閆太網(wǎng)

（山西華圣鋁業(yè)有限公司，山西 永濟 044501）

高殘極配比在炭素陽極生產(chǎn)中的應(yīng)用

閆太網(wǎng)

（山西華圣鋁業(yè)有限公司，山西 永濟 044501）

介紹了炭素陽極生產(chǎn)采用高殘極配比的實踐，通過優(yōu)化配方和調(diào)整生產(chǎn)工藝技術(shù)條件等一系列措施，取得了較好的效果，達(dá)到了增效降耗的目的。

炭素陽極；高殘極配比；技術(shù)條件；提產(chǎn)增效

0 前言

在陽極生產(chǎn)過程中，適度加入殘極以改善陽極理化指標(biāo)已成為業(yè)內(nèi)共識。大多數(shù)炭素生產(chǎn)廠家都是電解鋁企業(yè)的配套生產(chǎn)廠，電解過程中產(chǎn)生的大量殘極（約占陽極總量15%）返回主流程，能夠為陽極生產(chǎn)提供充足的原料。并且，一般的陽極生產(chǎn)模式下，殘極配比每提高1%，煅后焦單耗可以降低8kg左右。因此，加大陽極生產(chǎn)過程中殘極配比，能夠為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益。

然而，殘極中的灰分較高（＞5%），特別是其中的礦物雜質(zhì)（Fe、Si、Na等），對鋁液質(zhì)量和電流效率影響很大。另外，殘極篩分系統(tǒng)粒度分級相對少，加大殘極配比容易引起殘極料倉料位不平衡，影響配方的穩(wěn)定性。這些因素使得陽極配方中殘極配比受到限制，一般在15%～25%左右，很少能夠穩(wěn)定保持在25%以上。

如何實現(xiàn)高殘極配方以降低炭素生產(chǎn)成本，是國內(nèi)炭素廠普遍關(guān)注的問題。某公司通過實踐摸索，在炭陽極生產(chǎn)中將殘極配比提高至35%以上，取得了比較好的效果。

1 提高殘極配比的必要性和可行性

1.1 提高殘極配比的必要性

某公司炭素廠為年產(chǎn)22萬t電解鋁的配套生產(chǎn)廠，設(shè)計陽極生產(chǎn)能力為兩期12萬t/a，目前二期在建，只有一期投入生產(chǎn)，產(chǎn)能為6萬t/a，所產(chǎn)陽極全部內(nèi)部消化，不足部分外購。由電解鋁系統(tǒng)返回的殘極量約在1.9 t/a左右，加上炭素焙燒過程中產(chǎn)生的殘次品，全部經(jīng)過破碎處理后作為殘極的量能夠達(dá)到2萬t/a左右。如果按通常25%的殘極上限配比，將有5 000t/a的殘極過剩積壓。另一方面，隨著設(shè)備磨合期的結(jié)束及人員操作水平的提高，陽極生產(chǎn)能力逐步釋放，生陽極產(chǎn)能在原設(shè)計基礎(chǔ)上有近10 000 t/a的擴充空間，對煅后焦的需求也在增加，而煅燒系統(tǒng)兩臺32室的罐式爐的產(chǎn)能為4萬t/a煅后焦，不能滿足擴產(chǎn)需求。因此，企業(yè)需要通過實施高殘極配方，擴大原料，消化過剩殘極，降低陽極生產(chǎn)成本。

1.2 提高殘極配比的可行性

如何實現(xiàn)高殘極配比，技術(shù)人員進行了詳細(xì)的分析及論證：

（1）殘極經(jīng)過二次焙燒，結(jié)構(gòu)更加致密。陽極中加入殘極的量越大，其體積密度越高。實踐證明，加入25%殘極生產(chǎn)的生陽極，其體積密度要比普通生陽極的高5%以上。殘極對陽極體積密度的影響見圖1。

圖1 殘極量對陽極密度的影響

另外，隨著陽極體積密度的增大，陽極的導(dǎo)電性、抗壓強度、抗彎強度等指標(biāo)相應(yīng)地得到改善。

（2）工藝方面，增加殘極配比，現(xiàn)場設(shè)備等不需做大的改動，現(xiàn)有流程完全具備生產(chǎn)條件。

（3）針對提高殘極配比時，陽極中灰分含量升高的問題，經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)：當(dāng)殘極配比提高到33%以上時，陽極灰分升高，部分達(dá)到了0.6%～0.7%，高于國標(biāo)中一級品指標(biāo)（≯0.5%），但低于二級品（≯0.8%）指標(biāo)，由于該廠陽極全部為自用，二級品完全能夠滿足電解生產(chǎn)要求，故不對生產(chǎn)造成影響。鋁電解用預(yù)焙陽極的理化指標(biāo)見表1。

表1 鋁電解用預(yù)焙陽極的理化指標(biāo)

2 采取的措施

2.1 殘極中灰分的控制

分析得知，殘極回收處理過程中的收塵粉，Na含量高達(dá)（1 780～2 354）×10-6，其對于陽極灰分控制影響最大。所以，殘極返回過程中，應(yīng)將殘極收塵粉分離，避免其進入流程。

2.2 殘極的篩選

由于軟殘極體積密度低，空氣滲透率大，CO2反應(yīng)性提高，機械強度低，故不在生產(chǎn)中使用。因此，在殘極返回過程中應(yīng)該注意區(qū)分軟殘極，在無可行的現(xiàn)場檢驗手段的情況下，對于氧化嚴(yán)重、表面疏松、顆粒脫落情況比較明顯的殘極，作為軟殘極直接剔除。

2.3 工藝的匹配

殘極清理后經(jīng)過顎式破碎機、圓錐破碎機初步破碎后，入成型工序前粒徑為15～40 mm。成型生產(chǎn)配方中殘極顆粒要求為三粒級（粗、中、細(xì)），最大顆粒粒徑為15 mm。由于成型工序中殘極中碎系統(tǒng)設(shè)計上為一次破碎，采用一臺對輥破碎機和一臺直線振動篩。而殘極顆粒硬度比較大，輥破碎間隙調(diào)整到8 mm時，破碎效果不太理想，篩下料三種顆粒比例約為50∶30∶20，粗顆粒過多，中細(xì)顆粒不足，無法保持三種料倉的料位平衡，影響配方的穩(wěn)定。

解決上述問題的最佳辦法是，采用反擊式破碎機代替對輥破碎機，輔助以變頻控制系統(tǒng)，隨時根據(jù)料位變化情況調(diào)整破碎后顆粒粒徑，保證三種料位的平衡?？紤]到設(shè)計安裝上的難度，經(jīng)過論證后，在粗顆粒入料倉管線上增加一臺手動三通溜子將過剩粗顆粒返回破碎機重新破碎，從而實現(xiàn)了三種料位的平衡。

2.4 配方的設(shè)計

高殘極配方的實施，是建立在大幅度增加殘極配比的基礎(chǔ)上。針對殘極特性，配方中粗顆粒全部使用殘極，中顆粒殘極比例60%，細(xì)顆粒殘極比例約15%～20%。這樣不僅可以解決殘極篩下料粗顆粒多的問題，而且可以最大限度地發(fā)揮殘極硬度大的特點，提高陽極強度。

另外，不同于煅后焦疏松多孔，殘極的結(jié)構(gòu)比較致密，對于瀝青的吸附性能較差。經(jīng)過多次計算驗證后，對瀝青配比進行了調(diào)整，由原來的15.8%下調(diào)到14.8%～15.3%。

3 生產(chǎn)實踐

3.1 高殘極配比的實施

2008年二季度，該公司開始實施高殘極配方，分三個階段進行：第一階段，將殘極配比由20%提高到30%，在原混捏溫度（170±5℃）、時間不變（干混25 min，濕混35 min）的情況下，成型振動時間在原80 s基礎(chǔ)上縮短5～10 s；第二階段：將殘極配比進一步增加到35%，振動時間降低到60 s以內(nèi)。

3.2 實施效果

3.2.1 陽極指標(biāo)改善

2009年公司全面推廣高殘極配方后，陽極表觀密度、耐壓強度等指標(biāo)均有了較大幅度的改善，見表2。

從表2可見，使用高殘極配方后，陽極的理化指標(biāo)除灰分增加外（能夠控制在0.8%以內(nèi)），其余各項指標(biāo)均比較理想。

3.2.2 電解過程運行穩(wěn)定

在電解槽上使用過程中，高殘極配方陽極經(jīng)歷了電流密度從0.733 A/cm2強化到0.774 A/cm2，且換極周期從30 d提高到32 d，其運行穩(wěn)定。電解現(xiàn)場換下的殘極外觀規(guī)整，薄厚一致，消耗均勻。電解槽使用高殘極配方陽極前后的運行情況見表3。

表2 不同殘極配比時陽極的理化指標(biāo)

表3 電解槽使用高殘極配比前后陽極的運行情況

3.2.3 經(jīng)濟效益顯著

殘極配比由原來的25%提高到35%，每年僅節(jié)約的煅后焦價值：

另外，企業(yè)減少了瀝青消耗，增加了產(chǎn)能。因此，提高殘極配比所產(chǎn)生的效益十分巨大。

4 結(jié)語

（1）炭素陽極生產(chǎn)中采用高殘極配方，改善了陽極性能指標(biāo)，除灰分外，陽極的耐壓強度、體積密度等均得到提高。

（2）高殘極配方生產(chǎn)的陽極，在電解生產(chǎn)過程中狀態(tài)穩(wěn)定，殘極外觀規(guī)整。

（3）炭素陽極生產(chǎn)采用高殘極配方，經(jīng)濟效益、增效降耗效果顯著，特別是電解鋁配套的陽極生產(chǎn)廠家，優(yōu)勢明顯。

（4）此方法簡便可行，只需進行科學(xué)合理的配方設(shè)計，控制灰分，炭素生產(chǎn)企業(yè)利用現(xiàn)有的設(shè)備、工藝，無需做大的改動調(diào)整即可實施。

Abstract:The practice of adopting high butt formula in carbon anode prod uction was introduced in this paper.The better effect was achieved in terms of a series measures of optimizing formula,adjusting technical condition of pro?duction process,etc.The goals of increasing effect and reducing consumption were obtained.

Key words:carbon anode;high butt formula;technical condition;raising output and increasing effect

Application of high butt formula in carbon anode production

YAN Tai-wang

TF821

B

1672-6103（2011）01-0034-03

閆太網(wǎng)(1969—），男，山西運城人，1992年畢業(yè)于東北大學(xué)有色金屬冶金專業(yè)，主要從事電解鋁技術(shù)管理工作。

2010-04-21

2010-08-05