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1、优质阳极的生产技术探讨陈杰 杨从国 瞿仕燕 穆二军(华泽铝电有限公司炭素厂 山西河津 043300) 摘要：本文从阳极生产装备和工艺两方面分析了影响预焙阳极质量的主要因素，提出了有利 于提高阳极质量的一些想法，并建议减少或停止出口阳极的生产，把相关技术转向自用阳极， 提高我国电解铝的生产技术水平。关键字：优质阳极电解铝 残极 石墨化Discuss on production and technology of high quality anodeChenjie YangCongguo Qushiyan Muerjun(Carbon plant, Huaze aluminium and powe
2、r Ltd, shanxihejin 043300 )Abstract: We analysed the main factors which affect on pre-backed anode properties from facilities and technologies. And we give some advise on high quality anode and we hope that production of export anode would be reduced or be stopped , moreover we turn relevant technol
3、ogy around domestic anode and improve technology of electrolysis aluminum . Keyword: high quality anode ,electrolysis aluminium , butt , graphitization预焙炭阳极是铝电解槽的“心脏”。随着铝电解向高效节能方向的发展，铝电解技术 对预焙炭阳极的质量要求越来越高，尤其是大型预焙电解槽技术对预焙炭阳极质量的要求更 严格。阳极的均质性会影响到电解槽的三场平衡，进而影响到电解生产稳定性，因此，大型 预焙铝电解槽应使用高质量的预焙炭阳极，以稳定电解生产，实现
4、低过热度、低阳极效应和 最佳极距，全面提高铝电解生产的各项技术经济指标，降低能耗。因此，阳极的均质与否是 衡量阳极整体质量水平的重要标准【1】。我国大型电解槽的整体技术在槽单位面积的产能上与 国际先进水平差距较大，增加阳极电流密度，提高单位面积产能是进一步提高铝电解技术水 平、实现大幅度节能降耗的一个重要的措施，我国现在普遍的阳极电流密度是 0.72-0.76A/cm2，发达国家电解的阳极电流密度已达到0.8-0.85A/cm2。研究表明，阳极电 流密度每提高0.01A/cm2，电解可增产1%左右。另外，炭阳极质量还直接影响到铝电解的阳 极消耗，抗氧化性能差的炭阳极在电解中炭耗增加明显，因氧化
5、脱落产生的炭渣污染电解质， 致使电解质粘度增加，温度升高，电耗增加；阳极的裂纹、掉块增加了阳极消耗，生产控制 的难度增大。据有关专家研究，铝电解槽使用优质阳极消耗量比用质量差的阳极少消耗 81.5Kg/t，折合人民币228元，比使用一般阳极少消耗40.75Kg/t，折合人民币114元【2】。因此，生产质量均匀、性能优异的预焙阳极成为当今电解铝企业必须攻关的重大技术课题。1、国内外预焙阳极特性指标对比表 1 国内外预焙阳极特性指标对比表Table 1:pre-baked anode special property contrast of domestic and abroad序号检验项目单位德
6、铝公司美铝公司俄铝公司中铝河南分公司国内B公司国内阳极普遍指标1体积密度g/cm31.561.601.551.611.571.621.591.631.541.611.501.592真密度g/cm32.062.082.06 2.082.04 2.082.072.102.052.092.032.093空气渗透率nPm1.502.00W4.000.32.513.01.05.04电阻率卩Q m5258536052585256496248635抗压强度Mpa3550304532453850305030556抗折强度Mpa9.51312178.0137.013.07热导率W/mK3.04.53.04.04
7、.05.54.05.53.06.08co2：残余率%8895859588928898838865 859CO2:脱落度%21110CO2:损失率%26101225812102011空气:残余率%9295809092958892708512空气:脱落度%2513空气:损失率%35510571012102514灰分%0.20.350.250.450.20.500.150.350.250.400.20.815S%1.01.52.03.00.81.51.401.701.11.351.02.516SiPPm15030015025035060020030020035017FePPm250400300450
8、30060020035030050018VPPm50150100200501007010010013019NiPPm10025010022010015015023020CaPPm20030015025010020020035021NaPPm501308020050100701008015022ZnPPm501003070105023PbPPm5010030801030表中“中铝河南分公司”和“国内B公司”是国内生产出口阳极的公司，表中“国内阳极普遍指标”是我国电解铝企业自用阳极的指标情况。从表中看出，德铝公司、美铝公司和俄铝公司阳极体积密度控制的范围较窄，极差控制在0.05 g/cm3,代表国
9、内阳极生产最高水平的河南分公司控制在0.04 g/cm3，而国内其它企业的阳极体积密度极差却达到了 0.09g/cm3,体积密度是阳极质量的基础指标，体积密度的不稳定性增加了其它指标不稳定程度。电阻率指标德铝控制在5258卩Qm,极差为6卩Qm,美铝控制在5360卩Qm,极差为7卩Qm,俄铝极差为6卩Qm,河南分公司非常稳定，极差为4卩Qm,而国内其它单位阳极电阻率极差为15卩Qm。抗压强度指标国外的三家公司中德铝和美铝控制的范围较大3550MPa,极差为15 MPa，俄铝较小极差为13 MPa，河南分公司最稳定，极差为12 MPa，国内其它公司极差则为25 MPa。其它指标同理。纵观表 1，
10、我国多数电解铝企业所用阳极较国外指标相比均质性较差，尤其在微量元 素方面，国内除了生产出口阳极的企业外其它多数预焙阳极生产企业几乎没有控制，这足见 我国电解铝技术同国外的差距。2、国内预焙阳极工艺装备的差异 我国电解铝企业生产预焙阳极的工艺装备良莠不齐、差异较大，我们根据电解铝企业 建设的时间和设计理念将国内铝用阳极生产企业大致分为三类：I、传统工艺装备类，即，罐式煅烧炉，混捏锅，国产振动成型机等；II、欧美工艺装备类，即，回转窑，连续混捏机，进口振动成型机等；III、传统和欧美工艺装备结合类，即，罐式煅烧炉，连续混捏锅，振动成型机等。第I类企业，在设计炭素工艺时受前苏联阳极技术的影响，主要装
11、备罐式煅烧炉，人 工配料系统和混捏锅等阳极糊生产设备，随着阳极技术的发展，改造了配料系统，装备了国 产振动成型机和敞盖环式焙烧炉等装备。由于原料热处理工艺是阳极质量的基础，再加上国 产成型机、焙烧技术同国外差距的快速减小，因此由这套装备生产的阳极产品完全满足强化 电解电流强度的需求，能够承受0.85A/C m2甚至更高的电流强度，堪称生产铝用阳极企业的 经典装备。第II类企业，特别注重引进发达国家阳极生产装备，在设计时遵循国内领先、世界先 进的原则，重点生产设备：煅烧系统、制粉系统、自动配料系统、强力冷却机、连续混捏设 备、振动成型机、阳极焙烧多功能天车等从国外引进，其它设备国内配套，自动化程
12、度较高。 从使用的情况看，引进的回转窑煅烧系统生产的煅后焦质量远不及传统的罐式煅烧炉生产的 煅后焦，尤其在影响阳极质量的空气反应性、二氧化碳反应性和振实堆积密度方面差距显著， 连续混捏机物料混捏时间短，一般在10分钟左右，传统的混捏锅混捏时间通常在6070 分钟，物料在锅内混捏很充分。从焙烧效果看，传统的设备生产出的阳极产品表面填充料粘 附强度低，极易清理，而自动化程度高的设备生产出来的阳极产品填充料粘附强度高，清理 难度大，另外，阳极的性能指标也无法达到传统设备生产的产品。第III类企业，装备条件同第I类企业有些类似，但对系统的改造又不同于第I类，主 要区别在混捏系统，他们另辟蹊径，将混捏锅
13、的出糊方式由糊斗间歇式出糊变为皮带冷却出 糊，从混捏大局上看，该工艺制度也是连续混捏的制度，提高了生产自动化程度，改善了工 人的劳动环境，生产的产品性能稳定可靠。表 2 传统工艺装备和欧美工艺装备类阳极质量对比Table 2: Anode quality contrast between traditional technology and equipment and Europe &America one序号检验项目单位传统工艺装备类欧美工艺装备类第I类企业第III类企业第II类企业1体积密度g/cm31.59 1.631.58 1.611.55 1.592真密度g/cm32.092.092
14、.063空气渗透率nPm0.3 1.50.5 1.60.3 1.24电阻率卩Q m4952505452605抗压强度Mpa3545354930506抗折强度Mpa111810 158137热导率W/mK3.9 4.54.0 4.84.0 5.18CO2:残余率%9098909685919空气：残余率%939889948090从表2看出，第I类企业和第III类企业生产的阳极指标普遍优于第II类企业。体积密 度传统工艺装备普遍高于欧美工艺装备，一般高0.030.04 g/cm3，真密度高0.03 g/cm3, 电阻率较稳定，极差基本处在34卩Qm,抗折强度高，二氧化碳和空气反应性较好。这些 主要得益于罐式煅烧炉对原料石油焦的处理，在此对其机理不再赘述。3、影响预焙
