铝电解中阳极效应的危害

Ｎｃ＝ＲＴ／Ｆｉｎ｛ｉｃ／ｉｃ—Ｉ）
传统的观点认为：利用阳极效应可以分离炭渣， 清洁电解质，补充电解槽热量的不足，化沉淀。但是 随着阳极质量的提高以及智能模糊控制计算机系统 和点式下料技术的应用，阳极效应优点愈来愈变得 渺小，因此传统的这种观点已不能适应当今现代电 解槽生产。 ２．２阳极效应对环境的危害 铝电解生产中，阳极效应还伴随着对大气臭氧
２阳极效应的危害
在铝电解生产中阳极效应的危害性，不仅表现 在对生产的危害上，而且对生态环境的危害极其严 重。笔者将从几个方面阐述。
２．１
转向温室气体ＰＦＣｓ－－－－ＣＦ４＋Ｃ２Ｆ６在阳极效应的发
生量（ＵＳＥＰＡ）。著名国际铝专家Ｈａｕｐｉｎ认为，根 据铝工业发展的现状，”零效应”管理最为理想。为 此笔者认为：在环保Ｅｌ益重要的今天，铝电解生产中 特别是在大型预焙槽生产中应严格控制阳极效应， 只要电解槽槽况正常，就不必来效应。”零效应”管理 是铝电解生产今后发展的方向。
铝电解中阳极效应的危害
刘炎森 李红晓 许建乐 郭朝营
登封４５２４７７） （河南永登铝业有限公司阳城分公司，河南
摘
要：本文分析了铝电解生产中阳极效应的危害性。指出随着科学技术的不断发展及人们环保意识的不
断加强，在铝电解生产中，只要槽况正常，就无需发生效应。”零效应”管理是铝电解生产今后发展的目标方向。
生。
因，生产中降低阳极效应系数受到一定限制，但是笔 者认为将阳极效应系数控制在０．０５次／槽日以下还 是可以做到的。
根据的观点，结合国内铝电解的实际情况，笔者 认为在铝电解生产基础条件相对稳定的情况下，阳 极效应系数的控制主要取决于阳极炭块的质量和氧 化铝的特性。
４．１
４．３控制阳极效应的途径 综合分析我国预焙槽的实际情况，吸收国外在 预焙槽上控制阳极效应的经验，笔者认为控制阳极 效应，尽量减少阳极效应次数，应在下几个方面进行 改进。 （１）有条件使用砂状氧化铝，完善加工下料制 度，确保原料充足，保证电解槽下料口畅通，防止下 料不均。 （２）确保电解槽中有足够的电解质数量，防止电 解质萎缩。保证生产平稳。保持适当高的电解质水 平。象我公司３００ＫＡ中间下料预焙槽，笔者认为电 解质水平应至１８ｃｍ。铝水平＜２６ｃｍ。 （３）提高电解槽的保温效果，减少热量损失，适 当增加阳极上保温料的厚度。保持厚度在１２ｃｍ以
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第三篇冶金工艺
想。 阳极效应是熔盐电解特有的现象，而以电解铝 生产表现优为明显。生产中当阳极效应发生时，电 解槽电压急剧升高，达到２０～５０Ｖ，有时甚至更高。 它的发生对整个电解系列产生很大影响，使电流效 率降低，影响电解各个技术指标，且使铝的产量和质 量降低，破坏了整个电解系列的平稳供电。在处理 的方法上，不外乎有两种：用效应棒（木棒）熄灭，或 降低阳极，增加氧化铝的下料量，以达到熄灭阳极效 应的目的。 当今社会，特别是西方国家，对铝电解生产中阳 极效应的控制极为严格。目前已从若干年的氟化物 临界电流密度是溶饵氧化铝浓度的函数；然而 也受电解质流动，电解质温度，阳极尺寸（／ａ括消耗 后阳极的界面变化）和槽膛体积的影响。临界电流 密度随着氧化铝浓度的降低而降低（由于ＮＣ随着 ｉｃ趋近于１）随着氧化铝浓度的降低，阳极上产生的 气泡，致使电解质表面张力增加，使阳极效应的过电 压升高，导致ＡＥ发生。这种观点较好的解释了阳 极效应发生的原因。为电解科技工作者所接受。
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式中：Ｎｃ——产生阳极效应的浓度过电压； Ｒ——气体常数； Ｔ——温度，０Ｋ； Ｆ——法拉第常数； Ｉｃ——临界电流密度； ｉ——任一阳极上的最大电流密度； Ｎｃ——Ｏ．００００４３０８Ｔｉｎ｛ｉｃ／ｉｃ—Ｉ）
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第三篇冶金工艺
层有破坏性的ＰＦＣｓ（ＣＦ４・Ｃ２Ｆ６）气体的产生。当 今西方发达国家对铝电解的环保要求极为严格，已 从传统的对氟化盐挥发控制，转向效应发生的ＰＦ— Ｃｓ＝ＣＦ４＋Ｃ２Ｆ６在阳极效应时的发生量（ＵＳＥＰＡ） 国际著名铝专家Ｈａｕｐｉｎ［４］认为ＰＦＣｓ的发生量与 每天ＡＥ分钟数和电压高低成直线关系，但分析表 明ＰＦＣｓｄ散发量在高电压效应时并未显示出效应 时间长散发量多的特定。而个别试验显示减少效应 次数比减少效应时间更有效能减少ＰＦＣｓ的发生 量。因为无论是ＣＦ４还是Ｃ２Ｆ６都是在阳极效应刚 发生时产生，电解槽发展到中间下料预焙槽后，不仅 阳极效应次数成倍降低，而且效应时间也大大缩短。 目前国外阳极效应系数有的已低于０．０２次／槽日。 产生ＰＦＣｓ—ＣＦ４＋Ｃ２Ｆ６的根源是阳极效应 （ＡＥ），但是我们国家在很长的时期内只注意控制技 术。还停留在传统的对氟化盐的控制上。了解当今 世界铝工业的发展，特别是著名铝专家Ｈａｕｐｉｎｄ 的”瞄准零效应”Ｅ４］对提高我国铝电解的整体水平 是大有好处的。 我们国家是国际《京都协议书》的签署国家，减 少温室效应，保护大气环境是义不容辞的责任。因 此在控制有害气体排放上，今后一定会加强的。铝 电解生产中，严格控制阳极效应是时代的要求。 ２．３阳极效应对森林的危害 铝电解生产中阳极效应的熄灭方法有三种： （１）用漏铲熄灭阳极效应。 （２）用大耙熄灭阳极效应。 （３）用效应棒＜木棒）熄灭阳极效应。 以上三种方法是铝电解生产特别是自焙槽常用 的方法。目前自焙槽国内已几乎都改造成为中间下 料预焙槽。而预焙槽采用多组阳极生产，大耙、漏铲 熄灭阳极效应的方法失去了
作用
效应棒即大约４～５米宽度３～５ｃｍ的毛竹。
小于２０微米（“ｍ）溶解速度慢。 （２）现有的下料器是容积式的，而不是重量式 的，所以下料不准，开发重量式的下料器是”零效应” 的关键。 （３）由于电解质的过热度很小（８℃～１０℃），系 列电流和电压的变化时就会引起阳极效应。 （４）电解槽内衬不佳，例如阴极炭块质量不好， 阴极棒与炭块接触不良，导致阴极电流分布不均，也 是造成阳极效应发生的一个重要原因。
阳极效应发生的机理
到目前关于阳极效应发生的机理众说纷纭，但
阳极底部，实际是在燃烧铝液，整个过程大约持续３ ～５分钟，而此时电解的电化学过程是停止的，这也 就是电解职工常说的”效应时间不产铝，而且还要跑 电耗的”原因所在。因此造成铝液的严重损失。 以２３０ＫＡ中间下料预焙槽为例：效应系数０．３ 次／槽日，效应时间５ｍｉｎ，电流效率９１％，一个阳极 效应少产原铝：２３０×０．３３５５×５÷６０＝６．４ｋｇ，吨铝 电耗增加１２０ｋｗｈ，这种能量在生产中大多转化为 热能，使电解槽极距间温度急剧升高，进而向阳极四 周传导，使的电解槽温度升高，引起电解质中氟化铝 的大量挥发。以我公司电解槽为例：一个效应时间 ５ｒａｉｎ，分子比平均上升０．１。氟化铝大约损失１０～
４
每月３７２０槽日，共３７２０×０．０５—１８６个效应 而日常熄灭一个效应大约需要２～３根效应棒 （即一整根毛竹），以３根计算每月需要１８６×３— ５５８根效应棒，一年大约需要１８６×１２—２２３２根再 加上抬大母线、压负荷等因素，一年需要大约２５００
～３０００根。
目前各家铝厂效应棒基本是由市场来供应的， 一些人为了谋取个人利益，乱砍甚至偷砍树木做成 铝电解要求的效应棒卖给电解铝厂，因此铝电解阳 极效应棒使用的急剧增加，必然助长一些人谋取个 人利益，乱砍乱伐树木的行为，这将给国家森林带来 一场灾难。 我国是森林覆盖面积极其少的国家。５０～９０ 年代由于过度的乱砍乱伐，使脆弱的森林植被受到 严重破坏，土地沙漠化、扬尘暴天气的发生就是大自 然对人类乱砍乱伐的最大报复。随着我国退耕还 林，种树种草政策的实施，国家制定了一系列的相关 政策来严厉制止乱砍乱伐现象，国家投入巨资恢复 森林植被，对破坏严重的地区进行封山育林，种树种 革。铝电解生产中效应棒的来源必然会受到严格控 制。像我国西部地区的铝电解厂家，应该在铝电解 生产中严格控制阳极效应，最大限度地减少效应棒 的使用、在处理阳极效应时，如何减少效应棒的使 用，能否找到效应棒的替代物是铝电解科技工作者 思考的重大问题。
（１）１２年Ｉ一６月某铝业公司购进口氧化铝 ６９６４２吨，如果将进口氧化铝全部置换成山东氧化 铝（进口氧化铝与山东氧化铝差价２７７元／吨），能够 节约资金１９２９万元； （２）１３年某铝业公司计划原铝产量４６．７２万 吨，共计需要使用氧化铝８９７０２４吨。按山东氧化铝 占３０％计算２６９１０７吨，如按去年进口氧化铝与山 东料比例，需进口氧化铝１０７６４３吨，全部使用山东 氧化铝代替进口氧化铝，可节约资金２９８１．７万元。
２０ｋｇ。
是较好地解释阳极效应的发生机理的是”阳极过程 改变学说”这种观点认为［１］：阳极效应的发生是由 于随着电解过程的进行，电解质中含氧离子逐渐减 少，当达到一定程度后，则有氟析出且与阳极炭作用
生成炭的氟化物，炭的氟化物在分解讨又析出细微
的炭粒，这些炭粒附在阳极表面上，阻止了电解质与 阳极的接触，使电解质不能很好地湿润阳极，就像水 不能湿润涂油的表面一样，使电解质一阳极间形成一 层导电不良的气膜，阳极过电压增大，引起阳极效 应。当加入新的氧化铝后，在阳极上又析出氧，氧与 炭粉反应，逐渐使阳极表面清静，电阻减小，电解过 程又趋于正常。阳极效应的机理：
关键词：阳极效应 电解槽 电压 零效应 效应棒
Ⅷ言
当今社会，特别是西方国家，对铝电解生产中阳 极效应的控制极为严格。目前已从若干年的氟化物
茎呈怒，乏Ｆ著Ｃｓ名＝国ＣＦ际４＋铝Ｃ专２Ｆ籼６栅ｕ慕鬻
瞄准零效应”的管理思路，值得我们思考，Ｈａｕｐｉｎ认 为，根据铝工业发展的现状，”零效应”管理最为理
作者简介：刘炎森，男，４５岁，大专文化，高级工程师，河南永登铝业有限公司副总经理，阳城分公司总经理，Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｎｄｌｌｙ＠１２６．ｃｏｍ；李红晓， 男，３８岁，大专文化，河南永登铝业有限公司阳城分公司副总经理。
当前自焙电解槽已基本消失，中间下料预焙槽
已成为锅电解生产的主力。中间下料预焙槽采用低 氧化铝浓度生产，使用智能模糊计算机控制系统对 氧化铝浓度控制，采用中间点式下料技术定时打壳 下料，为降低阳极效应系数创造了有利条件。 Ｈａｕｐｉｎ认为控制阳极效应［４。实现零效应主要 取决于： （１）氧化铝的质量：主要是氧化铝厂的电收尘料