铝用阳极消耗原理及降低阳极消耗途径的探讨毕业论文.doc

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1、铝用阳极消耗原理及降低阳极消耗途径的探讨目录摘要4第1章 绪论51.1铝工业发展简史51.2阳极材料6第2章 阳极消耗原理82.1电化学消耗82.2电解消耗82.3过量阳极消耗82.3.1 CO2和空气氧化所引起的炭阳极过量消耗92.3.2炭渣引起的过量阳极消耗102.3.3二次反应引起的过量消耗10第3章 降低炭阳极消耗的途径和措施113.1阳极电流密度113.2温度113.2.1石油焦煅烧温度113.2.2阳极焙烧温度113.2.3电解槽操作温度123.3阳极杂质与添加剂5123.3.1硫123.3.2金属杂质133.3.3残极和灰分133.3.4添加剂133.4电解质添加剂143.5阳极

2、配方沥青用量143.6阳极保护措施14第4章 结束语15参考文献16摘要电解铝过程中,炭阳极是生产的主要原料之一，它作为导体将直流电导入电解槽,并作为电解槽阳极材料参与阳极反应,在生产中炭阳极实际消耗远高于其理论消耗,直接影响原铝的生产成本。本文在分析铝用炭素阳极消耗机理的基础上,评述了阳极生产和电解铝生产中的诸多因素对炭素阳极消耗的影响,这些因素包阳极电流密度、石油焦煅烧温度、阳极焙烧温度、电解槽操作温度、阳极硫含量、阳极金属杂质、残极和灰分、阳极添加剂、电解质添加剂、阳极配方的沥青用量和阳极保护措施等，并提出降低阳极消耗的途径和措施。关键词: 电解铝；炭素阳极；消耗第1章 绪论1.1铝工业

3、发展简史铝冶金的发展过程大致可以分为三个阶段:化学法炼铝阶段，电解法炼铝阶段以及冰晶石一氧化铝熔盐电解法炼铝1，详见表1-1。 表1-1 铝冶金发展过程年代 国籍 创始人 炼铝方法 1825 德国 韦勒(F.wholer) 钾还原无水氧化铝1845 法国 戴维尔(H.S.Deville) 钠还原NaclAl3混合盐1845 法国 罗西 钠和镁还原冰晶石1886 美国 霍尔（Hall） 冰晶石氧化铝熔盐电解法 法国 埃鲁特（Heroult） 18861950 自焙阳极电解槽1950s 霍尔埃鲁特 大型预焙阳极电解槽自1888年至今铝电解槽构造及容量的发展经历了六个阶段。第一阶段：（1888194

4、0）小型预焙阳极电解槽；特点是：电流低35KA以下，直流电耗高17500KWH以上；容量小，现已淘汰。第二阶段：（19271955）侧部导电连续自焙阳极电解槽；特点是：电流35KA100KA直流电耗14500KWH17000KWH：阳极连续自行 焙烧。有害气体排放量大，环境污染严重，现已逐步淘汰。第三阶段：（19441964）上部导电连续自焙阳极电解槽；特点是：电流40KA155KA；直流电耗1450017000KWH：有害气体排放量大，环境污染严重，现已逐步淘汰。第四阶段：（19601975）边部加工大容量预焙阳极电解槽；特点是：电流100KA180KA，直流电耗1350015500KWH；

5、边部加料，因环保不能达标，现已全部改为中间下料槽。 第五阶段：（19631975）中间线下料预焙阳极电解槽；特点是：电流100KA180KA；用铡刀打壳在阳极中间下料，直流电耗1470016400KWH。此槽型在美铝撒铝雷诺公司应用较多。第六阶段：（1965至今）中间点式下料预焙阳极电解槽；当前 ，世界各国正在向长大型中间下料预焙阳极电解槽，此种预焙槽并不是简单的重复，而是向大型化、大电流、自动下料、自动处理阳极效应、电子计算机控制生产的具有当前先进科学技术水平的现代化新槽型方向发展。世界电解铝工业几乎都采用一样的技术,尽管设计各不相同。通过多年来电解铝技术的不断改进和更新,许多先进的电解铝技

6、术得到了为电解铝工业服务的产业的支持和帮助,加工建造特种设备,使电解铝工业对环境造成的危害最小或使劳动力需求最少。因此，铝电解工艺的发展呈现出以下趋势：（1）未来10年世界电解铝工业的发展将受到整个世界如何减少CO2排放的环境关注的强大影响。（2）当今世界上许多电解铝厂都在努力把自焙槽技术转移到预焙槽技术上来,设计上的变化是改造自焙槽型的阴极壳和衬的上部结构,首先把阴极和壳衬转移成并列布置,其优势是易于磁补偿,空间更有效,可以使用周围支撑设备,北美领先开发了这一技术,但20世纪的最后25年欧洲电解铝厂成为这些技术主要使用者。而现在点式给料技术已经居主宰地位,世界电解铝工业公认的标准技术。（3）

7、在新建电解铝厂规模向大型化发展的同时,老厂改造扩建还会继续在未来10 年里一直进行下去。（4）惰性阳极和可湿阴极技术的研究和开发惰性阳极能够解决电解铝工业对环境的污染,不再使用碳阳极。（5）采用先进的能量管理以降低电解槽能量需求的动力。和生产实践相关的先进的电解铝生产控制技术。（6）改进阴极工艺技术以延长电解槽使用寿命。采用石墨化阴极,降低阴极磨损,开发耐磨材料或采用石墨表面。（7）低温铝电解理论通过优化电解质体系组成，配合电极组成和电解槽结构的改变，将电解温度由目前的950970降低到800880，从而降低电能消耗。主要的技术措施是通过高比例添加氯化物来达到降低电解温度。1.2阳极材料铝电解

8、生产是采用高温并具有很大腐蚀性的冰晶石-氧化铝熔盐电解，作为阳极的导电材料，目前能够抵御这种侵蚀性，并且价格低而又能良好导电的，唯有碳素制品，因此铝工业上均采用碳素阳极2。在大型预焙槽铝电解生产中，阳极炭块不仅承担着导电的作用，而且还参与电化学和化学反应。阳极炭块质量的好坏，直接影响到铝电解的正常生产操作，阳极的消耗，原铝的质量和电流效率等经济指标。因此，对阳极炭块要求很严格，在化学成分上要求阳极炭块中杂质含量少，如铁硅矾硫等氧化物含量不仅影响炭阳极的理化指标，还会在电解过程中进入铝液中而影响铝质量。,炭素阳极随着电解过程中的进行不断地消耗。当电流效率为92%时,理论炭耗为363kg/t-Al

9、(即334/CE ,CE为电流效率)。但是,在实际生产过程中,阳极炭块的实际消耗量远大于其理论炭耗,实际炭耗量在我国达到450kg/t-Al以上(有的甚至超过了500kg/t-Al),比理论消耗多出至少100kg。铝电解用的炭阳极分为两大类:自焙阳极和预焙阳极。自焙阳极依导电方式不同又分为旁插棒式阳极和上插棒式阳极。预焙阳极依电解过程中阳极本身是否连续使用又分为连续式阳极和不连续式阳极。这4种型式的阳极配料是不同的，但在制造方法上有共同点。炭阳极生产流程见图1-1：煤沥青 油焦 沥青焦粗碎煅烧12501300C中碎5mm筛分连续混捏自焙槽1300C阳极糊炭块组预焙槽组装预焙块焙烧生炭块挤压成型

10、振动成型配料图1-1 碳阳极生产流程图现代阳极块一般采用挤压法和振动成型法成型，经焙烧成熟块，组装后安装于电解槽使用。由于预焙阳极同样消耗而使杂质进入铝液中，故对阳极炭块的要求是很严格的。在化学成分上，要求灰分越低越好，尤其是对硅、铁、镍钒的含量要严加控制，在物理性能上要求电阻率和气孔率要小.铝电解过程需要大量消耗炭素材料，特别是炭素阳极。预焙阳极炭块是预焙槽上的阳极，在电解过程中参与电化学反应而连续消耗，其消耗速度一般为18mm/d。因此,对现行炭素阳极进行综合研究,改善电解过程和阳极生产工艺,提高阳极质量,降低炭素阳极消耗的研究,仍是铝工业界和相关研究机构关注的重点问题。第2章 阳极消耗原

11、理2.1电化学消耗阳极炭耗中大部分是由电解过程电化学反应直接消耗的,在电解铝过程中，含氧络合离子在阳极的表面放电，和炽热的炭反应并放出CO2 ,CO2以气泡的形式离开电极,电解还原铝的总过程可以用下面的反应式来代表: Al2O3+3/2C=3/2CO2+2Al （2-1） 在电解的过程中阳极反应也有可能产生CO，反应式如下: Al2O3+3C=3CO+2Al （2-2）如果反应（2-2）发生，阳极炭耗将是反应（2-1）的两倍。然而，一般认为反应（2-2）只有在很低的电流密度下才会发生,工业电流密度下，阳极反应生成按（2-1）进行，生成CO2 阳极气体3。按（2-1）计算，铝电解炭阳极的理论消耗

12、为334kg/t-Al或0.112g/(Ah)。2.2电解消耗电解消耗W定义为理论消耗W0与电流效率CE之比。 W=W0/CE=334/CE （2-3）从本质上讲，铝电解时的炭阳极消耗与电解槽的阴极电流效率（习惯上称为电解槽的电流效率）无关，但由于阴极铝的二次氧化损失，电流效率降低，因此会使按单位质量铝产量所计算出来的电化学氧化消耗增加，按方程（2-3）计算，当电解槽的电流效率为95%时，此时的电解消耗为353kg/t-Al，它比电化学消耗多出17kg/t-Al。此值与电流效率的损失的铝所造成的炭电化学氧化相当。2.3过量阳极消耗早期的一些文献资料通常将过量阳极消耗定义为铝电解的实际阳极消耗与

13、理论电化学消耗之差，但最新的文献资料将过量阳极消耗定义为铝电解实际阳极消耗与电解消耗之差4，即 WK=WP-W0/CE(kg/t-Al) （2-4）式中 WK过量阳极消耗； WP实际电解阳极消耗，kg/t-Al。WP值包括残极消耗，因此工业上常称WP为毛耗，因此阳极净耗WN应该等于毛耗减去残极消耗WB。 WN=WP-WB （2-5）2.3.1 CO2和空气氧化所引起的炭阳极过量消耗CO2和空气氧又可称为化学氧化，炭阳极的化学氧化发生在高温下炭阳极侧面和上表面。由于这两个氧化反应所引起的过量阳极消耗在整个过量阳极消耗中占有很大的比例。CO2氧化和空气氧化对炭阳极过量消耗贡献的比例在1：2和1：1

14、之间。CO2对炭阳极的氧化是按“布多尔反应(Boundouard Reaction)”进行,可以用下式来代表: CO2+C=2CO （2-6）当温度超过930时,反应（2-6）几乎完全向右进行,电解过程中阳极反应产生CO2 ,又将与阳极发生反应。阳极是一种多孔结构材料,CO2可以通过阳极熔盐界面向阳极的内部渗透,按式（2-6）在阳极内部发生反应。反应也称羰基反应,主要发生在浸在电解质中的阳极底面和四周,此外电解质中的炭渣也与CO2反应。反应温度与炭阳极中的某些杂质也会影响布达反应率，铝电解槽中炭耗部位见图2-1: 图2-1 铝电解槽阳极炭耗部位图注:1空气氧化反应区； 2电解质-氧化铝覆盖料；

15、3CO2 与炭阳极反应区；4CO2 渗透作用区；5电解时氧化铝离解生成的氧与炭阳极发生反应区(2Al2O3 + 3C= 4Al + 3CO2 (气) )；6阳极气体空间；7熔融电解质;空气对炭阳极的氧化主要发生在阳极上部，依阳极温度和空气进入量的不同可能发生的空气氧化反应有两个 2C+O2=2CO （2-7） C+O2=CO2 （2-8）预焙阳极顶部的温度可以从200变化到700,具体的温度取决阳极位置、使用时间及电解槽槽况等因素。空气燃烧反应产物中CO/CO2的比率随温度升高而急剧增大。热力学计算表明,CO/CO2的平衡比率在400时是0.2 ,在550时就超过1,这说明反应（2-8）在低温

16、时占主导地位,而反应（2-7）在高温时显得尤为重要。2.3.2炭渣引起的过量阳极消耗由炭渣造成的阳极过量消,其机理是很清楚的:粘结剂沥青结焦活性大,它优先氧化之后,大块的骨料焦粒就由阳极表面突出,并在重力作用和电解质搅动下,从阳极脱落,形成炭渣。无论是电化学氧化还是化学反应氧化,都可以用这种机理来解释阳极炭渣产生的原因。严格地讲,以上每个独立的氧化反应都会导致炭渣的产生。要确定每一个独立的反应所带来的炭渣量却相当的困难。一般认为电化学反应和布多尔反应相对重要,其中布多反应比电化学反应的作用又更明显,因为它可以深入到阳极的内部发生。所以,人们一般基于布多尔反应来研究测试阳极的炭渣损耗和选择性氧化

17、。2.3.3二次反应引起的过量消耗电解过程中产生的CO2气体可以和熔体中的还原性金属发生反应: 3CO2 + 4Al = 3C + 2Al2O3 （2-9） 3CO2 + 2Al = 3CO + Al2O3 （2-10） 3CO2 + 6Na = 3CO + 3Na2O （2-11）这些反应不直接带来阳极炭耗,但是可以使金属铝的产量低于法拉第产量,间接地增加吨铝炭耗。第3章 降低炭阳极消耗的途径和措施3.1阳极电流密度阳极电流密度与炭耗有密切的关系,一般认为,随着阳极电流密度的增加炭耗会减少,但是也曾有过相反的报道。阳极炭耗随电流密度的变化与反应（2-1）和（2-2）的进行程度有很大的关系。阳

18、极气体组分的研究表明,当电流密度小于0.1A/cm2 的时候,阳极气体中以CO为主，但是当电流密度高于0.3A/cm2的时候则以CO2为主。也曾有报道认为,在合适的电流密度下,炭耗可达到最小值, Revazyan发现这个最优值在0.94A/cm21.03A/cm2之间,而Smodrodinov却认为是0.8A/ cm20.9A/cm2。产生此现象的原因是:在低电流密度下,阳极反应产生的CO含量增多,炭耗增大,另外,阳极选择性氧化导致炭渣的增加,也增加了阳极总炭耗;随着电流密度的提高,阳极消耗变得更加均匀,炭渣脱落相对减少,再加上阳极气体中CO含量减少,使得阳极炭耗随电流密度提高而减少；但当电流

19、密度达到一定值后,阳极上热负荷增大,温度提高,其他影响阳极炭耗的因素(如阳极侧面的空气燃烧)作用更加明显,从而导致阳极炭耗的增加。3.2温度待添加的隐藏文字内容3骨料石油焦的煅烧温度,阳极的焙烧温度和电解槽操作温度都对阳极炭耗产生影响。3.2.1石油焦煅烧温度随着煅烧温度的提高,石油焦的活性降低。但是降低的程度随石油焦中杂质种类及其含量的不同而变化很大,石油焦中的金属杂质可催化其氧化反应,而S和P等则可降低其活性,煅烧温度的提高将改变杂质的行为。一般认为,在一定温度范围内,煅烧温度的提高有利于煅烧焦的抗氧化性能。但高硫石油焦因存在高温除硫现象,提高煅烧温度也可能提高石油焦活性。另外,只有在阳极

20、的焙烧温度和石油焦煅烧温度保持较接近的时候,阳极的总消耗才会随煅烧温度的提高而减少,这可能是由于阳极各组分的活性差异引起的。当这两个热处理温度之间的差距增大时,阳极各组分的活性差异加大,反应活性低的填充焦的机械损失就会增加,也就是说炭渣的量就增加了。3.2.2阳极焙烧温度在8501300的温度范围内,阳极的焙烧温度每提高100,阳极的消耗就减少几个百分点,研究表明它们之间成近似线性关系。但是,也有研究发现,当焙烧温度升高到10001100范围的时候,已经偏离了这种关系,也就是说,焙烧温度再升高时,阳极的抗氧化性将会有更大的改善。实验室研究表明,在9801300的范围内,布多尔反应活性降低与阳极

21、焙烧温度的提高呈近似线性关系。这个结果和工业试验的结果有较大差距,这个差异可能是由于实验室研究和工厂试验中的阳极焙烧过程中升温速率的差异所导致的。许多工业阳极的测试表明,当阳极的焙烧温度升高到一定值之前,阳极反应活性随温度的升高而降低,当过了这个温度值之后,阳极CO2反应活性又会升高。这个最低值与阳极生产中所用骨料石油焦的煅烧温度相对应,焙烧温度超过煅烧温度后会引起填充焦再次排除挥发分,从而产生更多的孔洞和裂缝。同样,提高阳极的焙烧温度也有利于降低阳极的空气反应活性。Dreyer认为,当阳极的焙烧温度提高到1500的时候,阳极空气反应活性几乎为零。Farr-whaton等发现将焙烧温度从850

22、提高到1150之后,阳极的抗氧化性能得到了很大改善,且粘结焦的表面积降低了50%。Brandtzong等发现,当阳极焙烧温度从950提高到1200时,阳极炭耗缓慢的减少。Rhedey等发现,当阳极的焙烧温度提高到15002000的时候,阳极电阻率和空气反应活性降低,导热性能大大地提高,使得阳极表面温度比普通阳极平均高出100,尽管阳极的抗氧化能力得到了提高,但是空气燃烧的速率却因阳极表面温度的提高而提高了。3.2.3电解槽操作温度阳极炭耗随电解槽操作温度提高而增加,电解质温度(9701030)每提高10,阳极炭耗就增加2%。另外有研究表明,阳极消耗受阳极底部温度的影响较大,这主要是由于阳级底部

23、选择性电化学氧化和布多尔反应的加快。阳极的表面温度是影响阳极空气燃烧反应活性的主要因素,它的稍微提高对阳极炭耗造成的影响要比因阳极本身的活性差异所带来的影响大得多。3.3阳极杂质与添加剂5炭素阳极中的杂质可以强烈地影响其化学氧化反应过程的速率和反应进程,因为这些杂质在阳极氧化过程中可起催化作用或反催化作用。曾有大量的文献研究过杂质对炭的氧化反应的影响。另外,杂质元素随着炭素阳极的不断消耗而进入电解质熔体中,其中比铝正电性的杂质元素在阴极优先还原析出,降低电流效率,从而间接地导致炭耗的增加。下面将对阳极中通常存在的一些杂质或添加剂予以讨论。3.3.1硫低硫焦日趋减少,阳极中杂质S的含量将会不断的

24、提高。因此,阳极中S的含量对铝用炭素阳极消耗和电解过程的影响已成为人们关注的重要问题之一。高硫焦的使用将导致系列问题:如尾气对大气的污染,车间金属结构的腐蚀和恶劣的工作条件,但是通过改善槽罩和通风条件,这些问题将在一定程度上得以缓解。实验室研究和工业试验结果表明,硫的含量在一定范围内时,阳极炭耗随硫含量的增加而减少。这是由于硫提高了沥青的产焦率,降低了沥青结焦的空隙率;另外,硫易于与金属杂质结合,降低金属杂质的催化作用,从而间接地降低了阳极炭耗。但是,也有报道认为硫含量的提高将导致炭耗的增加,在这些研究中,并未考虑到阳极制作条件,如焙烧制度,阳极气孔率和其它杂质催化作用的影响。另外,还有一些研

25、究则认为硫的含量和炭耗无关。3.3.2金属杂质炭素材料中的大多金属杂质都对其氧化反应具有催化作用,某些金属杂质对阳极氧化反应（空气氧化或布多尔反应）的催化作用已有某些规律性认识。如V和Ni是C/O2反应的强催化剂,而Fe和Na则对C/CO2反应有较强的催化作用。然而,要建立单种杂质对C/O2或C/CO2反应活性影响的特定规律也很困难其它杂质的存在将影响甚至完全覆盖被研究杂质的催化作用,这种协同作用也使得对实验结果的解释更加困难。多种杂质的协同催化作用（如V+Na ,V+Fe+Cu）将大大地超过单种杂质的影响。另外杂质的催化作用也受到反应条件的影响,例如,对C/O2反应具有催化作用的杂质一般在阳

26、极表面温度低于650时具有较强催化效果,随着温度的进一步升高,氧化反应将受传质控制而导致催化作用的减弱。杂质的摧化作用将直接提高阳极炭耗,所以阳极生产时应尽量降低这些有害杂质的含量。3.3.3残极和灰分有关灰分含量对阳极性能影响的实验研究结果不多,一些报导发现灰分含量(在0.1%1.3%范围内时)与阳极炭耗无确定关系,但也有人认为阳极消耗随着灰分的增加而增加。有关残极添加量对阳极炭耗影响的报道有较大出入。Rheydey发现当残极添加量在0%25%范围内时,阳极炭耗随残极的添加稍有增加,残极添加量每提高1%使阳极炭耗增加0.2%0.3%；而Sadler却发现当残极添加量在0%40%范围内,对阳极

27、炭耗的影响很小,添加量每提高1% ,炭耗只增加0.02%。导致这种差异的原因是各自所用的残极来源、处理和添加方式的不同。有关残极和灰分(残极添加必然增加阳极灰分)对阳极化学氧化活性的影响,可以通过残极或灰分中各种杂质含量及其分别对阳极活性的影响进行定性分析和初步估算。3.3.4添加剂为了减少阳极炭耗,人们往阳极配方中加入多种添加剂,这些添加剂无一例外地都加在粘结剂沥青中,因为这样可以使添加剂在阳极中均匀分配,并且也很方便,也是因为沥青结焦相具有较高的反应活性。对布多尔反应起抑制作用的AlF3 、Al2(SO4)3 、B2O3 、Na2B4O7和含磷化合物等被用作阳极添加剂。上述这些化合物能有效

28、降低阳极化学活性,但是其中有些(如Na2B4O7和含磷化合物) 对电耗有负面的影响,这也限制了它们的应用。在所有的这些可能降低阳极消耗的物质中,AlF3和B2O3看来是最有可能得到应用。B2O3能显著降低阳极活性并提高其机械强度,由于炭渣减少,阳极炭耗也会相应的减少。然而,因为阳极活性降低,阳极过电位相应上升,每添加1%的B2O3就会使槽电压提高100mV ,这可能是由于添加B2O3 使得阳极表面活性更加均一,表面积减少,导致电流密度增加,从而提高槽电压。另外,B2O3的添加将影响铝锭纯度。添加AlF3可提高阳极(尤其是自焙阳极)的抗氧化性能,这已经得到了人们的广泛认同,国内也就此开展了大量工

29、作。工业试验表明,添加AlF3可将阳极炭耗降低3%4% ,同时提高了电流效率。然而,尽管AlF3 可以作为自焙阳极的有效添加剂,但对预焙阳极来说,因为预焙阳极焙烧温度较高及高温下氟化物挥发( 升华点为1260) ,使其研究和应用较为困难。3.4电解质添加剂一般认为,电解质添加剂可降低阳极炭耗,这主要是因为:添加剂可以降低电解质初晶温度,从而降低阳极温度,减缓阳极氧化；另外,有些添加剂能降低阳极与熔体的界面张力,改善电解质对阳极表面的润湿,减少阳极表面聚集的CO2气泡,从而减缓布多尔反应,并使得阳极更均匀地消耗,从而减少炭渣的产生。可降低阳极炭耗的电解质添加剂有:NaCl 、NaF、LiF、KF

30、、KCl 、Al2O3 、CaF2（10 %）、B2O3和Na2B4O7（3%）在一定的温度下,增加电解质分子比会增加阳极炭耗损耗,但是添加NaCl又可降低阳极炭耗。3.5阳极配方沥青用量阳极配方中沥青用量是影响阳极炭耗的主要因素之一,但一般容易被另外一些因素（如决定沥青性质的因素）所掩盖。一个合理的沥青用量一般与阳极最低炭耗和最大体积密度相对应。沥青的添加量直接影响炭阳极的物理、化学性能,它与炭骨料的表面性质、粒度配方、生产工艺等有关。沥青量的变化对自焙阳极消耗影响较小,而对预焙阳极消耗影响较大, 沥青添加量提高1% ,炭耗降低2.0%2.5%。其原因是自焙阳极中的沥青添加量在30%左右,如

31、此高的沥青含量,对炭骨料的粘结作用非常充裕,因此沥青添加量的较小改变不会引起阳极炭耗的较大变化。而预焙阳极则没有这么多过剩的沥青添加量,它仅为17%左右。这说明选择适宜的沥青添加量对预焙阳极生产更为重要。3.6阳极保护措施为减缓阳极表面被空气氧化,除了要降低阳极的表面温度之外,还有一个办法就是在气/固界面上,用阻隔层将炽热的阳极表面和空气的接触隔离开,以减缓阳极的空气氧化反应。有人曾使用一种高纯氧化铝水泥涂覆于阳极表面,但是因其操作困难和重达40kg的Al2O3水泥用量,使得这种方法难以在工业生产中得到应用。如果在阳极的表面以疏松的粉末覆盖(如Al2O3 ) ,那么操作起来将更方便一些。但问题

32、是,导热能力低的覆盖材料将会对阳极起到保温的作用;使得阳极表面温度升高,此时透过疏松覆盖层的空气可能使阳极的氧化比有保护层的还要严重。因此,要想得到一种有效的保护层,就要系统的考虑采取这种保护层时的每一个细节。更好的解决办法是在阳极的表面覆盖一薄层的惰性材料,常用的方法是在阳极的侧面和顶部覆盖一层(通常是12mm) 的Al2O3 、Al 或者两者的结合物。这种方法较为合理,而且不带入其他的污染性杂质,但是,用Al做覆盖层的缺点之一是,在阳极使用后期,随着阳极表面温度升高,铝覆盖层就会融化而失去对阳极的保护作用。另外,也有人建议用电解质熔盐、复合盐或者硼酸盐浸渍阳极,在阳极表面形成一薄层保护层,

33、但是这些方法操作复杂,而且可能带入会污染金属的杂质。第4章 结束语炭素阳极(特别是活性较高的粘接剂沥青结焦)与空气和CO2 的反应是导致阳极过量消耗的主要原因。阳极制备和电解铝生产中的诸多因素都不同程度地影响着阳极与空气或CO2的反应活性,其中包括:石油焦煅烧温度、阳极焙烧温度、电解槽操作温度、阳极硫含量、阳极金属杂质、残极和灰分、阳极添加剂、电解质添加剂、阳极配方的沥青用量和阳极保护措施等。针对这些问题,随着我国电解铝工业的蓬勃发展,电解槽容量不断增大和相关先进技术的相继采用,对炭素阳极的质量的要求也越来越高。然而,我国铝用炭素阳极生产相对落后,一些厂家的技术、设备落后,原料来源复杂、品质不一,缺乏系必须进一步优化阳极制备和电解铝生产技术条件,加强新技术开发应用,全面提高阳极制品质量,以降低阳极炭耗,进一步降低原铝生产成本。参考文献1 邱竹贤. 铝电解(第二版)M， 冶金工业出版社,1995. 5.2 李清.大型预焙槽炼铝生产工艺与操作实践.中南大学出版社，2005.3 赖延清，铝电解节能节碳的深层炭素阳极电化学活性和空气/CO2反应活性的研究D，长沙：中南大学，2001.4 冯乃祥，铝电解，化学工业出版社，2008.5.5 赖延清，刘业翔，电解铝炭素阳极消耗研究评述D，轻金属,2002.