电解铝用阳极钢爪浸蘸石墨模式的新探索
铝电解用石墨化阴极专利技术综述
铝电解用石墨化阴极专利技术综述铝业发展水平决定了一个国家的经济、工业发展水平。
因而文章针对目前铝电解用石墨化阴极的使用进行了论述，以及国内外铝电解用石墨化阴极方面的专利技术，从两方面论述了目前世界石墨化阴极主要的研究方向，即如何对石墨化阴极的耐磨性以及强度进行提高，如何避免阴极两端由于电流过于集中而首先被侵蚀。
由此可以了解当前世界铝电解用石墨化阴极的技术方向。
标签：铝；电解；石墨化阴极铝是地壳中储量居第三位的元素，在各种金属元素中铝居首位。
铝是许多矿物的重要组元，包括泥土、铝土矿、云母、氟石、明矾石、冰晶石等。
由于铝具有质轻、良好的导热性和导电性、可加工性以及构成高强度、耐腐蚀性的合金和可再生循环利用等优良的性能，因而铝成为有色金属中应用最广泛的金属，铝在全世界的消耗量仅次于钢铁，是第二大基础金属材料。
随着冶金技术的发展，电解法炼铝己成为工业生产原铝的唯一方法。
而在电解铝工业中与其配套的阴极炭素工业的兴衰也和世界铝业形势密切相连。
研究和开发高品质阴极炭块，已经成为我国电解铝阴极今后的发展主题。
1 石墨化阴极的发展根据原料和生产工艺的不同，电解铝用阴极大致可分为五类，即无定形、半石墨质、高石墨质、全石墨质和石墨化等阴极炭块。
而目前国际市场上已经很少使用半石墨质炭块以及无定形炭块，但是一些发展中国家仍旧使用该种材料。
石墨质炭块具有较高的综合性能，北美、西欧使用该种材料较为广泛，我国铝业生产中也常使用该种材料。
中国铝业股份有限公司在2004年提出了高石墨质阴极炭块的生产方法（CN1651611A）。
自2004年以来，为了满足大型预焙槽的使用要求，国内企业陆续开发了全石墨质和石墨化炭块，例如：2004年4月15日兰州海龙新材料科技股份有限公司提出了专利申请（CN1683597A），该专利中介绍了一种铝电解槽用石墨化阴极炭块及其制备方法，原料为煤沥青，石油焦或沥青焦，Fe2O3粉，硬脂酸，以石油焦或沥青焦为骨料以煤沥青为粘结剂，加入Fe2O3粉防止制品在石墨化过程中发生气胀，使用硬脂酸提高糊料的塑性，经混捏，凉料，挤压成型，焙烧，浸渍，二烧，内串石墨化得到石墨化阴极炭块；2004年7月2日贵阳铝镁设计院提出了专利申请（CN1594662A），该专利中介绍了一种石墨化阴极生产工艺，其选用延迟石油焦、沥青焦混合，经煅烧后，破碎筛分，混合后加入硬质沥青粘结剂，经过混捏，加工成毛坯，经焙烧将粘结剂沥青碳化，制得石墨化阴极炭块。
高温真空焙烧法去除铝电解废旧阴极中的浸出毒物
矿 冶MINING AND METALLURGY第31卷第1期2022 年2 月Vol31 ， No1February 2022doi ： 10. 3969/j. issii . 1005-7854. 2022. 01. 015高温真空焙烧法去除铝电解废旧阴极中的浸出毒物辛鑫赵俊学王泽谭泽馨胡爱琳唐雯聃王贺张桢凯（西安建筑科技大学冶金工程学院,西安710055）摘 要：铝电解生产过程中产生的废旧阴极（SPL ）含有浸出毒物氟化物（以F -计）和氰化物（以CN -计）,对环境造成巨大威胁。
采用高温真空焙烧法去除废旧阴极中的氟化物和氰化物。
在FactSage 热力学计算的基础上,研究了温度、真空度和坩埚材 质对浸出毒物去除效果的影响。
结果表明，在真空度10 Pa .温度1100 C 下,使用石墨坩埚焙烧废旧阴极，浸出毒物的去除效果最佳。
结合TG-DSC 分析,发现高温真空环境中,氟化物发生分解并挥发,氰化物也能分解成无毒物质,处理后的废旧阴极 可由危废转变为一般固废，实现电解质和碳质材料的有效分离,便于综合利用。
关键词：铝电解；废旧阴极；高温真空处理；无害化中图分类号： TF821 文献标志码： A 文章编号： 1005-7854（2022）01-0091-07High-temperature vacuum treatment of toxic substances leached fromspent pot lining of aluminum electrolysisXIN Xin ZHAO Jun-xue WANG Ze TAN Ze-xin HU Ai-iin TANG Wen-danWANG He ZHANG Zhen-kai(School of Metallurgical Engineering, Xi'an University of Architecture and Technology, Xi'an 710055 , China)Abstract ： The spent pot lining (SPL )produced in the aluminum electrolysis production process containsleaching poisons fluoride( calculated by F — )and cyanide( calculated by CN — ) , which pose a huge threat to theenvironment FluorideandcyanideinSPL were removed by high temperature vacuum roasting Basedon FactSage ' s thermodynamic calculations , the effects of temperature , vacuum and crucible material onleaching poisons when the vacuum degree is of 10 Pa and the temperature is of 1 100 C , the SPL is roasted in a graphite crucible , and the leaching poison is most effective good. Combined with TG-DSCanalysis , in a h igh-temperature vacuum environment , fluoride decomposes and volatilizes , and cyanide can also decompose into non-toxic substances , so that the treated SPL is converted from hazardous wastetogeneralsold waste ，real zng the e f ectve separaton of electrolyte and carbonaceous materaland facltatngtocomprehensveutlzaton.Keywords ： alumnumelectrolyss ； spentpotlnng ； hgh-temperaturevacuumtreatment ； harmless电解铝生产过程中排放的大修渣中含有毒性较高的可溶氟化物和氰化物［13］,属于典型危险废物。
铝电解阳极钢爪腐蚀的危害、原因及防腐技术
铝电解阳极钢爪腐蚀的危害、原因及防腐技术铝电解阳极由铝导杆、钢爪和预焙炭块三个部分组成，钢爪连着炭块和铝导杆，承担阳极的重量，还要输送强大的电流。
在350~900℃的高温下，阳极钢爪易受到电解质、极上料、空气和电解烟气的侵蚀，同时还承受热应力、电磁力和碰撞力的破坏，很容易受到腐蚀。
钢爪腐蚀不仅会缩短其使用寿命，形成“细腰”现象，且钢爪被腐蚀后形成的腐蚀物会进入电解质中，影响原铝的质量、电流的分布以及对电解槽运行工况的正确判断。
所以减少阳极钢爪腐蚀，对延长钢爪使用寿命、提高原铝质量、降低生产成本有着重要的意义。
本文结合某铝厂300kA系列预焙铝电解槽阳极钢爪腐蚀问题，分探究钢爪腐蚀的危害、原因及过程并就当前铝电解工业阳极钢爪防腐技术的现状与进展进行介绍。
一、阳极钢爪腐蚀的危害1．缩短钢爪使用寿命当阳极钢爪腐蚀到一定程度腐蚀层自动剥落时，就会使钢爪“细腰”处的有效截面积减小，通过钢爪“细腰”处电流密度变大，作为导电体的钢爪产生的焦耳热就会变大。
加之高温电解质对钢爪的热辐射和热传导、阳极自身重量三者的共同作用下，就会使钢爪发生变形，严重时会导致阳极钢爪报废，缩短钢爪的使用周期，增加铝生产成本。
以某铝厂年产20万吨原铝为例，钢爪腐蚀严重时，阳极钢爪平均使用周期约为15个周期，远低于国外水平。
每年因腐蚀报废的钢爪超过1万根，修复费用高达1000万元以上，大大增加了生产成本。
2．降低铝液质量在铝电解过程中，阳极钢爪表面被腐蚀，腐蚀层会脱落，大量含Fe的物质进入电解极上覆盖料和残极，导致阳极炭块和极上覆盖料Fe含量偏高，最终导致金属铝液Fe含量偏高，影响原铝的质量。
某铝厂资料显示，钢爪腐蚀严重时，铝液中的45~60%Fe(约550~650ppm)来源于电解返回料（也称极上覆盖料）或残极，原铝含铁量≤0.08%的槽子数占总槽数的百分比降至10%，波及到铝锭及合金的正常生产，影响产品质量和公司效益。
3．影响对电解槽运行工况的正确判断通常铝生产者以铝液中Fe、Si含量的高低来判断电解槽是否漏槽。
新技术让铝灰变废为宝
龙源期刊网 新技术让铝灰变废为宝作者：王强来源：《科学导报》2018年第06期“你看，这是电解槽，这边上的钢爪就是阳极钢爪，而这一个个小环就是我们研究的新型阳极保护环，两个板块一拼合就能使用，非常简单实用。
”前不久，在山西省“五小”竞赛成果展上，来自山西华圣铝业有限公司的负责人李海鹏热情地向记者介绍着他们研究小组发明的成果。
在展台上有一个半圆状的像砖块一样的物品，旁边还有一组模型，模型上有好几个钢爪，每个钢爪上都有一个小环，十分奇特。
据李海鹏介绍，这是他们公司研发的新型阳极钢爪保护环。
别小看这些小环，据了解，它们每年可以为该公司创造许多效益。
阳极钢爪是铝电解槽用量较多的设备配件，其质量好坏直接影响到阳极的导电和电压压降，对电解铝生产节能降耗起到至关重要的作用。
“为了降低阳极钢爪烧损率，提高原铝质量，我们想研究出一种能够保护钢爪的技术，通过大量实验，研究各种材料对原铝的影响，最后我们排除了沥青炉渣等材料，选择了铝灰来作为主要材料。
”说着李海鹏又拿起旁边的一个装着灰色粉末的盒子。
“这就是铝灰粉，铝灰是铝液在炉子里进行清渣过程中产生的杂质。
新型铝灰阳极保护环是一种可循环利用、节能环保项目，主要材料就是这种具有污染环境危害的工业废渣，通过技术回收再利用，既能为企业创造利润，又节能环保。
”据了解，华圣铝业每天产生10～15吨铝灰渣，年产铝灰渣3800吨。
公司投产初期，这些铝灰由于处理技术不成熟，一直没有得到有效利用。
多年以来公司通过各种技术创新和引进，也取得了一定成效，但是由于技术问题，过细的铝灰无法处理，只能作为废品以极低的价格外卖。
“为什么细灰不能再利用，我们一定要把所有原材料吃干用尽，实现循环利用，促进成本降低。
”李海鹏说。
李海鹏告诉记者：“铝灰通过提炼后制为原料，在经破碎、筛分、烘干、中间填充氧化铝等工序后就制成了铝灰阳极保护环。
这种阳极保护环固定在钢爪周围，不仅能够起到保护阳极钢爪的作用，防止电解质过高侵蚀钢爪，而且还对延长电解换极周期、降低阳极毛耗、稳定铝液质量有着积极的作用。
铝电解槽新一代石墨化阴极炭块的研发
表 2 用焦 I 在实验室制备的石墨化阴极样品的电阻率，因素从低水平到高水平的影响
电阻率 [µΩm]
P
平均值 ± 样本均值标准差
15.9 ± 0.3
0.000
因素
影响
A: 配方
-2.1
0.02
B: 石墨化温度
-2.1
0.02
C: 气胀抑制剂, Fe2O3
0.4
0.51
D: 沥青含量
-1.3
0.09
最佳组合是粗配方、高石墨化温度、无气胀 拟制剂和高粘结剂含量。图 3 示出了石墨化温度 和配方对电阻率的影响。图 4 是交互作用图。从
振动方向： 垂直：20 个样；水平：20 个样
图 1 石墨化阴极炭块的取样位置
图 2 实验室试验所用的石油焦的偏光显微结构
3 结果和讨论 3.1 原料
用光学显微术对两种焦的织构进行了研究。 焦 A 和焦 I 的显微图示于图 2。
焦 A 呈现出较大的基本上平行排列的光区域。 而焦 I 则是较小的无序排列的马赛克结构。较大
1 引言 石墨化阴极炭块现已获广泛应用，尤其是在
现代化大电流铝电解槽上。与半石墨质和全石墨 质阴极炭块比较，石墨化炭块具有人们所希望的 性能，如低电阻率、低电解膨胀率和高导热率等[1]。 石墨化炭块的主要问题是其相对较高的腐蚀速 率。阴极炭块的腐蚀是一个物理磨损和电化学腐 蚀的综合过程[2]，对石墨化阴极炭块而言，电化学 腐蚀是主要的，其腐蚀机理是碳化铝的生成和移 去[3]。最近二十年来铝电解槽容量不断加大，由于 使用低分子比电解质等因素使阴极炭块的腐蚀性 增大以及不均匀性的腐蚀加剧[4]。腐蚀已成为制约 石墨化铝电解槽寿命的主要因素。
均差不显著。这说明用难石墨化的焦 I 跟易石墨 化的焦 A 一样，同样可以生产出电阻率很低的石 墨化阴极炭块。图中示出了零假设 H0 ,差值的总体 均数 X 和 95%置信区间。
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地探索研究 ， 以便更好地服务于电解生产 ． 本文通 过对 阳极钢爪浸蘸石墨的传统工艺存在的问题和
缺陷进行 了详细分析 ， 重点围绕消除缺陷 ， 优化生
ＬＩ Ｇｕ ｏ ． １ ｉ ｎ （ Ａｌ ｕ ｍｉ ｎ ｕ ｍ Ｐ ｌ ａ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｓ ｈ ｅ ｎ Ｈｕ ｏ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｙ ｏ ｎ ｇ Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ４ ７ ６ ６ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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关键 词 ：阳极 钢爪 ；浸 蘸石墨 ；螺旋推 动 搅拌 中图分 类号 ： Ｔ Ｆ ８ ２ １ 文献 标志 码 ： Ａ
Ｎｅ ｗ Ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ Ｅｘ ｐｌ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ａｎｏ ｄ ｅ Ｓｔ ｅ ｅ ｌ Ｃｌ ａ ｗｓ Ｄｉ ｐｐ ｉ ｎｇ ｉ ｎ Ｇｒ ａ ｐ ｈｉ ｔ ｅ
பைடு நூலகம்
１ 传统模 式
在传 统 工艺 过程 中 ， 钢爪 浸蘸 用石 墨浆 ， 普 遍 采用 人 工搅 拌 或 者 压 缩 空气 吹拂 搅 拌 的方 法 ， 具
电解铝的生产 而言， 在 指标优化 和节 能降耗等方
面有着 重 要 的作用 ． 因此 ， 需 要 工艺 技术 人 员不 断
体为首先制作一只铁制广 口容器 ， 如图 １ 所示 ． 图 １中， １ 为阳极钢爪 ； ２为搅拌棒 ； ３ 为箱体； ４为石
第３ ４ 卷
第４ 期
上 海 有 色 金
属
ＶＯ ｌ ＿ ３ ４．ＮＯ ． ４ Ｄｅ ｃ ．２ ０ １ ３
２ ０１ ３年 １ ２ 月
ＳＨＡＮＧＨ ＡＩ ＮＯＮＦＥ ＲＲＯＵ Ｓ Ｍ ＥＴＡＬＳ
文章 编 号 ：１ ０ ０ ５ —２ ０ ４ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４—０ １ ４ ７ —０ ２＋０ １ ５ ３
了一种 新模 式 ， 在生 产过 程 中得 以实践 应用 ， 最 终 基本 实 现 了 自动 化 ， 大大 优化 了生 产 工艺技 术 ＿ １ ］ ．
Ｕ 刖 再
目前 ， 根 据生 产 工艺需 要 ， 国 内大 型 电解 铝企 业大 都设 有 阳极组 装 车 间 ． 即便不 单设 车 间 ， 也 有 阳极 组装 班组 ． 阳极组 装 工艺 虽不 复杂 ， 但 对 整个
产工艺展开 了多方 面的探索 和实践 ， 提出并研发
搅拌 ． 两者工序简单 ， 便于操作 ， 但存在 以下 问题 ：
（ １ ） 采用木棒 搅拌或通入压缩空气吹拂搅 拌 ， 不
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３—０ ７—１ ３ 作者简介 ： 李 国林 （ １ ９ ８ ０ 一） ， 男， 工 程师 ， 主要从 事电解铝生产技术和机电设备管理 ． Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ： ｇ ｕ ｏ ｌ ｉ ｎ — Ｓ ｈ ｅ ｎ ｈ ｕ ｏ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ
电解 铝 用 阳 极 钢 爪 浸 蘸 石墨 模 式 的新 探 索
李 国林
（ 河 南 神火 集 团 电解 铝厂 ， 河 南 永城 摘 ４ ７ ６ ６ ０ ０ ）
要 ：针对 电解铝 用 阳极钢 爪 浸 蘸石 墨 传 统 模 式存 在 的不 足 ， 进 行 分析 、 探 索和 改进 ， 研 发
了新的模式， 解决 了石墨粉不能均匀涂在钢爪表 面的问题 ， 对 降低磷铁压 降、 利 于钢爪与磷铁 分 离以及保 护钢 爪 不 受铁 水 侵蚀 起 到非 常 重要 的作 用 ．