工业领域绿色低碳技术应用案例7 提高铝用炭阳极抗氧化性技术项目.docx

案例7提高铝用炭阳极抗氧化性技术项目主要完成单位：中铝郑州有色金属研究院有限公司主要完成人员：罗英涛、刘建军、孙丽贞、胡聪聪、张继光、杨宏杰、苏自伟随着电解铝的大型化、高效化对阳极质量提出越来越高的要求，提升阳极质量是减少铝行业碳排放的重要途径之一。尤其是生产高导电抗氧化低消耗炭阳极，不仅可满足电解铝的需要，同时可降低铝工业的碳排放。一、项目背景2022年我国炭阳极产量超2100余万吨，其中仅有191万吨用于出口，但是，从抗氧化性、导电性、灰分等方面来看，国内使用阳极质量却远不如占比不足一成的出口产品。一个重要的原因是炼油新工艺的大规模应用，导致石油焦粉焦化严重，硫含量和V、Na、Ca,Si、Fe、Ni等有害杂质元素含量（灰分）不断升高，使得高品质石油焦的供应量不足，铝用炭阳极原料逐年劣化，严重影响炭阳极质量。另一个重要原因是炭质骨料与胶料质的抗氧化性不匹配，使得阳极在使用过程中，胶料质优先被氧化脱落，导致炭质骨料脱落，使得吨铝炭耗、电耗增加，引起槽况不稳定等危害。因此，亟需提高阳极整体质量，适配我国经济社会高质量、可持续发展的需求。图1炭质骨料与胶料抗氧化性不匹配中铝郑州有色金属研究院有限公司开展的提高铝用炭阳极抗氧化性技术项目，总体思路是保证阳极原生产工艺不变，采用提高铝用阳极抗氧化性技术来提高阳极整体质量。通过在炭阳极生产过程中，通过抗氧化添加剂添加装置和料仓，在成型的干料配料环节添加02-0.6%的阳极抗氧化添加剂，生产出高品质抗氧化阳极，提高导电性，使得质量更加均质。体XH力T 奥*找0效匹配投米.3驾工他4af图2技术流程示意图二、创新点及相关技术内容创新点1：采用基体改性法开发高导电抗氧化阳极改性技术传统阳极材料电流传输效率较低，在高温、高电压环境下的稳定性和耐腐蚀性较差。为此，项目采用基体改性法，系统研究了多种物质对阳极抗氧化性及导电性能的影响，开发了高导电抗氧化阳极改性技术。该技术可以在使用低品质原料的情况下，使阳极空气反应残余率达到85骊以上，Cc)2反应残余率达到90%以上，电阻率降低l2dm.低昆质日SKl 削 3.5 V/ppm:25O-550 Nappm 50-350 CaZppnvI 50-400 Ni/ppm:200*350 SVppmOOO-3SO F«/ppm:200-700MUMW图3基体改性法开发高导电抗氧化阳极改性技术创新点2：改进微量固体粉料和颗粒连续均匀计量配料方法传统方法在微量固体粉料和颗粒连续均匀计量配料时，精度往往不够高，无法满足现代生产中对配料精度的要求，且普遍存在配料速度慢、操作繁琐等问题，或者由于微量固体粉料堆积在计量设备中影响配料的连续性和稳定性，导致生产效率低下。针对上述问题，项目首次研制开发了一种将微量固体粉料和颗粒连续均匀计量配料的方法，该方法可实现了改性剂连续稳定准确的加入，使用误差小于008Kgt阳极，满足生产要求，该方法可适用于连续混捏和间断混捏。图4微量固体粉料和颗粒连续均匀计量配料方法工艺流程创新点3:研究开发了炭阳极生产热处理效果匹配技术传统炭阳极生产方法中，由于生产工艺和设备的限制，炭阳极在热处理过程中难以实现均匀和一致的加热效果，导致质量波动大、能耗不稳定和生产周期延长。为优化上述问题，项目系统研究了选择性氧化机理和热处理效果对粘结相抗氧化性能的影响，开发了热处理效果匹配技术,该技术可使粘结相与炭质骨料的抗氧化性能接近，减少选择性氧化，改善导电性能，同时可降低阳极焙烧天然气消耗，从而提高生产效率、降低能耗，提升产品质量和竞争力。图5燃烧温度对煨后焦和粘结的影响三、经验总结与推广价值提高铝用炭阳极抗氧化性技术项目可应用于新型炭材料行业，比如石墨烯、碳纳米管的生产，通过该技术可有效减少石墨烯、碳纳米管内部的晶格缺陷，促进其稳定性，延长使用寿命。目前，项目技术已在16家企业应用，采用本性技术生产阳极约60万吨。项目经济、环境与社会效益显著。经中铝郑州有色金属研究院有限公司测算，采用本技术吨铝生产阳极消耗降低10-20kg,氟化盐消耗降低2-5kg,炭渣减少10-20%,电流效率提高0.15-0.45个百分点，综合成本共计降低约33.28元。同时，技术可促进石油焦综合利用，降低铝电解阳极毛耗及电耗，阳极毛耗预计降低10kgt,折合吨铝碳排放减少量约为36.7kgt,有利于铝工业的可持续发展。