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阳极炭块生产过程中微量元素变化的研究

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收稿日期:2007-05-15

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

Thetraceelementchangeinthecarbonanodeblockproductionprocess

DONGJian-xiong,YANGGui-hai,WEIXiu-ming,LIUZhi-huiandCHANGHong-shan(BaotouAluminumCo.,Ltd.,Baotou014046,China)Abstract:Theproductionprocessofaluminumanodeblocksisstudied.Thepaperreviewethetraceelementchangeofrawmaterialsintheanodeblockproduction.Keywords:Carbonanodblock;traceelement;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

・84・ 轻　金　属 2007年第10期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/BLJ07.38)

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%。

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从煅前料到焙烧块Na元素平均增加186%。3.2.3　炭素生产中微量元素钙(Ca)的变化情况

(见图3)

图3　炭素生产中微量元素(Ca)的变化情况从煅前料到煅烧料Ca元素平均变化不大,有下降的趋势从煅烧料到生块Ca元素平均增加38%。从生块到焙烧块Ca元素有下降的趋势,平均降低15%。从煅前料到焙烧块Ca元素平均增加20%左右。3.2.4　炭素生产中微量元素Si的变化情况(见图4)图4　炭素生产中微量元素(Si)变化情况从煅前料到煅烧料Si元素平均增加13%。从煅烧料到生块Si元素平均增加76%。从生块到焙烧块Si元素平均降低16%。从煅前料到焙烧块Si元素平均增加74%。3.2.5　炭素生产中微量元素铁(Fe)的变化情况(见图5)图5　炭素生产中微量元素(Fe)变化情况分析从煅前料到煅烧料Fe元素平均增加30%。从煅烧料到生块Fe元素平均增加43%。从生块到焙烧块Fe元素平均增加0.8%。从煅前料到焙烧块Fe元素平均增加102%。3.2.6　炭素生产中微量元素S的变化情况(见图6)

图6　炭素生产中微量元素(S)变化情况从煅前料到煅烧料S元素基本无变化。从煅烧料到生块S元素基本无变化。从生块到焙烧块S元素有下降的趋势。从煅前料到焙烧块S元素变化不大,有下降的趋势。

3.3　结果分析考虑沥青的影响因素后,石油焦微量元素在预焙阳极炭块生产过程中的实际变化为:

⑴V从原料到煅烧料、阳极炭块分别增加了2μg/g和8μg/g,增加量非常小;⑵Na从原料到煅烧料、阳极炭块分别增加了4.4μg/g和59.7μg/g,增加量分别为12%和169%,增加量比较大;

・05・ 轻　金　属 2007年第10期⑶Ca从原料到煅烧料减少了3μg/g,减少量为2.4%,变化很小,到阳极炭块增加了38μg/g,增加量为30%;⑷Si从原料到煅烧料、阳极炭块分别增加了28μg/g和173μg/g,增加量分别为19%和116%,增加量比较大;⑸Fe从原料到煅后料、阳极炭块分别增加了73μg/g和233μg/g,增加量分别为3%和97%,增加量比较大;⑹S从原料到煅烧料、阳极炭块分别下降了0.053%和0.155%,变化较小。4　结语石油焦原料的微量元素V、S、Ca在阳极炭块的生产过程中的变化较小,在原料配比使用时可以较少考虑其在生产过程中的增加值。Na、Si、Fe的增加比较大,尤其Na和Fe增加了近12倍,而这几种物质对阳极炭块的质量和电解铝生产的影响又比较大,在原料配比使用生产阳极炭块时要重点考虑,并尽可能减少生产环节的污染想办法控制其增加量。参考文献:

〔1〕胡兴军.我国铝业发展现状的探讨〔J〕.轻金属,2007,2、3～6.

〔2〕CHINA.COM.CN《中国统计数据》2007,1.

〔3〕王平甫.宫振.铝电解炭阳极技术〔M〕.北京:冶金工业出版社,

2002.(责任编辑　潘玉敏)

・行业资讯・《新型石墨化阴极预焙阳极铝电解槽开发及应用》通　过　专　家　鉴　定

2007年9月12日至13日,在河南省洛阳市召开了由沈阳铝镁设计研究院和河南万基铝业股份有限公司共同完成的《新型石墨化阴极预焙阳极铝电解槽开发及应用》科研成果鉴定会。中国有色金属工业协会副会长钮因健、院士张国成等专家组成的鉴定评审组对该成果进行了鉴定,

并给予了高度评价,评审组认为该项目有多项创新点,如:在国内首次整系列使用全石墨化阴极,在国内首次实现300kA大型铝电解槽在阳极电流密度0.82A/cm2下稳定运行等;同时认为新型SY300铝电解槽的研制成功,标志着我国铝电解技术又登上一个新台阶,该项目的综合技术达到国际先进水平。经过认真和严格地评审,该项科技成果顺利通过由中国有色金属工业协会主持的专家鉴定。〔本刊编辑部　供稿〕

・15・2007年第10期 董剑雄,杨贵海,魏秀明,刘志惠,常洪山:

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阳极组装工序对预焙阳极质量影响及控制措施探讨

阳极组装工序对预焙阳极质量影响及控制措施探讨

阳极组装工序对预焙阳极质量影响及控制措施探讨发布时间：2023-01-04T03:11:08.062Z 来源：《新型城镇化》2022年23期作者：黄望[导读] 本文从炭阳极组装车间质量控制的要素，分析阳极炭块中灰分、磷生铁产生的原因及控制方法，通过对阳极组装车间的设备改造，有效的清除软残极及组装块表面的磷生铁，减少杂质对电解及成型的影响，提高电解铝铝液的质量。

百色皓海碳素有限公司广西百色 533000摘要：本文从炭阳极组装车间质量控制的要素，分析阳极炭块中灰分、磷生铁产生的原因及控制方法，通过对阳极组装车间的设备改造，有效的清除软残极及组装块表面的磷生铁，减少杂质对电解及成型的影响，提高电解铝铝液的质量。

关键词：炭阳极组装；灰分；软残极；磷生铁阳极作为铝电解的心脏，它的质量好坏，不但影响电解槽的平稳生产，还影响着电解的各项经济技术指标，如：阳极消耗、电能消耗、铝液质量；同时还对节能减排指标中的烟气排放有着直接的影响。

炭阳极组装车间是把电解返回的残极进行电解质清理、残极压脱、磷铁环压脱，并把焙烧块和铝导杆—钢爪组用熔化的磷生铁进行连接成为具有一定机械强度、较小比电阻的整体，同时对残极进行破碎，破碎后的残极返回成型车间供配料使用。

其质量控制主要有：残极料中灰分、磷生铁的控制；浇铸质量及组装块表面附着的磷生铁、填充焦的控制；磷生铁的配比控制。

1 炭块中灰分、磷生铁产生的原因1.1 灰分产生的原因1.1.1 软残极产生残极是阳极炭块在铝电解生产中使用以后换下的残余部分，其表面覆盖有氧化铝和氟化盐，将其清理掉后经破碎返回成型车间作为阳极材料的原料，以提高生阳极的体积密度、降低空气渗透率、提高抗压强度等。

但由于残极在电解槽上高温电解质中使用了近30天，其表面层硬度较小、空隙度大、抗氧化性能较差、着火点低等，此部分软残极进入成型配料后，将对阳极质量带来很大的影响，造成电解更大的损失。

1.1.2 收尘粉料产生残极压脱、破碎时产生的大量粉料经收尘系统收尘后进入残极皮带，最终返到阳极生产下道工序成型生产线，导致阳极Si的质量分数增加。

《2024年煤的微量元素危害性实验研究》范文

《2024年煤的微量元素危害性实验研究》范文

《煤的微量元素危害性实验研究》篇一一、引言煤炭作为全球主要能源之一，对人类的生产和生活具有重大影响。

然而，除了主要的能量来源外，煤炭中还含有多种微量元素。

这些微量元素在开采、燃烧和使用过程中，可能会释放到环境中，对环境和人类健康造成潜在的危害。

因此，本文通过实验研究的方法，深入探讨了煤中微量元素的危害性，旨在为环境保护和人类健康提供理论依据。

二、研究方法本研究采用了实验研究和数据分析相结合的方法。

首先，收集不同地区的煤样，分析煤中各种微量元素的含量。

然后，通过模拟燃烧实验，研究在燃烧过程中微量元素的释放规律。

最后，对释放出的微量元素进行环境毒理学分析，以评估其对环境和人类健康的潜在危害。

三、实验结果1. 煤中微量元素含量分析通过化学分析，我们发现不同地区的煤样中微量元素的含量存在差异。

主要含有铝、铁、锰、汞、砷等元素。

其中，某些元素的含量超过了一定的阈值，这可能对环境和人类健康构成潜在威胁。

2. 燃烧过程中微量元素的释放在模拟燃烧实验中，我们发现煤中的微量元素在燃烧过程中会释放到环境中。

其中，一些重金属元素如汞、砷等容易挥发并进入大气中。

这些元素在燃烧过程中可能转化为毒性更强的化合物，如砷的氧化物和汞的蒸汽等。

3. 环境毒理学分析通过环境毒理学分析，我们发现释放到环境中的微量元素具有不同的毒性。

其中，重金属元素如汞、砷等具有较高的毒性，可能对环境和人类健康造成严重影响。

这些元素进入大气、水体和土壤后，会通过食物链进入人体，对人类健康构成潜在威胁。

四、讨论根据实验结果，我们可以得出以下结论：煤中含有的微量元素在燃烧过程中会释放到环境中，并对环境和人类健康构成潜在威胁。

其中，重金属元素如汞、砷等具有较高的毒性。

因此，我们需要采取措施来减少煤炭燃烧过程中微量元素的释放，以保护环境和人类健康。

首先，政府应加强煤炭开采和燃烧的监管，制定相关政策和法规来限制煤炭的过度开采和燃烧。

同时，应鼓励和支持清洁能源的开发和利用，以逐步替代煤炭作为主要能源。

降低阳极铁—碳压降的生产实践

降低阳极铁—碳压降的生产实践

降低阳极铁—碳压降的生产实践在电解铝厂的生产中，阳极被誉为“电解的心脏”，而作为阳极组装质量的主要指标，铁—碳压降的高低，在一定程度上决定着吨铝电耗的高低。

特别在大型预焙铝电解槽的生产实践中，电流强度普遍较大，每处压降（既使很小）长时间累计下来就是很大的数字。

如何降低铁—碳压降，可以说是直接关系到铝电解生产成本的大问题之一。

我车间采用各种具体措施降低铁—碳压降，收效甚好。

一般来讲，促使阳极铁—碳压降升高的原因主要有以下几个方面：1、钢爪砂洗除锈不到位，高度不够，不洁净，有铁锈、杂质等附着在上面，形成隔离层，影响导电，从而使压降升高。

2、磷生铁中粉尘和碳粒处理不达标，在浇注过程中产生杂质气泡夹杂，增大磷生铁的电阻，使压降升高。

铁水中的气体和非金属夹杂物含量不仅影响强度和致密度，而且还与磷铁形成气孔、裂纹等缺陷有关，还直接降低导电性能。

3、浇注前对碳碗的吸灰、清理不干净，会影响铁水的流动，或者混入铁水，造成铁水与碳碗接触不紧密，铁水本身夹杂。

吸灰不干净，也可导致浇注后磷铁环与碳碗之间有明显的缝隙，导杆可以轻微的晃动。

在浇注过程中，钢爪上粘结的氧化铝粉或面壳块会落入碳碗，影响浇注质量。

4、爪头上抹的铅粉、石墨涂料不到位，不均匀，不能起到良好导电作用，反而使压降升高。

铅粉、石墨中的水分挥发不出去，会使铁水在浇注中起泡或翻腾，严重时还会发生放炮现象，影响浇注质量。

5、浇注中因碳块潮湿，不得不进行二次浇注（先在碳碗中注入少量铁水，对碳块进行预热，然后再进行浇注，从回收到车间的残磷铁碗上，可以很清楚的看到二者有一道明显界限），浇注铁水流速不均匀或流速过快，都会使铁水收缩不合理，形成磷铁环断裂缝，即炸裂缝（有的有两处以上断裂纹）。

二次浇注会使铁水上下翻腾，夹杂气泡，两次浇注磷铁间出现断层，增大电阻，在电解生产中产生热量，严重的会造成阳极碳块整个脱落。

6、钢爪、阳极碳块本身质量有问题，杂质过多。

钢爪中有气孔、夹渣，会影响钢爪的导电性能。

石油焦对预焙阳极质量的影响及控制

石油焦对预焙阳极质量的影响及控制

砖。

（５）砌体的较小背缝用氮化硅结合碳化硅粉进行填充。

公司开始在１０台１６０ｋＡ试验槽上应用了氮化硅结合碳化硅复合侧块，扩容到１８０ｋＡ后，开始在大修中全面推广应用。

生产运行３年多后，通过测量部分槽的炉膛内形和阴极侧部温度梯度，表明槽的炉膛内形比较规整，侧部炭块减薄较少，氧化、破损较轻，侧部钢板温度平均下降１８℃左右，保温性能较好。

３结论（１）电解槽槽壳采用船型结构，避免了摇篮架角部的应力集中；加固筋板，增强了摇篮架的刚度和强度；这两次措施有效地解决了槽壳外胀和摇篮架断裂现象。

（２）应用干式防渗料，能加强槽底内衬保温性能，而且防渗效果明显，可延长电解槽寿命。

（３）Ｓｉ３Ｎ４结合ＳｉＣ侧部炭砖的强度高，抗氧化、耐腐蚀，而且导热性好，易于形成侧部炉帮的保护层。

总之，１６０ｋＡ电解槽扩容后对槽结构及槽内衬的改进，总体上符合大型预焙槽内衬“侧部散热、底部保温”的设计原则，而且优化了槽内衬结构，提高了筑炉工艺水平，延长了电解槽寿命。

扩容后内衬结构改进的投入与产出合理，产能增加显著，经济收益较高。

参考文献：［１］摩勒，Ｇ·Ｇ．化学冶金学［Ｍ］．王介淦，罗英豪，译．北京：冶金工业出版社，２００２．１引言铝电解用预焙阳极被称为是电解槽的“心脏”，它在电解过程中起两方面的作用，一是导电作用，二是起化学反应，因此，炭阳极的质量对铝电解过程起着重要的作用。

另外炭耗在铝电解的成本中仅次于电耗和氧化铝，约占整个成本的１５％左右，如果阳极质量不佳，此比例可上升至２５％。

所以提高阳极质量，对电解铝厂降低生产成本、提高经济效益有着很大的意义。

石油焦作为生产阳极的最主要原料，其性质的不同对预焙阳极的各项技术指标影响很大。

近几年由于电解铝行业的迅猛发展，极大地带动了炭素行业的发展，另外炼钢业的扩大，对生产电极用的石油焦的需求量越来越大，从而造成优质石油焦原料的紧缺，因此，分析不同石油焦对预焙阳极质量的影响，从而从原料控制着手对预焙阳极的质量进行有效的控制，对阳极的生产有着重大的意义。