李維維

（中國(guó)鋁業(yè)青海分公司，青海 西寧 810108）

預(yù)焙陽極服務(wù)于鋁電解生產(chǎn)，是電解槽的主體構(gòu)成。其生產(chǎn)以石油焦、瀝青焦等為原料，經(jīng)煤瀝青黏結(jié)后形成炭塊，然后再進(jìn)行焙燒處理得到預(yù)焙陽極。預(yù)焙陽極作為鋁電解過程中的陽極材料，其質(zhì)量直接關(guān)系到整個(gè)電化學(xué)反應(yīng)的質(zhì)量，進(jìn)而影響電解鋁生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，因此有必要對(duì)預(yù)焙陽極中微量元素的控制方法做總結(jié)性分析。

1 預(yù)焙陽極中的微量元素

（1）微量元素來源。預(yù)焙陽極中微量元素的來源主要有二。一是預(yù)焙陽極生產(chǎn)原料中含有的微量元素。預(yù)焙陽極生產(chǎn)主要原料為石油焦，不同廠家生產(chǎn)的石油焦在雜質(zhì)含量上差異明顯，原料中含有的微量元素包括Fe、Na、Al、Ca、Mg、Ni等。這部分微量元素可能為原油中含有，也能在原油開采過程中從外部環(huán)境混入，或來源于原油煉制過程中產(chǎn)生的堿金屬、運(yùn)輸及存儲(chǔ)過程中混入的灰塵等。預(yù)焙陽極的另一大生產(chǎn)原料煤瀝青中，微量元素的構(gòu)成與石油焦類似，但總體含量更低。二是預(yù)焙陽極生產(chǎn)過程中混入含有微量元素的雜質(zhì)。預(yù)焙陽極生產(chǎn)原料經(jīng)歷運(yùn)輸、傳送、分料等流程，期間易導(dǎo)致灰塵等雜質(zhì)混入，最終使預(yù)焙陽極微量元素超標(biāo)[1]。另外，殘極、生熟碎等物質(zhì)的使用也會(huì)增加預(yù)焙陽極中的微量元素。

（2）微量元素影響。預(yù)焙陽極中微量元素構(gòu)成復(fù)雜，不同微量元素對(duì)預(yù)焙陽極的影響也不完全相同，但最終都會(huì)導(dǎo)致預(yù)焙陽極質(zhì)量降低。①Ni、V等微量元素氧化速度較快，使預(yù)焙陽極受到嚴(yán)重的氧化，并出現(xiàn)掉渣、掉塊等問題，導(dǎo)致其導(dǎo)電性降低、鋁電解電解槽內(nèi)電流效應(yīng)減弱，預(yù)焙陽極生產(chǎn)過程中，對(duì)碳的需求量明顯增加。②Si、Ti、Mn、Fe等微量元素主要影響成品原鋁的機(jī)械性能和純度。③S、P元素會(huì)導(dǎo)致碳素制品質(zhì)量和物理性能降低。若預(yù)焙陽極生產(chǎn)過程中，硫、磷元素含量超標(biāo)，會(huì)提高陽極焙燒過程的脆性，導(dǎo)致預(yù)焙陽極出現(xiàn)裂痕。④Na具有較強(qiáng)的催化性，主要影響生產(chǎn)過程中石油焦與二氧化碳和空氣的反應(yīng)，鈉元素含量越大，反應(yīng)性越強(qiáng)。⑤Ca主要影響石油焦與二氧化碳間的反應(yīng)，鈣元素含量越高，石油焦與二氧化碳的反應(yīng)越劇烈，該影響效果較鈉元素更明顯。

2 預(yù)焙陽極中微量元素控制方法

（1）煅后焦的影響。煅后焦為石油焦煅燒后形成的產(chǎn)物。在預(yù)焙陽極生產(chǎn)原料中，石油焦占比在65%左右，生產(chǎn)過程煅后焦、殘極、煤瀝青等原料成本約占生產(chǎn)總成本的50%。選擇優(yōu)質(zhì)低價(jià)的石油焦可幫助降低預(yù)焙陽極生產(chǎn)投入，同時(shí)減輕微量元素控制難度。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，石油焦的參數(shù)、性質(zhì)，及其煅燒質(zhì)量均會(huì)對(duì)預(yù)焙陽極的生產(chǎn)質(zhì)量和性能表現(xiàn)產(chǎn)生直接影響。例如，煅后焦中的揮發(fā)性物質(zhì)和水分若揮發(fā)完全，可減少后期產(chǎn)品中氫元素的含量，提高產(chǎn)品石墨化程度，帶來更強(qiáng)的耐高溫特性和耐熱性，提高陽極電導(dǎo)率。

（2）明確控制對(duì)象。為有效提高預(yù)焙陽極生產(chǎn)質(zhì)量，充分滿足內(nèi)銷與出口要求，有必要對(duì)預(yù)焙陽極生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制對(duì)象做進(jìn)一步明確。預(yù)焙陽極生產(chǎn)企業(yè)可結(jié)合各類微量元素對(duì)預(yù)焙陽極質(zhì)量的影響程度，以及本企業(yè)使用生產(chǎn)原料中微量元素的構(gòu)成特點(diǎn)，依照一定權(quán)數(shù)衡量各類無量元素控制的重要程度，將不同微量元素進(jìn)行分層，分配不同的控制力度，以最大化微量元素控制成效。結(jié)合以往預(yù)焙陽極生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為Si、Ca、Na和Fe等四項(xiàng)元素應(yīng)作為預(yù)焙陽極微量元素的控制重點(diǎn)。

（3）優(yōu)化原料選擇。生產(chǎn)原料中的雜質(zhì)是預(yù)焙陽極中微量元素的主要來源之一，因此其含量控制必須從原料的合理選擇開始。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠商主要使用石油焦和煤瀝青進(jìn)行預(yù)焙陽極的生產(chǎn)，高溫煅燒處理后，石油焦中水分和揮發(fā)性物質(zhì)被大量去處，主要雜質(zhì)包括Si、S、Fe、Ni、Ca等。通過大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，原油來源、配比區(qū)別使得石油焦中微量元素的結(jié)構(gòu)及含量差異較大，即便來自同一廠家，不同生產(chǎn)階段形成的石油焦在微量元素上也存在較大變動(dòng)。

因此在選擇生產(chǎn)原料時(shí)，不可通過經(jīng)驗(yàn)判斷來決定。統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)主要石油焦供應(yīng)廠家的石油焦微量元素含量情況，發(fā)現(xiàn)Si、Ca、Na和Fe四種元素的含量比例最高，而其他對(duì)預(yù)焙陽極質(zhì)量較大的微量元素，如Na、V等，國(guó)產(chǎn)石油焦較進(jìn)口石油焦的含量更低，因此建議選擇國(guó)內(nèi)廠家供應(yīng)的石油焦原料。預(yù)焙陽極生產(chǎn)廠家可搭建自身的生產(chǎn)原料微量元素統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫，使用專業(yè)的微量元素監(jiān)測(cè)設(shè)備，獲取各個(gè)階段、不同供應(yīng)廠家石油焦微量元素的變化情況數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，為石油焦原料的優(yōu)化選擇提供理論依據(jù)。

（4）石油焦混合處理?？紤]到預(yù)焙陽極微量元素控制對(duì)生產(chǎn)原料質(zhì)量要求較高，但石油焦中微量元素變化性較強(qiáng)。同時(shí)，石油焦的化學(xué)組成相對(duì)穩(wěn)定，在生產(chǎn)至煅燒前，其含有的微量元素不發(fā)生明顯變化。因此提出結(jié)合預(yù)焙陽極生產(chǎn)需求，對(duì)石油焦進(jìn)行混合處理，自行制備相匹配生產(chǎn)原料的微量元素控制方案。結(jié)合不同種類石油焦微量元素構(gòu)成、含量、揮發(fā)性及其他技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)能夠滿足預(yù)焙陽極生產(chǎn)質(zhì)量要求的石油焦原料配比方案。為保證配比方案的可行性，可設(shè)計(jì)3個(gè)～5個(gè)目標(biāo)方案，分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，綜合考慮預(yù)焙陽極生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)成本、材料獲取難度等指標(biāo)，選擇最佳石油焦配比進(jìn)行正式的預(yù)焙陽極生產(chǎn)。需要注意，同一配比方案中石油焦的種類不宜超過4種，且盡可能保證各類石油焦的粒徑、揮發(fā)性物質(zhì)及水分含量、密度等屬性相同，混合后的石油焦中，揮發(fā)性物質(zhì)的含量應(yīng)保持在8%～12%左右。

（5）生產(chǎn)過程控制。預(yù)焙陽極生產(chǎn)過程的微量元素控制主要針對(duì)過程中其他雜質(zhì)的混入進(jìn)行。第一，加強(qiáng)原材料運(yùn)輸、儲(chǔ)備管理，嚴(yán)禁工業(yè)垃圾、雜物、落地料等混入預(yù)焙陽極生產(chǎn)流程，按照相關(guān)要求開展原料運(yùn)輸及儲(chǔ)存工作，并確保傳送帶上除鐵器連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行，避免Fe、Si、Ca等微量元素隨灰塵、石塊、鐵料等混入生產(chǎn)過程。第二，石油焦煅燒爐在長(zhǎng)期使用過程中易出現(xiàn)內(nèi)部磨損和脫落，導(dǎo)致煅燒爐材料雜質(zhì)混入，進(jìn)而使預(yù)焙陽極微量元素增加。因此要求定期進(jìn)行煅燒爐清理、維護(hù)工作，及時(shí)清除煅燒爐內(nèi)壁、冷卻筒等位置的脫落物，并進(jìn)行必要的維修處理。第三，殘極壓脫、磷鐵澆鑄等作業(yè)環(huán)節(jié)易將P、Fe帶入到殘極中，影響預(yù)焙陽極生產(chǎn)質(zhì)量。因此要求定期查看除鐵器運(yùn)行狀況，確保將這部分微量元素完全清除。

（6）其他注意事項(xiàng)。①嚴(yán)禁將石油焦露天、接地堆放，要求采取必要的圍擋防護(hù)措施，避免原料在存儲(chǔ)過程中被污染。②生產(chǎn)過程中形成的粉塵、掉落的原料等，嚴(yán)禁再次投入到生產(chǎn)流程當(dāng)中。③嚴(yán)格控制殘極用量及Na的含量。預(yù)焙陽極生產(chǎn)過程中添加殘極的目的是提高材料利用率、降低生產(chǎn)成本、提高預(yù)制陽極的密度和機(jī)械強(qiáng)度。預(yù)焙陽極的生產(chǎn)中，其表面附著大量電解質(zhì)，其中含有的鈉元素會(huì)向陽極內(nèi)部滲透，導(dǎo)致殘極氟化鈉含量超標(biāo)。此時(shí)可適當(dāng)降低殘極用量，并定期進(jìn)行清潔作業(yè)。

3 結(jié)論

預(yù)焙陽極微量元素控制方法主要包括煅后焦質(zhì)量控制、明確控制目標(biāo)、優(yōu)化原料選擇、石油焦混合處理、生產(chǎn)過程控制等，減少生產(chǎn)原料及生產(chǎn)過程中微量元素的混入，提高預(yù)焙陽極生產(chǎn)效率。