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石油焦性能与阳极消耗
时间:[2017-02-20]    浏览量:2065

1、前言
    在铝电解生产中,采用高温的具有很大侵蚀性的冰晶石熔液作为电解质。在各种材料当中,能够耐高温并且抵御这种侵蚀性、价格低廉而又具有良好地导电性的只有炭素制品。因此铝工业上采用炭素制品作为电解槽的阳极和阴极。在电解过程中,炭阳极参与电化学反应而边疆消耗,阳极的消耗分为正常消耗和额外消耗。阳极消耗与电解工艺参数和阳极质量有关。其消耗量大小直接影响电解铝的成本。而阳极的额外消耗与阳极的空气反应性及CO2反应性有直接关系。组成阳极的主要原料是石油焦,因此石油焦的性能直接影响阳极的质量,尤其是阳极的氧化性与原料的抗氧化性有直接关系。本文通过分析影响石油焦CO2反应性及空气反应的因素,说明控制石油焦的杂质含量、提高体积密度、降低孔度对阳极生产的重要性。
2、炭阳极消耗
    铝工业电解槽中,公认的阳极反应如下[1]:
    Al2O3+3/(1+n)C=2Al+3n/(1+n)CO2+3(1-n)/(1+n)CO
    式中:n-CO2=70%(体积)
          1-n-CO=30%(体积)。
    即理论炭耗为393kgC/tAl。该值介于生成100%CO2的反应所需炭量333kg及生成100%CO的反应所需炭量666kg之间。
    但实际铝电解过程中阳极消耗约为450kg(净耗)或500-550kg(毛耗)。引起阳极过量消耗的主要原因是由如下额外应造成:
    阳极与CO2的反应         CO2+C=2CO
    阳极表面发生氧化反应    O2+C=CO2
    另外,炭阳极中粘结剂所形成的焦炭受选择氧化作用而优先消耗,造成阳极中炭粒掉落而增加炭耗。
    3、影响阳极消耗因素
    炭阳极毛耗由炭阳极净耗和残极组成,炭阳极净耗由工艺消耗和额外消耗组成。其炭阳极净耗与炭阳极指标内在的联系公式:
    NC=C+334/CE+1.2(BT-960)-1.7CRR+9.3AP+8TC-15ARR
    式中:NC—炭阳极净耗,kgC/tAl
          C—槽参数
          CE—电流效率
          BT—槽温,℃
          CRR—CO2反应残留,%
          AP—空气渗透率,%
          TC—热传导系数,W/mK
          ARR—空气反应残,%
    公式表明:炭阳极净耗与电解工艺参数和炭阳极质量有关,在炭阳极质量因素中,空气渗透率与阳极的生坯体积密度及沥青量有关,而CO2反应残留,虽然Na的催化作用和焙烧最终温度有直接关联,但与原料的性能也有直接的关系。空气反应残留主要与原料性能、阳极着火温度和最终焙烧温度有直接关系。因此,控制原料质量是提高炭阳极质量关键环节。
4、阳极组成
    炭阳极是由石油焦、残极和煤沥青胶结组成的多孔性材料。沥青作为粘结剂,焦炭作为填充料,为获得最大容重,必须将不同粒径的骨料、细粉、按一定比例准确配方。一般配方中骨料约占配比的85%左右,沥青占配比的15%左右。因此石油焦的性能对阳极质量有很大影响,尤其是石油焦的空气反应性和CO2反应性影响着阳极的氧化反应。
5、石油焦性质
    石油焦是石油沥青或石油系的重质油经过干馏制成的焦炭。石油焦的特性因石油产地不同而受到很大影响,因生产方法不同而有很大差异。石油焦根据焦化方法不同,一般可分为釜式焦、平炉焦、延迟焦、接触焦、硫化焦等。我国炭素工业使用的石油焦大部分是延迟焦。