溫度高達240以上，種分分解的種子活性較差，生產(chǎn)砂狀氧化鋁難度較大，中鋁公司雖然已試驗成功，但個別技術(shù)指標(biāo)與國外還有一定差距，特別是在摩損指數(shù)上與國外較大，國外摩損指數(shù)一般低于15%，而中鋁山西分公司試驗的氧化鋁摩損指數(shù)在25%左右，況且還需要一定的時間實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，因此國內(nèi)鋁電解生產(chǎn)能使用砂狀氧化鋁還需要一定的時間?；陉枠O質(zhì)量、氧化鋁的原因，生產(chǎn)中降低陽極效應(yīng)系數(shù)受到一定限制，但是筆者認(rèn)為將陽極效應(yīng)系數(shù)控制在0。2次/槽日以下還是可以做到的。2.5 控制陽極效應(yīng)的途徑綜合分析我國預(yù)焙槽的實際情況，吸收國外在預(yù)焙槽上控制陽極效應(yīng)的經(jīng)驗，筆者認(rèn)為控制陽極效應(yīng)，盡量減少陽

29、極效應(yīng)次數(shù)，應(yīng)在下幾個方面進行改進。1）有條件使用砂狀氧化鋁，完善加工下料制度，確保原料充足，保證電解槽下料口暢通，防止下料不均。2）確保電解槽中有足夠的電解質(zhì)數(shù)量，防止電解質(zhì)萎縮。保證生產(chǎn)平穩(wěn)。保持適當(dāng)高的電解質(zhì)水平。象我公司75KA中間下料預(yù)焙槽，筆者認(rèn)為電解質(zhì)水平應(yīng)18cm。鋁水平<22cm。3）提高電解槽的保溫效果，減少熱量損失，適當(dāng)增加陽極上保溫料的厚度。保持厚度在12cm以上。4）平穩(wěn)供電，減少電流波動，選擇最佳的電流強度。5）采用計算機智能模糊控制技術(shù)對電解槽控制，提高掛機率，減少手動次數(shù)。增大效應(yīng)間隔時間。將效應(yīng)間隔時間設(shè)定在100小時以上。6）轉(zhuǎn)變陽極效應(yīng)管理思路，擺正

30、電解槽與效應(yīng)的關(guān)系，樹立"只要槽況正常就不必來效應(yīng)" 的管理理念。7）優(yōu)化電解槽內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，采用半石墨質(zhì)陰極炭塊，采用新型干式防滲材料，提高陰極底部的保溫效果，電解槽測部采用碳化硅復(fù)合材料。8）抓好電解槽焙燒啟動工作，保證能使電解槽在規(guī)定的時間內(nèi)建立高分子爐幫。9）提高陽極工作質(zhì)量，規(guī)范操作規(guī)程，提高陽極更換速度，減少對電解槽的干擾。保存電解槽生產(chǎn)穩(wěn)定。2.6 分析手續(xù)準(zhǔn)確稱取01一O 3克試樣于200毫升燒杯中， 吹水潤濕， 加3滴5CuSO 4， 搖動下加1 2毫升濃 2 0 4。置電爐上加熱到礦樣溶完取下(如有結(jié)底現(xiàn)象要用玻棒攪散)， 加03克硫酸肼(如樣品結(jié)底采取分次

31、加入硫酸肼還原的辦法， 效果更佳)置電爐上加熱至小氣泡消失， 用少許濃 2S0 4沿杯壁淋洗再繼續(xù)冒煙lO分鐘， 取下冷至室溫(此時H 2SO 體積81O毫升)， 慢加蒸餾水3O毫升， 加熱煮沸使可溶性鹽類溶完后， 取下冷至3O一4O， 加15毫升濃HCI，2滴次基蘭，2滴甲基橙指示劑， 用硫酸高鈰滴至紅色褪顯蘭色為銻的終點。用溫水稀至體積為1 3 0毫升左右(溫度約為40 ) ， 加3滴甲基橙指示劑， 用溴酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴至紅色消失為砷。第3章 碳渣對電解生產(chǎn)的危害在冰晶石氧化鋁的溶鹽電解預(yù)焙槽中，陽極碳塊作為鋁電解的心臟部分，一直被人們所關(guān)注，其質(zhì)量的好壞，直接影響著電解的進行和產(chǎn)品的質(zhì)量。

32、如果碳塊的質(zhì)量達不到要求，將在鋁電解質(zhì)溶液中產(chǎn)生過多的碳渣，對鋁電解過程產(chǎn)生一系列不利的影響，譬如造成電解質(zhì)電壓升高，導(dǎo)致熱槽的產(chǎn)生，這不但引起電解消耗的增加，而且當(dāng)熱槽產(chǎn)生時將惡化鋁電解的生產(chǎn)的諸多技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，同時對電解槽的壽命也有影響，因此探討如何減少和控制電解生產(chǎn)過程中碳渣的產(chǎn)生，就成為一個新的課題。 3.1 碳渣的產(chǎn)生 3.1.1.由于預(yù)焙塊質(zhì)量的不合格造成氧化從而產(chǎn)生碳渣。預(yù)焙碳塊是由石油焦、瀝青焦、瀝青通過破碎、煅燒、配料、混捏等工序燒制而成，如果采用的原材料及工藝不合乎要求就會產(chǎn)出不合格的碳塊。如：耐壓強度低、空隙度大、雜質(zhì)大等，從而導(dǎo)致陽極的氧化和碳粒在陽極表面的脫落進入電解

33、質(zhì)中形成碳渣，有時會形成掉塊和裂縫，在電解質(zhì)的沖蝕和洗刷下，形成碳渣。由于碳塊質(zhì)量而引起的碳渣是生產(chǎn)中碳渣形成的主要原因。 3.1.2.二次反應(yīng)生成游離的固態(tài)碳。鋁電解過程中的二次反應(yīng)，不僅降低電流效率，而且還帶來另一方面的不利的影響，即溶解在電解質(zhì)溶液中的鋁將陽極氣體中的CO2和CO還原C，在電解質(zhì)溶液中形成細微的游離態(tài)碳渣。 其反應(yīng)有兩種： 第一種反應(yīng)為，在電解質(zhì)的溶液中溶解的鋁與CO2反應(yīng)生成CO，而CO又與AL反應(yīng)生成C，即： 2AL（溶解）2CO2=AL2O33CO（1）2AL（溶解）3CO=AL2O33C（2）第二種反應(yīng)為，電解質(zhì)中的鋁直接將CO2還原成C，3AL（溶解）3CO2=

34、2AL2O33C（3）在上述兩種反應(yīng)中反應(yīng)（3）對于在鋁電解質(zhì)中生成碳渣的作用，比反應(yīng)（2）的作用要大，但這兩種反應(yīng)所產(chǎn)生的碳渣，不是電解質(zhì)溶液中產(chǎn)生碳渣的主要原因。3.1.3.陰極碳素內(nèi)襯的沖蝕剝落 在鋁電解過程中，陰極碳素內(nèi)襯的剝落和碎裂是鋁電解溶液中產(chǎn)生碳渣的又一來源。鋁電解槽啟動后由于鈉的滲透，電解質(zhì)溶液和鋁液的侵蝕和沖刷，陰極碳素內(nèi)襯不久就會產(chǎn)生剝落，鈉的對陰極碳塊的滲入，是引起剝落的主要原因，鈉的滲入使碳塊內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致碳塊體積膨脹，并變得疏松多孔，從而剝落形成碳渣。 轉(zhuǎn)貼于 中國論文下載中心 3.2 碳渣對電解過程的危害3.2.1.鋁電解溶液中的碳渣，導(dǎo)致電解質(zhì)的電阻增大，其

35、結(jié)果造成電解質(zhì)電壓降的升高，增加鋁電解生產(chǎn)的電能消耗。據(jù)具有關(guān)專業(yè)人士報道，當(dāng)鋁電解質(zhì)溶液中的碳渣含量達到1%（重量）時，電解質(zhì)導(dǎo)電率約降低11%，由此可見碳渣對電解質(zhì)的導(dǎo)電率的不利影響是極為顯著的，碳渣的顆粒越小，對降低電解質(zhì)的導(dǎo)電率的作用越大。 3.2.2.鋁電解質(zhì)溶液中的碳渣導(dǎo)致熱槽產(chǎn)生，當(dāng)電解質(zhì)中的碳渣積累到一定濃度時，由于比電阻的增大，必定造成電介質(zhì)電壓降升高，從而使電解槽兩極間的電能收入額外增加，對于槽工作電壓和其它技術(shù)條件擺布正常的電解槽來說，兩極間由于電解質(zhì)溶液含碳，導(dǎo)致其電壓升高而增加的這部分電能收入不為電解過程所必須；其唯一的消耗途徑是轉(zhuǎn)化為熱量釋放出來，結(jié)果引起電解質(zhì)溶液過熱，槽溫上升，產(chǎn)生熱槽，這樣對電解生產(chǎn)是極為不利的，不但造成