降低预焙铝电解槽阳极效应分析
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摘要 本文总结笔者多年电解槽工作实践，经过对阳极效应原理和实践进行分析，总结生产工艺技术，取得降低效应系数的有效途径。
中图分类号TQ151 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）110-0101-02
电解铝行业是一个准入门槛较低的产业，中国处于城市化发展时期，对于铝消费有较强的潜在需求。目前各铝冶炼企业成本压力大，加上近几年环境恶化，环保要求越来越高，提高了铝冶炼企业的生产成本，所以不断采用新技术手段，改进目前传统生产技术工序，降低铝冶炼生产吨率能耗，提高劳动生产率，降低废气、粉尘排放，是各企业努力的方向。
在铝电解化学反应和生产实践中，阳极区域会产生阳极效应特殊现象，即在电解生产过程中，阳极电流高于临界电流时，会发生阳极效应现象。其主要危害表现在：一是对生产的危害；二是对环境的危害；三是提高了生产成本。在电解铝生产企业中，阳极效应系数是生产考核的重要指标之一。
1阳极效应的原理
阳极效应主要发生在阳极电流超过临界电流的密度的情况下。其发生的主要原因是阳极的导电面积突然降低，并且同时氧化铝浓度降低，电解质和炭块阳极间的性和湿润性变异，阳极和电解质之间气体增加，阳极气泡的密度增多，在表面形成了气膜，阻碍了电流通过，造成阳极表面电流密度增大，超过临界电流密度，使得阳极效应发生。阳极电流密度升高，电位也相应提升，电位达到氟离子放电的值，使气体能够停留在界面上。
2 阳极效应的主要危害
阳极效应危害比较大，主要表现在，一是造成电解质温度急剧升高，危害设备安全生产，增加炭块的侵蚀。二是解析出大量的有害气体，如大量CO2和CO，还伴随着PFC（CF4.C2F6）等气体，对大气和环节造成严重影响。目前，各铝电解企业都加强了对有害气体的排放控制，严格控制阳极效应，采取各种途径降低有害气体排放。
3 有效降低阳极效应途径
途径一：采用合适的工艺技术条件保持电解槽平稳运行
通过大量的实践，摸索采用合适的工艺，稳定运行的技术条件，提高电流效率，保持电解槽稳定运行，改善阳极效应，同时可以保持较低效应系数。
3.1是保持分子比、槽温在合理区间
分子比 槽温（℃） 平均电压 效应系数
一区 2.582 963.5 4.195 0.02
二区 2.622 964.8 4.167 0.05
三区 2.606 965.0 4.205 0.03
表1 效应系数对应的分子比、槽温和平均电压
如表1所示，分子比的降低，对应效应系数稳步降低，槽温变化与效应系数变化成正比例变化，因此，保持分子比、槽温稳定有利于降低效应系数，因此，采用合适的工艺、技术方案是降低阳极效应系数的重要前提和手段。
3.2 保持合理的工作电压
工作电压对槽况影响较大，同时对效应系数也产生重大影响，过低的工作电压会导致槽况不稳定，热减少，效应突变现象较多；过高的工作电压会导致电解槽发热，引起槽体电耗增加。当槽况平稳运行的情况下，突发效应现象减少，效应系数降低，效应时间也平稳。
3.3 对工艺参数进行合理调整
需要调整的工艺参数包括单槽下料量、单槽电流密度、稳定电压等，要建立调整相关控制参模型，及时对槽况变化进行数理模型控制，进而控制突发变化，使电解生产过程始终处于可控、可监控的状态。在进行控制时，整个过程要加强对阳极效应中的重要信息进行观察，对效应等待变化、单槽下料量、突发效应的变化等进行科学分析，相应按照数理模型及时调整参数。经过对数理模型进行试验实践，在合理控制工艺参数的情况下，将效应系数控制在0.05以下是完全可行的。
途径二：选用质量较高碳素材料，降低危害环保
电解铝生产过程，伴随大量具有危害性气体。我们通过改造阳极，采用带沟槽的阳极，使得气体通过沟槽从电解质中得到释放。在焙烧阳极炭块前，选用质量较高的炭素原料，降低硫含量，做好熟料配烧，焙烧阳极炭块，主要是优化焙烧升温曲线，做好温度调整，增加炭块保温时间，使料箱内的碳块上下层温差减小，碳块内部均匀性得到提高，使得燃烧过程更加充分，减轻了净化系统的压力，烟气排放的烟色有明显的改善，减少有害气体排放。降低了电流密度，稳定工艺参数，减少突发效应的产生，降低了效应系数，从而达到降耗的作用。
途径三：改造设备，加强管理
加大对氧化铝溶入电解质的速率，降低突发效应的发生几率。提高下料系统运营效率，降低故障率。对损坏过大的电解槽打壳锤头进行更换，电解槽打壳锤头主要损坏有锤头消耗过大，锤头损耗后变得更小、更细，不断变短，打开的下料口越来越小，或者打不开下料口，使氧化铝不能完全进入电解槽内。因此，要随时观察打壳锤头的消耗情况，及时更换电解槽打壳锤头，维持下料系统正常运作，保持电解质中氧化铝浓度，对降低效应系数起着非常重要的作用。
4 实践产生的效果和效益
通过提高管理水平，采取科学合理措施，预焙槽在降低效应系数上取得了相应成效。对比2013年前三个季度预焙槽效益系数变化，工作电压由4.24V降低为4.18V~4.203V之间；效应系数由0.18降低为0.08~0.06之间，效应持续时间由2.5min变为2.03~1.8之间。实践表明，阳极效应可控率是非常低的。也同时发现，电解铝生产过程中，效应系数与工艺技术控制、技术参数存在非常重要的关系，电解槽技术条件、槽况以及设备运行参数对阳极效应产生重大影响，通过分析，改善工艺技术条件和优化运行参数，增加对槽况不稳定而引起突发效应的可控性，效应可控率明显提高，效应系数由0.18降低到0.06。当效应系数由0.2降低到0.06时，每年预计可减少原铝的损失6.8万吨左右，由此可见，效应系数调整，不但可以节能降耗，提高生产效益，其在环保等方面的社会效益也不可低估。
在当今电解铝产能严重过剩，铝成本竞争日益激烈的情况下，对于提高产能的任何举措，都要通过技术手段进行合理论证，建立数学模型进行实际试验，指导实际生产，降低效应系数，不但促进环保，还能极大降低生产成本，提高生产效率，降低能耗。
参考文献
[1]杨重愚.轻金属冶金学[M].冶金工业出版社，1996.
[2]邱竹贤.预焙槽炼铝[M].冶金工业出版社，2005，350.