阴极材料对铝电解行为的影响研究论

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1、评审论文阴极材料对铝电解行为的影响研究山西华泰炭素有限公司张国辉二OO四年十月一、前言二、阴极材料对铝电解槽寿命的影响（一）铝电解槽破损机理（1）影响阴极材料抗钠侵蚀的因素（2）组成阴极材料的原料种类对抗钠侵蚀的影响（二）阴极材料机械强度和抗磨性能对铝电解槽寿命的影响（三）侧部材料对铝电解槽寿命的影响（四）阴极炭糊对铝电解槽寿命的影响三、阴极材料对电流效率的影响四、结论及几点建议内容摘要文章从铝电解生产工艺过程对阴极作用机理的角度分析了引起铝电解槽破损的因素以及对阴极压降的影响，从而分析了不同阴极材料对铝电解生产过程中行为的影响，提出了提高铝

2、电解槽寿命、降低铝生产的工艺能耗的一些具体措施建议。一、前言众所周知，铝电解的阴极和阳极组成电解槽的工作区域，如果把阳极比喻为铝电解槽的‘心脏’，那么阴极是电解槽的‘腹腔’，阴极是阳极以及工作区所有介质的承载体，同时承担着传导阴极电流的作用阴极主要由底部阴极炭块、侧部材料、阴极导电钢棒以及将其三者结合起来的炭糊组成，人们总是希望组成电解槽的阴极具有长久的寿命和优良的传导电流的能力，使铝电解槽能够高效．低耗．优质的运行。然而，随着铝工业技术的发展，电解槽向大容量方向发展，使得铝电解过程中电场．磁场．热场更加复杂化，对阴极材料的作用也越来越大，电

3、化学和机械力对阴极材料的侵蚀．冲刷前所未有，电解槽的早期破损现象日趋凸现，铝电解槽的寿命问题成为世界铝业界关注的课题。目前，国外铝电解槽寿命已达到2400――3000天，而我国一般为1500――1800天，如此短的槽寿命，使我国铝电解的大修频繁，其中消耗了大量人力．物力．财力，降低了生产效率，使我国铝工业在国外市场的竞争力大打折扣。虽然我国已被公认为世界铝业生产大国，但并未成为铝业强国。国际上普遍采用高导电率、高石墨化度、低膨胀率的阴极材料，使的铝电解槽有较低的阴极压降，大大降低了铝电解的单位电耗，降低了成本。阴极材料对铝电解槽生产过程的行为

4、影响是至关重要的，好的阴极材料对于提高铝电解的电流效率．铝的品质，槽寿命起着举足轻重的作用。本文通过一些实验，研究阴极的不同材质对铝电解生产过程中行为的影响，提出阴极材料的选择的一些建议和看法。二、阴极材料对铝电解槽寿命的影响〔一〕铝电解槽破损机理铝电解槽阴极在电解过程中盛装电解液和铝液，这些物质在电场、磁场和热场的作用下，与阴极炭材料发生着化学侵蚀作用和物理的机械力作用以及铝液对阴极的磨蚀。铝电解槽的破损，一是含钠和铝的电解液对阴极材料的侵蚀使炉底上抬引起破损；二是阴极材料自身受热膨胀而产生机械应力引起破损；三是阴极材料在使用过程中受电解液

5、磨损产生消耗。在铝电解过程中，一定条件下电解质中的钠和铝同时在阴极上析出，因此，钠始终向阴极炭质材料中渗透钠离子嵌入炭晶格中，使炭的层间距扩大引起阴极炭块的体积膨胀。32C+Na=C32Na（固）由于钠的渗入自上而下形成一定的浓度梯度，因此，阴极的上膨胀较大，下面膨胀较小，迫使炭阴极中间向上隆起，同时向边部槽壳挤压，使槽壳变形，长此以往阴极受膨胀引起的机械力作用，发生断裂。根据很多学者研究得出的结论，渗入炭材中的钠与冰晶石(Na3AIF6)和氧化铝(AI2O3)也发生着反应并进一步膨胀：3Na+Na3ALF6=6NaF+AL（液）4Na+O2

6、+22AL2O3=2[Na2F.11AL2O3]（固）从机械作用力的角度分析，由于铝液沉积在电解槽的底部，阴极材料的上面，铝液受电解槽磁场的作用，不断地回旋，对阴极材料不断冲刷、磨蚀，使得阴极炭块越来越薄，特别是在炭块与炭块之间的接缝处或其他凸凹不平处，这种冲刷、磨蚀更加严重，出现了冲蚀坑，造成了电解槽的破损和漏槽。另外阴极受热产生膨胀时，炭块受槽壳的作用力出现破损。因此，影响电解槽破损的原因最重要的两个方面，就是阴极材料的抗钠侵蚀性能、耐磨抗冲刷性能和抗热震性能。。（1）影响阴极材料抗钠侵蚀的因素试样石墨化度%钠侵蚀膨胀系数%123.010

7、0241.3961358.1454460.8146562.0941674.5320795.68.6许多专家学者的研究证明，抵抗钠离子侵蚀性能的优劣，主要与炭材的石墨化程度以及炭材的原料种类有关，炭材的石墨化程度越高，炭的晶格越完善，钠离子侵入其晶格中就越难。上表是炭材的石墨化度与钠侵蚀膨胀系数的关系。由图可见，石墨化度越高，对钠的抵抗能力愈强，侵入阴极材料的钠离子越少，渗入炭材中的钠与冰晶石、氧化铝反应的机会也越少，引起的膨胀也就越小。故而，提高阴极材料的石墨化度是减少槽底早期破损的重要手段。（1）组成阴极材料的原料种类对抗钠侵蚀的影响常温（

8、1300℃）下处理过的不同的炭素原材料抗钠侵蚀性能不同,传统研究表明几种常用的炭素原料抗钠侵蚀性能依次为：无烟煤＞冶金焦＞沥青焦＞石油焦所以，我们在选用原料生产阴极