阳极炭块生产过程中微量元素变化的研究

阳极炭块生产过程中微量元素变化的研究

董剑雄,杨贵海,魏秀明,刘志惠,常洪山

(包头铝业股份有限公司,内蒙古包头014046)

摘要:本文以铝电解用阳极炭块的生产过程为研究对象,通过对工艺过程中各工序物料的分析检测,研究原料微量元

素在生产加工过程中的变化情况。

关键词:阳极炭块;微量元素;变化;研究

中图分类号:TM242　文献标识码:B　文章编号:100221752(2007)1024820

The trace element change in the carbon anode block production process

DON G Jian-xiong,YAN G Gui-hai,WEI Xiu-ming,

L IU Zhi-hui and CHAN G Hong-shan

(B aotou A l umi num Co.,L t d.,B aotou014046,Chi na)

Abstract:The production process of aluminum anode blocks is studied.The paper reviewe the trace element change of raw materials in the anode block production.

K ey w ords:Carbon anod block;trace element;change;research

1　前言

随着电解铝技术的发展,高容量、大电流、技术水平先进的电解系列应运而生,突破传统设计,提高单位面积的生产能力,使阳极的电流密度进一步提升(由0.72A/cm2升到了现在的0.80A/cm2左右),对阳极炭块的质量要求也越来越高,所以阳极炭块生产企业只有加大阳极炭块的研究和开发力度,进一步提高理化性能和使用效果,才能适应电解铝的发展需求,为电解铝提升技术水平创造条件。

1.1　微量元素对阳极炭块质量的影响

阳极炭块中的微量元素对电解铝生产和阳极炭块质量的主要危害为:Na、V在阳极与空气的氧化反应中起催化作用,增加阳极的氧化损失,造成电解槽炭渣增多;S、P不但会增加制品的热脆性,造成阳极脆裂,而且在高温下会与钢爪头起反应,增大铁-炭接触压降,增加电解铝电耗;Fe、Si、Ni、V等元素会被还原进入铝液中,降低原铝的质量。

1.2　阳极炭块中的微量元素对电解铝的影响

微量元素不仅直接影响阳极炭块的理化指标和使用性能,而且会对原铝质量产生影响。近几年电解铝行业已经开始重视阳极炭块中的微量元素,在电解铝生产过程中发生的电化学反应为:Al2O3+2C →2Al+CO2↑+CO↑,阳极炭块在把电流导入电解槽的同时还参与电化学反应被逐渐消耗,其中Fe+、Zn+等电位较Al+高的微量元素会同时参与电化学反应进入铝液中,其它杂质也会不同程度地进入铝液中增加了原铝的杂质含量,此外某些金属微量元素,如Fe2O3发生电化学反应产生的氧气和阳极C 反应,生成CO和CO2气体,对电解铝生产过程中正常的电化学反应和电解槽带来危害,因此要求阳极炭块的微量元素等杂质含量越低越好。

1.3　提高阳极炭块质量的措施

为全面提高阳极炭块的质量水平,组织生产出口阳极炭块,适应不断提高电流密度的电解铝生产发展需求,近几年加大了对阳极炭块微量元素的研究和投入,全套引进了瑞士R&D炭素分析检测设备、Philip荧光仪等国际先进的化验分析检测设备。微量元素、二氧化碳反应性、空气反应性等炭素制品的各种性能都能够化验分析,分析检测结果准确并且已经和国际先进水平接轨。经过两年多的艰苦努力研究探索,我公司的阳极炭块质量显著提高,经受

收稿日期:2007-05-15

了电解铝强化电流的考验,并出口到俄罗斯铝业、荷兰等国际先进的电解铝厂,深受用户好评。

2　阳极炭块微量元素在生产过程中变化情况的研究测试

2.1　测试生产线的主要设备简介

工序名称工序设备名称设备规格型号工序设备数量原料预碎双辊齿式破碎机2PGC600×7501台

原料煅烧罐式煅烧炉顺流式、六层火道、20罐2座破碎双辊式破碎机2PG750×5002台

筛分振动筛2台

磨粉球磨机Φ1500×30003台

配料配料小车2台

沥青熔化沥青熔化槽,t/台606台混捏混捏锅,L/台20002台、30001台3台

成型振动成型机,块/h0～151台

焙烧敞开式环式焙烧炉7料箱、34室1座

2.2　取样方法及取样点的选择

2.2.1　取样方法

按《铝用炭素材料检测取样方法》中规定的方法进行取样。

2.2.2　原料及煅前料取样

首先在石油焦库内将不同产地的生产所需的石油焦取样分析微量元素,然后按一定比例混合形成煅前料,根据原料到达煅烧炉的时间在煅烧炉加料口相应取煅前料样。

2.2.3　煅烧料、粒度料及粉料取样

煅前料从煅前仓进入罐式煅烧炉内进行煅烧,物料在煅烧炉内停留的时间约为40h,煅烧料从振动输送机到粒度料和球磨粉的时间约为6～12h(具体时间根据料仓的料位高度和产量确定计算)。根据以上煅前料到煅烧料、再到粒度料和粉料的时间,与煅前料对应在罐式煅烧炉的排料口、粒度料仓、球磨机出料口处分别取煅烧料样、粒度料样和球磨粉样。

2.2.4　沥青、糊料及熟块取样

糊料取样在生块上用空心钻钻取炭棒,取样时间为已经取样的煅烧料、粒度料、粉料和沥青到达该生块的时间,将已经取样的生块装炉焙烧制成熟块后再用空心钻钻取炭棒进行熟块取样。沥青取样在沥青熔化槽内进行,取样时间为当天生块生产使用的时间和槽号。

通过上述操作,完成了从原料到成品相对应的全部取样过程,形成一个完整的闭路循环。按以上方法分不同阶段先后取了26批次样品。

在取样测试期间不加生碎、残极和熟碎。

3　样品化验分析及数据整理

3.1　样品分析化验

样品送到化验室后随即安排化验分析。

测试仪器:X荧光光谱分析仪(PW2403)。

分析标准:《X荧光分析方法测定铝用炭素材料中微量元素》(Q/BL J07.38)

3.2　数据分析整理

3.2.1　微量元素V的变化情况(见图1)

图1　炭素生产中微量元素(V)变化情况

从煅前料到煅烧料V元素变化较小,平均增加2%。

从煅烧料到生块

V元素平均降低4%。

从生块到焙烧块V元素平均降低6%。

从煅前料到焙烧块V元素有下降的趋势,平均降低8%左右。

3.2.2　炭素生产中微量元素Na的变化情况(见图2)

图2　炭素生产中微量元素(Na)变化情况

从煅前料到煅烧料Na元素平均增加14%。

从煅烧料到生块Na元素平均增加165%。

从生块到焙烧块Na元素平均降低6%。