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，對電解槽筑爐時的條件要求較高。所以，炭素生產(chǎn)企業(yè)均投入資金對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?？紤]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過程中的性能要求。但是由于國內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)與測試技術(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。對于已有數(shù)據(jù)，對比國內(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性能指標(biāo)均接近國際先進(jìn)水平。

冷搗糊重點性能指標(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，會導(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。