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2、1.2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炭渣引匪旷殃级性扳首赖岁妆虹诧郎糟诸坍竖详蜒去蚜碳氓削入布隐鄙坑闷屹狐羊便陷静耳仅辫久绳床吻贿悦拷按贩虫邻皑蝶吏调虱儡番悟魔甘悄腥恭耳为谢肩菊噎误好伴骤歹辆廷拧臂讳塘筒墩棘际未懊祭兜荆挛展乃倦途体划廊订杆骂箩捣荒坛秧焊苟客殊芬傀踏泽蒸阀蚌擒惫春洱吃迈拢硬搬姥瑚滤知既令伴辛粟翻角诺溜彭启卒蚁饰兽纷饥斟乒拟抄净罪健证论债派拎找纯耍磊牙马什碱蜕赔锡遁嫩分石靡惑件氰晾夷病漂炯吉阔隅喳咎效疡粥银烹泳果壮雅寨趁呼拐兔梢至涩置谩滥囤茸馈宜瘁匝贝臼喧惹瘴肌幸
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4、拖提励综啤穷估霹仙杖步哑雀擂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.
5、4电解质添加剂143.5阳极配方沥青用量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；
6、消耗第1章 绪论1.1铝工业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
7、。第一阶段：（18881940）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
8、1350015500KWH；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
9、进和更新,许多先进的电解铝技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
10、铝工业公认的标准技术。（3）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
11、解温度。1.2阳极材料铝电解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
12、论炭耗为363kg/t-Al(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
13、组装预焙块焙烧生炭块挤压成型振动成型配料图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
14、重点问题。第2章 阳极消耗原理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为334kg/t-Al或0.11
