谷柳|文

陰極糊主要用于填充炭塊與炭塊之間、炭塊與電解槽之間和其他部位之間的縫隙，以及用于鋁電解槽的墊層。陰極糊作為鋁電解槽陰極材料中的重要組成部分，其用量占所有陰極材料總量的25%左右，相當(dāng)于整個(gè)電解槽槽底面積的25%。但是，這種用量占據(jù)陰極材料四分之一的陰極糊，與炭塊之間的成分存在不可避免的差異，致使在鋁電解生產(chǎn)過程中，電解質(zhì)溶液與炭塊之間會(huì)由于鈉離子的滲透形成一種層狀化合物，導(dǎo)致陰極炭塊膨脹、破損，乃至最終停槽。因此，陰極糊的質(zhì)量是影響電解槽效率以及壽命的重要原因之一。所以，對(duì)鋁電解用陰極糊的性能指標(biāo)進(jìn)行研究極其重要。

陰極糊的質(zhì)量是影響電解槽效率以及壽命的重要原因之一。本文對(duì)鋁電解用陰極糊的性能指標(biāo)進(jìn)行研究探討，希望炭素生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)一步改善陰極糊配方及生產(chǎn)工藝，促進(jìn)電解鋁行業(yè)的發(fā)展。

中國鋁電解用陰極糊的發(fā)展

中國鋁電解用陰極糊的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段，分別以熱搗糊、冷搗糊與熱搗糊并存和以冷搗糊為主導(dǎo)地位，其中冷搗糊與熱搗糊并存時(shí)期多以施工溫度為70℃的溫?fù)v糊（又稱之為中溫糊）為主。

鋁電解用陰極糊發(fā)展的初期，鋁廠多采用煅燒石油焦為原材料的熱搗糊，這種熱搗糊即為炭素生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)在生產(chǎn)的陽極糊，被直接用于填充炭塊間和炭塊與電解槽之間的縫隙。

但是施工溫度在100℃以上的熱搗糊，對(duì)電解槽筑爐時(shí)的條件要求較高。所以，炭素生產(chǎn)企業(yè)均投入資金對(duì)低施工溫度的陰極糊進(jìn)行研發(fā)，即煅燒石油焦基冷搗糊，其中還添加煤瀝青和煤焦油作為粘結(jié)劑。由于冷搗糊的施工溫度低（30℃左右），可以在室溫下進(jìn)行施工而無需加熱，因此可以有效節(jié)約能源、減少筑爐成本，并且可以在一定程度上延長電解槽的壽命。之后，炭素生產(chǎn)企業(yè)不斷調(diào)整陰極糊配方、改進(jìn)生產(chǎn)工藝，轉(zhuǎn)而采用煅燒無煙煤和石墨作為主要原材料生產(chǎn)陰極糊，從而降低陰極糊的抗壓強(qiáng)度，提高電解槽的使用壽命。

此外，陰極糊作為陰極材料配套陰極炭塊使用，其性能指標(biāo)也應(yīng)該與陰極炭塊形成配套。考慮到中國陰極炭塊和陰極糊的生產(chǎn)情況，以及企業(yè)降本的需求，石墨質(zhì)陰極炭塊和全石墨陰極炭塊多采用熱搗糊和溫?fù)v糊。但是，熱搗糊和溫?fù)v糊卻無法匹配石墨化陰極炭塊進(jìn)行使用，石墨化陰極炭塊作為降低大型預(yù)焙電解槽生產(chǎn)成本的有效利器，急需確定與之相配套的冷搗糊的性能指標(biāo)。

表1 不同企業(yè)內(nèi)襯糊的理化性能指標(biāo)典型值

表2 不同企業(yè)鋼棒糊的理化性能指標(biāo)典型值

國內(nèi)外冷搗糊性能指標(biāo)對(duì)比

冷搗糊根據(jù)其使用位置不同，可以分為兩種：內(nèi)襯糊（包括周圍糊和炭間糊）和鋼棒糊。內(nèi)襯糊適用于填充底部炭塊與側(cè)部炭塊、耐火磚之間的縫隙，以及炭塊之間的縫隙；鋼棒糊適用于填充陰極鋼棒與炭塊之間的縫隙。不同使用位置的陰極糊，其性能指標(biāo)也有所差異。

根據(jù)對(duì)不同炭素生產(chǎn)企業(yè)調(diào)研、取樣，得到內(nèi)襯糊的理化性能指標(biāo)典型值如表1所示，鋼棒糊的理化性能指標(biāo)典型值如表2所示。

而在國外眾多的相關(guān)產(chǎn)品中，并沒有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)陰極糊性能進(jìn)行規(guī)定。因此，此處選取了國外陰極糊產(chǎn)品的典型值與指標(biāo)體系進(jìn)行分析，見表3。

表3 國外陰極糊產(chǎn)品的理化性能指標(biāo)的典型值

國外陰極糊產(chǎn)品的理化性能指標(biāo)，除包含我國目前常用的電阻率、抗壓強(qiáng)度、體積密度、灰分等指標(biāo)外，還增加了導(dǎo)熱率、氣孔率等指標(biāo)，可以較全面地反映陰極糊在鋁電解槽筑爐和焙燒氣動(dòng)過程中的性能要求。但是由于國內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)與測(cè)試技術(shù)的限制，部分性能指標(biāo)很難得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，有待進(jìn)一步的研究。對(duì)于已有數(shù)據(jù)，對(duì)比國內(nèi)外陰極糊產(chǎn)品的性能指標(biāo)，內(nèi)襯糊和鋼棒糊的各項(xiàng)性能指標(biāo)均接近國際先進(jìn)水平。

冷搗糊重點(diǎn)性能指標(biāo)分析

1.電阻率

內(nèi)襯糊的電阻率應(yīng)大于陰極炭塊的電阻率，方能有效保護(hù)周圍糊縫和炭塊間糊縫。石墨化陰極炭塊的電阻率在9.1～11.8μΩ·m范圍內(nèi)，在兼顧電解鋁用戶需求和生產(chǎn)廠家成本的基礎(chǔ)上，該性能指標(biāo)無需過低。

鋼棒糊的電阻率對(duì)陰極鋼棒有所影響，鋼棒糊電阻率越小，可以減少扎固后陰極炭塊的壓降，從而達(dá)到節(jié)約電能、降低噸鋁電耗的目的。因此該性能指標(biāo)應(yīng)高于內(nèi)襯糊的電阻率。

2.耐壓強(qiáng)度

陰極糊的耐壓強(qiáng)度與鋁電解槽的壽命關(guān)系密切。陰極糊的耐壓強(qiáng)度不能高于陰極炭塊的耐壓強(qiáng)度，方能對(duì)陰極炭塊起到保護(hù)作用。如果內(nèi)襯出現(xiàn)較大應(yīng)力，周邊糊縫開裂可以緩沖應(yīng)力。若陰極糊耐壓強(qiáng)度高于陰極炭塊的耐壓強(qiáng)度，在出現(xiàn)較大應(yīng)力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致陰極炭塊開裂，降低電解槽使用壽命?？紤]到石墨化陰極炭塊的耐壓強(qiáng)度為19.8～30.5MPa，該性能指標(biāo)應(yīng)低于該值。

3.表觀密度與真密度

表觀密度是判斷和表征焙燒后陰極糊內(nèi)部顆粒的結(jié)構(gòu)和排列是否均質(zhì)、有序和致密的依據(jù)。表觀密度越高，更有利于提高產(chǎn)品的抗?jié)B透能力，因此該性能指標(biāo)越高越好。

真密度關(guān)乎于陰極糊的導(dǎo)電性能和抗鈉侵蝕性能，真密度越高，陰極糊的導(dǎo)電性能越好、抗鈉侵蝕能力越高，從而使用壽命越長。因此該性能指標(biāo)越高越好。

展望

（1）國際上沒有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)陰極糊產(chǎn)品進(jìn)行規(guī)定，應(yīng)盡快制定相應(yīng)國際標(biāo)準(zhǔn)，以滿足陰極糊產(chǎn)品國際貿(mào)易的需求。

（2）國內(nèi)陰極糊常規(guī)理化性能指標(biāo)接近國際先進(jìn)指標(biāo)，但仍缺少導(dǎo)熱率、氣孔率等指標(biāo)數(shù)據(jù)，需要炭素生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行深一步研究。

（3）對(duì)于國內(nèi)陰極糊常規(guī)理化性能指標(biāo)，仍需進(jìn)一步探索其與電解槽使用壽命、電解效率之間的關(guān)系，以便炭素生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)一步改善陰極糊配方及生產(chǎn)工藝，促進(jìn)電解鋁行業(yè)的發(fā)展。