铝电解炭素阳极用防氧化保护涂料工业化应用研究.pdf

第 卷第 期 年 月甘 肃 冶 金.文章编号:()铝电解炭素阳极用防氧化保护涂料工业化应用研究李 乐程久元(酒钢集团甘肃东兴铝业有限公司甘肃 嘉峪关)摘 要:铝电解用炭素阳极容易在高温下发生氧化反应造成炭素阳极的消耗量较大生产成本较高 针对该情况利用纳米陶瓷基高温防氧化涂层材料在阳极炭块表面形成致密的抗氧化保护涂层验证涂料对阳极炭块的保护作用探索延长阳极炭块使用寿命降低炭耗、排放的新路径 工业化试验结果表明该涂层的高温防氧化性较好能有效实现对炭素阳极的保护关键词:铝电解炭素阳极防氧化保护涂层中图分类号:文献标识码:(.():.:引言铝()作为地壳中含量最高的一种元素其金属具有密度小、比强度高、导电导热性好、耐腐蚀性良好、易延展和可回收等优良的物理、化学性能普遍应用于日常生活和工业生产目前铝金属的生产工艺依旧沿用的是冰晶石氧化铝融盐电解法电解过程为:在生产过程中炭素阳极是铝电解生产的主要原材料之一 在整个生产过程中炭素阳极消耗包括化学消耗和物理消耗等 化学消耗又包含电化学消耗和化学消耗 由于阳极炭块主要成分为 在高温下容易出现阳极氧化现象其中炭素阳极与阳极反应产物 会产生“布多尔反应”顶部和暴露在电解质外侧面的炭素阳极和 发生氧化反应从而引起阳极过量消耗增加阳极炭耗使电解生产成本增加 按目前铝电解工业采用的冰晶石氧化铝融盐电解法炭素阳极电解时分解 时释放出的 在高温下氧化消耗阳极 从理论上每生产 铝消耗炭量 而工业生产过程中实际消耗的炭量为 占生产总成本的 左右 因此降低炭素阳极的消耗至关重要 试验.试验材料.试验材料成分本次试验采用氧化铝陶瓷基高温防氧化涂层材料试验前对原材料进行检测结果显示该涂层材料主要成分为、和水.试验材料晶型试验材料中 以上 为、等其他晶型总占比.试验槽选择在某铝电解车间正常生产槽中选择 台试验槽(、)、台对比槽(、)开展试验跟踪涂层材料使用效果.阳极炭块喷涂试验槽和对比槽使用同一批次质量符合标准要求的正常生产用炭阳极对试验用阳极炭块进行喷涂:包括炭块竖面(个大面、个小面和 个斜坡面)和 个竖边棱角距离炭块底面 高度以下不喷涂喷 个小面上方的斜坡其它斜坡和平台不喷涂 试验阳极喷涂成品如图 所示操作人员严格培训实施全过程质量管理仔细跟踪检查各个环节对标准的执行情况确保阳极喷涂质量和涂层阳极转运质量保证进入电解槽的试验阳极 合格试验阳极入极情况如图 所示图 试验阳极喷涂成品图 试验阳极入极情况.涂层阳极炭块使用.第一周期第一周期即第一个换极周期在新极入槽前测量试验极与对比极的新极高度(底掌至钢梁)该时间段内试验槽完成涂层极与槽内非涂层极的替换.第二周期第二周期测量试验槽和对比槽残极的长、宽、高(底掌到钢梁)并观察对比残极外观情况 经过对第二周期前半段出极情况的数据分析和残极对比符合提前延周期条件 第二周期试验槽与对比槽单槽残极尺寸统计见表.第三周期第三周期时间段内试验极平均周期.较对比极多.第三周期试验槽与对比槽单槽残极尺寸统计见表 试验结果及分析.分析涂层阳极使用效果.氧化率降低电解槽阳极炭块氧化率变化见表 第 期 李 乐等:铝电解炭素阳极用防氧化保护涂料工业化应用研究 表 第二周期试验槽与对比槽单槽残极尺寸统计表/分类槽号有效数周期残极长残极宽残极高新极高消耗高度残极厚按 周期折算后的厚度试验槽对比槽.加权平均.加权平均.备注:“按 周期折算后的厚度”“消耗高度”/“周期”下同表 第三周期试验槽与对比槽单槽残极尺寸统计表/分类槽号有效数周期残极长残极宽残极高新极高消耗高度残极厚按 周期折算后的厚度试验槽对比槽.加权平均.槽号有效数周期残极长残极宽残极高新极高消耗高度残极厚按 周期折算后的厚度.加权平均.备注:“按 周期折算后的厚度”“消耗高度”/“周期”表 电解槽阳极炭块 变化/分类第 周期第 周期第 周期平均试验槽.对比槽.由表 可知试验三个周期后试验槽残极氧化率较对比槽低.说明试验槽多一天换极周期的情况下其残极的长、宽、厚度和外形规整度均优于对比槽残极试验效果明显.碳耗降低经试验采用纳米陶瓷基高温防氧化涂层的阳极炭块使用周期由 延长至.其中、由 周期延长到 延长阳极炭块使用周期 降低炭耗./甘 肃 冶 金 第 卷.试验槽与对比槽原铝液、电解质成分变化.含量变化试验槽 含量基本稳定在.对比槽 含量在.具体数据和变化见表 表 电解槽 含量变化/分类槽号第 周期第 周期第 周期平均.试验槽.平均.对比槽.平均.由表 可知试验开展三个换极周期内试验槽和对比槽平均 含量均呈下降趋势 试验开始前 台试验槽 含量平均值.台对比槽 含量平均值.差值.三个试验周期后 台试验槽 含量平均值.台对比槽 含量平均值.差值.经试验涂层材料的使用对电解槽原铝液品质未造成影响.含量变化试验槽 含量基本稳定在.对比槽 含量在.具体数据和变化见表 由表 可知试验开展三个换极周期内试验槽和对比槽平均 含量均基本保持平稳 试验开始前 台试验槽 含量平均值.台对比槽 含量平均值.差值.三个试验周期后 台试验槽 含量平均值.台对比 硅含量平均值.差值.经试验涂层材料的使用对电解槽原铝液品质未造成影响.电解质分析跟踪试验槽原铝液品位以及电解质中锂盐、钠盐等含量数据表明涂料中 等物质未对电解生产产生其它影响各项数据无明显变化表 电解槽 含量变化/分类槽号第 周期第 周期第 周期平均.试验槽.平均.对比槽.平均.结语通过工业化试验从残极外形、残极厚度等多方面证实了高温防氧化涂层材料的使用使炭素阳极氧化速度下降阳极炭块氧化率降低.试验槽平均炭阳极单耗降低约 /高温防氧化涂层材料对原铝液和电解质体系未产生不良影响采用抗氧化阳极炭块可有效减少高温氧化腐蚀延长阳极炭块使用寿命 阳极单耗降低约/参考文献:李 龙.铝电解炭素阳极用防氧化保护涂层的试验研究.山西冶金():.李 玲尹绍奎高天娇等.铝电解炭素阳极用防氧化保护涂料的研究.轻金属():.收稿日期:作者简介:李 乐()男陕西宝鸡人助理工程师本科 主要从事铝电解及铝加工技术研究第 期 李 乐等:铝电解炭素阳极用防氧化保护涂料工业化应用研究