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碳渣在鋁電解生產(chǎn)中的危害論文
【摘 要】本文對鋁電解質(zhì)中碳渣的形成過程及鋁電解生產(chǎn)的危害進行了分析和討論，并提出了減少碳渣的措施。
【關鍵詞】碳渣 鋁電解 危害
在冰晶石——氧化鋁的溶鹽電解預焙槽中，陽極碳塊作為鋁電解的心臟部分，一直被人們所關注，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。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，導致熱槽的產(chǎn)生，這不但引起電解消耗的增加，而且當熱槽產(chǎn)生時將惡化鋁電解的生產(chǎn)的諸多技術經(jīng)濟指標，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。
一、碳渣的產(chǎn)生
1.由于預焙塊質(zhì)量的不合格造成氧化從而產(chǎn)生碳渣。預焙碳塊是由石油焦、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，從而導致陽極的氧化和碳粒在陽極表面的脫落進入電解質(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。
2.二次反應生成游離的固態(tài)碳。鋁電解過程中的二次反應，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。
其反應有兩種：
第一種反應為，在電解質(zhì)的溶液中溶解的鋁與CO2反應生成CO，而CO又與AL反應生成C，即：
2AL（溶解）＋2CO2=AL2O3＋3CO（1）
2AL（溶解）＋3CO=AL2O3＋3C（2）
第二種反應為，電解質(zhì)中的鋁直接將CO2還原成C，
3AL（溶解）＋3CO2=2AL2O3＋3C（3）
在上述兩種反應中反應（3）對于在鋁電解質(zhì)中生成碳渣的作用，比反應（2）的作用要大，但這兩種反應所產(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.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)生應力，導致碳塊體積膨脹，并變得疏松多孔，從而剝落形成碳渣。
二、碳渣對電解過程的危害
1.鋁電解溶液中的碳渣，導致電解質(zhì)的電阻增大，其結果造成電解質(zhì)電壓降的升高，增加鋁電解生產(chǎn)的電能消耗。據(jù)具有關專業(yè)人士報道，當鋁電解質(zhì)溶液中的碳渣含量達到1%（重量）時，電解質(zhì)導電率約降低11%，由此可見碳渣對電解質(zhì)的導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)的導電率的作用越大。
2.鋁電解質(zhì)溶液中的碳渣導致熱槽產(chǎn)生，當電解質(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，不但造成電能的無謂消耗，同時會使電解槽的陰極受到損壞，影響槽壽命，此外在處理熱槽時，還消耗大量的氟化鹽，故其危害作用是非常巨大的。
3.鋁電解溶液中的碳渣造成電流損失，當鋁電解質(zhì)溶液表面漂浮有大量碳渣時，碳渣將與碳素陽極和陰極組成電流通路，部分電流會直接通過碳渣進入陰極或側部，而不能參與電解反應，形成側部漏電，嚴重時會造成側部漏爐。
三、減少碳渣的途徑
1.采用高品質(zhì)的預焙碳塊。在前面關于碳渣的來源中已討論，由于碳塊質(zhì)量的不合格造成碳粒脫落是產(chǎn)生碳渣的主要原因，在生產(chǎn)中使用質(zhì)量不合格的碳塊，無疑為碳渣的產(chǎn)生創(chuàng)造了有利的條件，因此采用高質(zhì)量的預焙塊是減少電解質(zhì)溶液中碳渣的至關重要的措施。不但減少了碳渣的產(chǎn)生，從而穩(wěn)定了生產(chǎn)，減少了工人的勞動強度，提高了電流效率，降低能耗，對于電解鋁廠來說，在預焙塊進廠之前就要進行嚴格的質(zhì)量檢測手段，保證陽極碳塊的質(zhì)量。
2.選用優(yōu)質(zhì)的陰極碳塊。與陽極碳素材料一樣，陰極碳塊的質(zhì)量優(yōu)劣對碳塊的剝落程度有影響，在砌筑電解槽陰極時采用優(yōu)質(zhì)陰極側部碳塊和底部碳塊能較有效地承受和抵抗鋁電解質(zhì)溶液和鋁液的侵蝕和沖刷，從而減少碳塊的剝落，減少碳渣的產(chǎn)生。
3.在電解過程中選用低溫操作。由于鋁的二次反應也是產(chǎn)生碳渣的一個原因，所以在電解生產(chǎn)過程中就要減少二次反應的發(fā)生。在生產(chǎn)操作中要保持低電壓，低氧化鋁濃度，低分子比，低溫度高極距，從而保證電解生產(chǎn)在較低的穩(wěn)定的溫度下進行，提高了電流效率，減少了鋁的二次反應損失，從而減少了碳渣的生成。
四、結論
電解生產(chǎn)中只有選用優(yōu)質(zhì)的碳素材料，同時提高操作質(zhì)量，盡可能減少碳渣的產(chǎn)生，才能取得良好的經(jīng)濟技術指標。
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