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铝电解预焙炭素阳极生产工艺 前言 自 1886 年美国的 Hall 和法国的 Heroult 发明炼铝的基本方法 —— Hall-Heroult 高温熔盐电解炼铝法以来，铝电解工业无论在工艺 技术水平，还是在生产规模以及在自动化程度上均取得了突飞猛进的 发展；尤其在近 30 年间，铝电解生产的电流效率由 80％多提高到现在 最高水平的 96%，电解直流 电耗由过去的 16000 多 kWh/吨铝降低到 现在的 13000kWh/吨铝以下；在生产规模方面，铝电解槽由几仟安培 的规模扩大到现在的 320KA，甚至 500KA。一个多世纪以来，工业铝 电解槽经历了由小型预焙阳极 电解槽、侧插式自焙阳极 电解槽、上插 式自焙阳极电解槽到大型预焙阳极 电解槽的发展阶段；在自动化控制 程度上，成功地开发出了控制精度高、系统鲁棒性好、具有明显的增 产节能效果的 电解过程控制系统。全世界年铝产量由二十世纪初期 的 6000 吨/年发展到二十世纪末期的 2000 多万吨/年。这些进展可以 说是基于人们对于 Hall-Heroult 炼铝法的基本原理有了更加深入的了 解和认识。 铝电解生产过程中需要消耗大量的炭素材料，这些炭素材料因 电 解槽类型、电解生产用途、对其性能要求的不同，其规格型号有别，但 生产工艺大同小异。铝电解用炭素材料主要包括： 1）、预焙阳极 2）、底部炭块 3）、侧部炭块 4）、炭缝糊 其中以炭素阳极的消耗量为主，过去（10 年前），在预焙铝电解生 产中炭素阳极的消耗量达到了550-600Kg/吨铝，随着科学技术的发展， 目前预焙阳极在铝电解生产中的消耗量降到了 480Kg/吨铝以下，有 的生产厂家通过技术革新甚至将阳极炭耗降到了 440Kg/吨铝以下。 我国铝电解用炭素阳极的生产始于 1963 年，在郑州铝厂（现长城 铝业公司）试生产成功。此后我国铝电解用炭素阳极生产迅速发展，白 银铝厂、包头铝厂、青海铝厂、贵州铝厂、平果铝业公司、青海铝厂二 期扩建的配套炭阳极生产车间、云南铝厂等阳极生产线的相继建成投 产，使我国目前铝用炭素阳极的年产量较十年前成倍增长，形成了我 国铝电解用炭素阳极生产的成熟技术和规模，并相继建立了两个系列 的炭阳极质量标准：振动成型系列的 GB8741-88 和挤压成型系列的 YB2809-78 。 Hall-Heroult 炼铝法的典型特点之一是阳极属于消耗性阳极，阳 极的基本设计型式从整体上划分为两种：自焙阳极和预焙阳极。随着 人们对铝工业规模化、现代化生产认识的提高和对环境保护意识的增 强，预焙阳极铝电解槽取代自焙阳极铝电解槽已成为世界铝工业发展 的必然趋势。 铝电解生产的基本原理是：以炭素材料为阳极，以囿于炭素内衬 中的铝液为阴极，以冰晶石熔体为电解质溶解原料氧化铝，通过电解 反应，在阴极沉积生产金属铝。其基本反应式为： Al O +1.5C=2Al +1.5CO 2 3(diss) (l) 2(g) 作为阳极生产的主要原料——炭素材料，在铝电解生产过程中， 伴随着金属铝的生成而不断消耗。长期的生产实践表明，炭素阳极质 量的优劣，直接或间接影响着铝电解的各项经济技术指标，诸如电流 效率、 电能消耗、吨铝阳极炭耗等。因此，炭阳极在电解铝工业中不可 避免地处于举足轻重的地位，一直被业内人士成为铝电解槽的“心脏”。 第一节 概述 1.1 炭素阳极在铝电解生产中的重要性 首先，阳极质量的好坏直接影响着铝电解生产的主要工艺技术指 标，诸如能量效率和电流效率，同时也直接影响着铝电解的生产成本； 其次，炭阳极质量优劣与铝电解生产过程的稳定性和工人的劳动强度 紧密相关；再者，炭阳极在工作中对环境的污染程度已 越来越受到 人们的关注，其中尤其是针对自焙铝槽 电解生产技术方面，国内外均 采取了一系列甚至是强制性的措施。随着世界铝电解技术的快速发展 和环保意识的增强，适宜于规模化操作和大型化生产以 环境污染相 对较轻的预焙槽电解炼铝技术已 成为了世界铝电解技术的主流。在 我国，从二十世