陰極材料對(duì)鋁電解行為的影響研究論-展示頁
2025-01-16 05:05本頁面
【正文】 蝕坑，造成了電解槽的破損和漏槽。 在鋁電解過程中，一定條件下電解質(zhì)中的鈉和鋁同時(shí)在陰極上析出，因此，鈉始終向陰極炭質(zhì)材料中滲透鈉離子嵌入炭晶格中，使炭的層間距擴(kuò)大引起陰極炭塊的體積膨脹。 二、陰極材料對(duì)鋁電解槽壽命的影響 〔一〕鋁電解槽破損機(jī)理 鋁電解槽陰極在電解過程中盛裝電解液和鋁 液，這些物質(zhì)在電場(chǎng)、磁場(chǎng)和熱場(chǎng)的作用下，與陰極炭材料發(fā)生著化學(xué)侵蝕作用和物理的機(jī)械力作用以及鋁液對(duì)陰極的磨蝕。 陰極材料對(duì)鋁電解槽生產(chǎn)過程的行為影響是至關(guān)重要的，好的陰極材料對(duì)于提高鋁電解的電流效率．鋁的品質(zhì)，槽壽命起著舉足輕重的作用。 雖然我國(guó)已被公認(rèn)為世界鋁業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，但并未成為鋁業(yè)強(qiáng)國(guó)。然而，隨著鋁工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，電解槽向大容量方向發(fā)展，使得鋁電解過程中電場(chǎng)．磁場(chǎng)．熱場(chǎng)更加復(fù)雜化，對(duì)陰極材料的作用也越來越大，電化學(xué)和機(jī)械力對(duì)陰極材料的侵蝕．沖刷前所未有，電解槽的早期破損現(xiàn)象日趨凸現(xiàn)，鋁電解槽的壽命問題成為世界鋁業(yè)界關(guān)注的課題。 評(píng)審論文 陰極材料對(duì)鋁電解行為的影響研究 山西華泰炭素有限公司 張國(guó)輝 二 OO 四年十月 一、 前 言 二、陰極材料對(duì)鋁電解槽壽命的影響 （一）鋁電解槽破損機(jī)理 （ 1）影響陰極材料抗鈉侵蝕的因素 （ 2）組成陰極材料的原料種類對(duì)抗鈉侵蝕的影響 （二）陰極材料機(jī)械強(qiáng)度和抗磨性能對(duì)鋁電解槽壽命的影響 （三）側(cè)部材料對(duì)鋁電解槽壽命的影響 （四）陰極炭糊對(duì)鋁電解槽壽命的影響 三、陰極材料對(duì)電流效率的影響 四、結(jié)論及幾點(diǎn)建議 內(nèi)容摘要 文章從鋁電解生產(chǎn)工藝過程對(duì) 陰極作用機(jī)理的角度分析了引起鋁電解槽破損的因素以及對(duì)陰極壓降的影響，從而分析了不同陰極材料對(duì)鋁電解生產(chǎn)過程中行為的影響，提出了提高鋁電解槽壽命、降低鋁生產(chǎn)的工藝能耗的一些具體措施建議。 一、 前 言 眾所周知，鋁電解的陰極和陽極組成電解槽的工作區(qū)域，如果把陽極比喻為鋁電解槽的‘心臟’，那么陰極是電解槽的‘腹腔’，陰極是陽極以及工作區(qū)所有介質(zhì)的承載體，同時(shí)承擔(dān)著傳導(dǎo)陰極電流的作用 陰極主要由底部陰極炭塊、側(cè)部材料、陰極導(dǎo)電鋼棒以及將其三者結(jié)合起來的炭糊組成，人們總是希望組成電解槽的陰極具有長(zhǎng)久的壽命和優(yōu)良的傳 導(dǎo)電流的能力，使鋁電解槽能夠高效．低耗．優(yōu)質(zhì)的運(yùn)行。目前，國(guó)外鋁電解槽壽命已達(dá)到 2400―― 3000 天，而我國(guó)一般為 1500―― 1800天，如此短的槽壽命，使我國(guó)鋁電解的大修頻繁，其中消耗了大量人力．物力．財(cái)力，降低了生產(chǎn)效率，使我國(guó)鋁工業(yè)在國(guó)外市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力大打折扣。 國(guó)際上普遍采用高導(dǎo)電率、高石墨化度、低膨脹率的陰極材料，使的鋁電解槽有較低的陰極壓降，大大降低了鋁電解的單位電耗，降低了成本。 本文通過一些實(shí)驗(yàn)，研究陰極的不同材質(zhì)對(duì)鋁電解生產(chǎn)過程中行為的影響，提出陰極材料的選擇的一些建議和看法。 鋁電解槽的破損，一是含鈉和鋁的電解液對(duì)陰極材料的侵蝕使?fàn)t底上抬引起破損；二是陰極材料自身受熱膨脹而產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力引起破損；三是陰極材料在使用過程中受電解液磨損產(chǎn)生消耗。 32C+Na=C32Na（固） 由于鈉 的滲入自上而下形成一定的濃度梯度，因此，陰極的上膨脹較大，下面膨脹較小，迫使炭陰極中間向上隆起，同時(shí)向邊部槽殼擠壓，使槽殼變形，長(zhǎng)此以往陰極受膨脹引起的機(jī)械力作用，發(fā)生斷裂。另外陰極受熱產(chǎn)生膨脹時(shí)，炭塊受槽殼的作用力出現(xiàn)破損。 （ 1） 影響陰極材料抗鈉侵蝕的因素 許多專家學(xué)者的研究證明，抵抗鈉離子侵蝕性能的優(yōu)劣，主要與炭材的石墨化程度以及炭材的原料種類有關(guān)，炭材的石墨化程度越高，炭的晶格越完善，鈉離子侵入其晶格中就越難。0204060801001201 2 3 4 5 6 7石墨 化度 %鈉侵蝕膨脹系數(shù)% 由圖可見，石墨化度越高，對(duì)鈉的抵抗能力愈強(qiáng)，侵入陰極材料的鈉離子越少，滲入炭材中的鈉與冰晶石、氧化鋁反應(yīng)的機(jī)會(huì)也越少，引起的膨脹 也就越小。 試 樣 石墨化度 % 鈉侵蝕膨脹系數(shù) % 1 100 2 61 3 54 4 46 5 41 6 20 7 （ 2） 組成陰極材料的原料種類對(duì)抗鈉侵蝕的影響 常溫（ 1300℃）下處理過的不同的炭素原材料抗鈉侵蝕性能不同 ,傳統(tǒng)研究表明幾種常用的炭素原料抗鈉侵蝕性能依次為： 無煙煤＞冶金焦＞瀝青焦＞石油焦 所以，我們?cè)谶x用原料生產(chǎn)陰極炭塊時(shí)，無煙煤應(yīng)該是首選，但是，隨著其熱處理溫度的提高其也性能發(fā)生變化。同時(shí)，用石油焦制造的陰極在半石墨化處理溫度高于 1950C 時(shí)，抗鈉侵蝕性能大大高于相同溫度處理過的無煙煤，這主要是由于石油焦屬于易石墨化炭，當(dāng)溫度達(dá)到 1950℃以上時(shí)石墨化程度要高于其它難石墨化原料，機(jī)械強(qiáng)度保持較高水平，所以在生產(chǎn)半石墨化或石墨化炭塊時(shí)，石油焦是選的優(yōu)質(zhì)原料。同時(shí)鋁液受磁場(chǎng)作用引起回旋對(duì)陰極材料的磨蝕。 品 名 普通炭塊 半石墨炭塊 半石墨化炭塊 抗壓強(qiáng)度 MPa 35— 50 30— 40 20
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