（石河子市天山鋁業(yè)股份有限公司，石河子市，832000） 魯明遠

鋁電解生產(chǎn)使用的陽極是以石油焦為骨料、以煤瀝青為粘結(jié)劑經(jīng)預熱、混捏、冷卻、成型、焙燒等工序加工而成，陽極作為電解槽的心臟，費用占整個電解鋁的14%左右。2017年我國原鋁產(chǎn)量約3 225萬噸，其中，新疆自治區(qū)產(chǎn)量約645萬噸，占全國的20%。生產(chǎn)一噸電解鋁需要消耗400～500kg的鋁用陽極，鋁用陽極的主要原材料是石油焦，生產(chǎn)一噸陽極約需要石油焦一噸左右，據(jù)此簡單計算，全國每年生產(chǎn)鋁用陽極消耗石油焦約1600多萬噸，如果單純從石油焦生產(chǎn)能力來看，國內(nèi)石油焦的產(chǎn)量完全能夠滿足國內(nèi)市場的需要，但與其他省擁有大量石油焦產(chǎn)量不同的是，新疆地區(qū)缺乏石油焦資源，近幾年新疆地區(qū)石油焦總產(chǎn)量均未超過180萬噸，如果新疆地區(qū)電解鋁需求的陽極全部在本地生產(chǎn)，需要石油焦370萬噸以上，換言之，截止2017年底，新疆地區(qū)石油焦年缺口量達190萬噸，導致石油焦市場出現(xiàn)供不應求局面，這種情況，造成新疆地區(qū)石油焦價格遠高于內(nèi)地其他地區(qū)。根據(jù)新疆本地石油焦的供需狀況，低灰煤代替石油焦在電解鋁用陽極中的應用具有十分重要的意義。

1 鋁用陽極中石油焦的主要指標

石油焦是生產(chǎn)鋁用陽極的主要原料。石油焦的特性對鋁用陽極的性能有很大影響，灰分是石油焦的一項重要質(zhì)量指標。石油焦的灰分比較低，一般小于1%，主要有微量元素組成，這些元素會在電解過程中發(fā)生選擇性氧化，加速陽極消耗。除灰分外，硫分也是石油焦的重要質(zhì)量指標之一，硫是一種有害組分。過量的硫含量，使陽極在電解過程中易產(chǎn)生“異?！爆F(xiàn)象，容易開裂，電阻率增大。同時影響石油焦質(zhì)量的還有電阻率，石油焦的電阻率直接關(guān)系到成品陽極的電阻率，除此之外，石油焦的密度、耐壓強度等參數(shù)也對陽極生產(chǎn)存在一定的影響。

對于全部用石油焦生產(chǎn)鋁電解用預焙陽極，已經(jīng)有成熟的行業(yè)標準（YS/T 285-2012），其主要指標見表1。根據(jù)石油焦性能的分析，低灰煤必須具備低灰分、低含硫量，高導電性能量才能用于鋁用陽極生產(chǎn)。

2 新疆低灰煤資源分析

新疆擁有豐富的煤炭資源且分布非常集中，全區(qū)煤炭資源預測約2萬多億噸，占全國比重高達40%，新疆煤炭以中低變質(zhì)長焰煤、不粘結(jié)煤和弱粘結(jié)煤為主，其次為中變質(zhì)的氣煤、肥煤和焦煤。預測資源量中灰分低于25%的約占95%，低于15%的約占47%，低于10%的約占16%。硫分低于1.5%的約占96%，低于1%的約占80%，根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以看出，新疆不僅煤炭資源豐富，產(chǎn)量大，而且還有不少灰份很低的煤資源。有些礦區(qū)煤炭灰份可低至3%以下。新疆部分煤炭硫分含量很低，部分礦區(qū)煤炭的硫分在0.5%以下。這些豐富的煤炭資源為低灰煤在電解鋁用陽極中的應用提供便利條件。

表1 用石油焦護鋁電解用預熔陽極的主要指標

3 低灰煤在電解鋁用陽極應用分析

3.1 低灰煤炭的熱處理分析

由于各種固體原料低灰煤的成煤溫度的地址年代不同，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)中不同程度地含有水分、雜質(zhì)或揮發(fā)物。這些物質(zhì)如果不預先排除，直接用它們生產(chǎn)陽極材料，勢必影響產(chǎn)品質(zhì)量和使用性能，將選定的低灰煤進行1 300℃以上的熱處理，經(jīng)過高溫處理降低揮發(fā)分、水分和硫分含量，提高低灰煤的真密度和機械強度以及導電性能。

3.2 煅燒煤對瀝青吸附性能分析

瀝青煙氣體與火煅后煤之間由于分子間作用力相互吸引，瀝青充分填充煅燒煤顆粒的開氣孔并包覆顆粒的表面而不再有多余，在這種狀態(tài)各項理化指標性能最好。瀝青加入后一部分浸入煅燒煤的內(nèi)部，另一部分覆蓋在表面，還有一部分就是填充于煅燒煤顆粒之間的間隙，因此，分析煅后煤顆粒中開口孔隙率、堆積孔率以及表面積，使低灰煤用于陽極生產(chǎn)時瀝青吸附性能達到最佳狀態(tài)。

3.3 確定低灰煤用于陽極生產(chǎn)的最佳配比

將煅后煤和煅后焦混合作為骨料，用瀝青作為粘結(jié)劑，采用以往的工藝和配方，經(jīng)過混捏、成型、焙燒，按照不同的配比量制作成鋁用陽極試樣，分析各試樣灰分、體積密度、耐壓強度、電阻率、真密度、熱膨脹系數(shù)等相關(guān)技術(shù)指標，尋找煅后煤與煅后焦的配比規(guī)律，確定煅后煤用于陽極生產(chǎn)的最佳配比。

3.4 混捏成型的工藝參數(shù)改進技術(shù)

灰分和雜質(zhì)成分的控制，即便是超低灰的無煙煤，灰分的含量也遠大于石油焦，所以混合使用后灰分的控制是主要的技術(shù)問題。低灰煤煅燒的揮發(fā)分控制，低灰煤的揮發(fā)分較高，在煅燒時，影響煅燒爐的熱平衡，通過調(diào)整石油焦中揮發(fā)分的含量、調(diào)整煙煤的比例，可以將混用后的揮發(fā)分調(diào)整到合適的水平。根據(jù)煤炭的性能特點，研究其用于陽極生產(chǎn)的工藝技術(shù)，包括粉料和顆粒的加工技術(shù)、配方改進技術(shù)、物料的加入技術(shù)、混捏成型的工藝改進等。

4 結(jié)語

低灰煤在電解鋁用陽極中的應用，不僅可以緩解新疆石油焦資源的缺乏，突破新疆煤炭因運力不足產(chǎn)生的發(fā)展瓶頸，從企業(yè)角度還可以降低陽極生產(chǎn)成本，減少能源消耗，以國內(nèi)某鋁廠為例，該廠以超低灰煤電煅產(chǎn)品替代原料進行鋁電解用預焙陽極工業(yè)化生產(chǎn)及工業(yè)應用，電解鋁達到了有色行業(yè)二級品標準（部分達到一級），電解槽電壓降低19mV，槽內(nèi)溫度降低2.17℃。突破了傳統(tǒng)上鋁用陽極生產(chǎn)對石油焦原料的依賴性，拓寬了陽極原料的選擇范圍，對于電解鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

[1]羅英濤，蘇自偉，羅鐘生，趙淋.可替代石油焦原料制作炭陽極試驗研究[J].輕金屬,2011,8:48-50

[2]王晶，王曉剛.煙煤焦炭制備鋁業(yè)預焙陽極的先驅(qū)實驗分析[J].炭素,2007,1:25-29

[3]張志超，穆小杰，李賢.生陽極配方中瀝青含量的探討[J].輕金屬,2014,2:41-44

[4]李純，陸惠國，張錫平，肇玉卿，宋恩余.改變石油焦和煤瀝青性質(zhì)對預焙陽極塊使用性能的影響[J].輕金屬,2005,2:48-50

[5]徐迎節(jié).超低灰無煙煤石墨化產(chǎn)品的生產(chǎn)及應用[J].煤炭加工與綜合利用,2013,3:60-62