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摘要：在实际的铝电解过程中，存在较为严重的炭素阳极消耗问题，导致原铝的生产成本升高。基于此，笔者查阅大量文献资料，从电解铝炭素阳极的消耗原理入手，对炭素阳极消耗的影响因素进行了评述，主要的影响因素为温度（包括阳极焙烧温度、石油焦煅烧温度以及电解槽操作温度）、阳极杂质（包括硫杂质、金属杂质以及残极与灰分）以及电流密度，以期为相关研究提供参考。
关键词：电解铝；炭素阳极；电化学
前言：
对于铝电解槽而言，阳极主要包括自焙阳极以及预焙阳极这两种，这两者均为炭素阳极。从理论角度而言，在电解铝的过程中，炭素阳极的消耗是363kg/t-A1，也可以看做是334/CE，这里的CE主要是指电流效率。但是在实际的生产过程中，炭素阳极的消耗要远远高于理论值，为铝工业的生产发展造成了不利影响。因此，对于电解铝炭素阳极的研究是很有必要的。
1.电解铝炭素阳极消耗原理分析
铝在电解的过程中，会受到强大直流电的作用，使得原料氧化铝能够在高温熔岩体系中分解为氧离子以及铝离子。在阴极附近，因为铝离子的富集而形成铝液；在阳极附近，氧离子能够和碳离子生成二氧化碳或者一氧化碳，并将其以气体的形式排出。在这一过程中，阳极炭块会受到多种因素的影响，导致阳极消耗。具体而言，阳极消耗的原理如下：
第一，布多尔反应消耗，布多尔反应主要是指炭阳极与阳极反应产物（即二氧化碳）的反应，可以使用“C02+C=2C0”这一化学方程式表示。当体系温度大于930℃时，铝电解产生的二氧化碳会向炭阳极的内部进行渗透，在炭阳极内部反应生成一氧化碳，从而导致炭素阳极消耗。相关研究数据表明，布多尔反应消耗导致的炭块消耗约占总炭块消耗的2wt%10wt%，如果炭素阳极为自焙阳极，这一比例最高可达18wt%。
第二，电化学法反应消耗，在炭素阳极消耗中，大多数都是由电化学反应通过直接消耗方式消耗的。在铝电解的过程中，阳极附近富集的含氧络合离子会出现放电现象，从而与炽热的炭素阳极发生反应，产生二氧化碳。电化学反应导致的炭素阳极消耗属于正常消耗。
第三，空气燃烧消耗，一般来说，空气燃烧消耗反应大都在阳极的顶部或者阳极暴露的侧面发生，生成二氧化碳以及一氧化碳。在预赔阳极顶部发生燃烧反应时，温度能够从200℃上升到700℃，一氧化碳和二氧化碳的比例也会随着温度的增加而增加。相关数据研究表明，空气燃烧消耗导致的炭块消耗约占总炭块消耗的8wt%-30wt%，预焙阳极的比例约为10wt%，如果阳极的质量比较差，这一数值可能会超过30wt%。
第四，炭渣消耗，因为炭渣引起的电解铝炭素阳极消耗是机械消耗，其消耗原理如下：粘结剂沥青具备较大的结焦活性，在反应过程中会被优先氧化，使得大块的骨料焦粒聚集在阳极表面，在电解质与重力的双重作用下，骨料焦粒会从阳极脱离，从而形成炭渣。相关数据研究表明，炭渣导致的阳极炭块消耗约占总炭块消耗的1wt%-10wt%。
2.电解铝炭素阳极消耗影响分析
2.1温度的影响
第一，阳极焙烧温度。相关实验研究表明，在850℃-1300℃这一范围内，阳极焙烧温度每增加100℃，炭素阳极的消耗就会降低几个百分点。在阳极焙烧温度增加到一定数值以前，反应活性会随着温度的增加而降低，但是当达到这一数值时，反应活性则会升高。这里的反应活性是指阳极反应活性以及空气反应活性两者都会受到阳极焙烧温度的影响，使得炭素阳极消耗有所不同。
第二，石油焦煅烧温度。在铝电解的过程中，煅烧温度的增加会影响石油焦的活性，影响的效果则由石油中杂质的含量与种类所决定，比如，金属杂质能够作为氧化反应的催化剂；硫和磷杂质则会降低石油焦的活性。煅烧温度的变化通过对杂质影响而影响石油焦。
第三，电解槽操作温度。一般来说，电解槽操作温度的增加，会导致炭素阳极消耗增加。在970℃-103℃的范围内，电解槽操作温度每增加10℃，炭素阳极消耗就会增加2%。根据实验室阳极试样的相关研究表明，当炭素阳极的温度从950℃增加到1000℃的时候，二氧化碳的生成速率增加了近50%，大大增加了炭素阳极的消耗。
2.2阳极杂质的影响
第一，硫。在炭素阳极中，含有大量的硫杂质，硫在铝电解过程中不仅会导致炭素阳极消耗，还会导致大气污染和车间腐蚀等问题。相关实验研究与工业试验支出，当硫杂质的含量处于1wt%4wt%时，炭素阳极消耗会随着硫杂质的增加而降低，这是因为硫杂质能够促进沥青产焦。但是当硫杂质的含量大于4wt%时，硫杂质含量的提高会导致炭素阳极消耗的增加。
第二，金属杂质。一般来说，金属杂质能够催化炭素阳极的氧化反应，比如，V与Ni可以看做是C/02反应的强催化剂；Na与Fe则对C/C02反应有强催化效果。但是要想明确某种金属杂质的影响规律是由一定的难度的，因为其他杂质对炭素阳极消耗造成的影响，很容易将研究杂质的影响效果覆盖，影响实验结果的正确性。比如，V和Na以及V、Fe和Cu的协同作用。但是总的来说，金属杂质的存在会导致炭素阳极消耗增加。
第三，残极与灰分。Rheydey学者在实验过程中，发现残极添加量处于0-25%的范围内，炭素阳极消耗会随着残极添加量的提高而增加，残极添加量每增加1%，炭素阳极消耗就会加大0.25%；而研究学者Ssdler指出，残极添加量处于0-40%范围内，对炭素阳极消耗的影响非常小，当残极添加量每增加1%，炭素阳极消耗仅能够增大0.02%。出现这种现象的原因在于两名研究学者应用的残极来源以及残极的处理方式与添加方式有所差异。对于灰分而言，当其含量在0.1%-1.3%时，不会对炭素阳极消耗造成影响，在这一范围以外，炭素阳极消耗会随着灰分含量的提高而增大。
2.3电流密度的影响
炭素阳极的电流密度和炭素阳极的消耗息息相关，相关研究表明，在电流密度低于0.1A/cm3的时候，阳极消耗反应产生的气体主要为一氧化碳；在单溜密度超过0.3A/cm3的时候，阳极消耗反应产生的气体主要是二氧化碳。但是也有研究学者指出，在一定的電流密度下，炭素阳极消耗可以达到最低。Revazyan学者指出这时的电流密度在0.94A/cm3-1.03A/cm3之间，而Smodrodinov指出最优电流密度在0.8A/cm3-0.9A/cm3之间。这种现象出现的原因在于：较低的电流密度下，炭素阳极反应生成的一氧化碳含量有所增加，导致炭素阳极消耗增加。
另外，在炭素阳极的小号中，阳极存在的选择性氧化特征会增加炭渣的含量，导致炭素阳极总消耗量的增加，随着电流密度的极大，炭素阳极的消耗也会更加平均，炭渣的含量逐渐降低，再加上阳极气体中一氧化碳含量的降低，导致炭素阳极的消耗和电流密度呈负相关关系。
结论：
综上所述，炭素阳极会与空气或者二氧化碳发生反应，从而导致炭素阳极消耗，不利于电解铝的正常生产。通过本文的分析可知，炭素阳极消耗会受到多种因素的影响，技术人员需要加强技术的研发，进一步优化阳极制各过程以及电解铝的生产条件，降低炭素阳极消耗，为原铝生产厂家节约生产成本。本文的分析仍旧存在不足，仅供参考。
关键词：电解铝；炭素阳极；电化学
前言：
对于铝电解槽而言，阳极主要包括自焙阳极以及预焙阳极这两种，这两者均为炭素阳极。从理论角度而言，在电解铝的过程中，炭素阳极的消耗是363kg/t-A1，也可以看做是334/CE，这里的CE主要是指电流效率。但是在实际的生产过程中，炭素阳极的消耗要远远高于理论值，为铝工业的生产发展造成了不利影响。因此，对于电解铝炭素阳极的研究是很有必要的。
1.电解铝炭素阳极消耗原理分析
铝在电解的过程中，会受到强大直流电的作用，使得原料氧化铝能够在高温熔岩体系中分解为氧离子以及铝离子。在阴极附近，因为铝离子的富集而形成铝液；在阳极附近，氧离子能够和碳离子生成二氧化碳或者一氧化碳，并将其以气体的形式排出。在这一过程中，阳极炭块会受到多种因素的影响，导致阳极消耗。具体而言，阳极消耗的原理如下：
第一，布多尔反应消耗，布多尔反应主要是指炭阳极与阳极反应产物（即二氧化碳）的反应，可以使用“C02+C=2C0”这一化学方程式表示。当体系温度大于930℃时，铝电解产生的二氧化碳会向炭阳极的内部进行渗透，在炭阳极内部反应生成一氧化碳，从而导致炭素阳极消耗。相关研究数据表明，布多尔反应消耗导致的炭块消耗约占总炭块消耗的2wt%10wt%，如果炭素阳极为自焙阳极，这一比例最高可达18wt%。
第二，电化学法反应消耗，在炭素阳极消耗中，大多数都是由电化学反应通过直接消耗方式消耗的。在铝电解的过程中，阳极附近富集的含氧络合离子会出现放电现象，从而与炽热的炭素阳极发生反应，产生二氧化碳。电化学反应导致的炭素阳极消耗属于正常消耗。
第三，空气燃烧消耗，一般来说，空气燃烧消耗反应大都在阳极的顶部或者阳极暴露的侧面发生，生成二氧化碳以及一氧化碳。在预赔阳极顶部发生燃烧反应时，温度能够从200℃上升到700℃，一氧化碳和二氧化碳的比例也会随着温度的增加而增加。相关数据研究表明，空气燃烧消耗导致的炭块消耗约占总炭块消耗的8wt%-30wt%，预焙阳极的比例约为10wt%，如果阳极的质量比较差，这一数值可能会超过30wt%。
第四，炭渣消耗，因为炭渣引起的电解铝炭素阳极消耗是机械消耗，其消耗原理如下：粘结剂沥青具备较大的结焦活性，在反应过程中会被优先氧化，使得大块的骨料焦粒聚集在阳极表面，在电解质与重力的双重作用下，骨料焦粒会从阳极脱离，从而形成炭渣。相关数据研究表明，炭渣导致的阳极炭块消耗约占总炭块消耗的1wt%-10wt%。
2.电解铝炭素阳极消耗影响分析
2.1温度的影响
第一，阳极焙烧温度。相关实验研究表明，在850℃-1300℃这一范围内，阳极焙烧温度每增加100℃，炭素阳极的消耗就会降低几个百分点。在阳极焙烧温度增加到一定数值以前，反应活性会随着温度的增加而降低，但是当达到这一数值时，反应活性则会升高。这里的反应活性是指阳极反应活性以及空气反应活性两者都会受到阳极焙烧温度的影响，使得炭素阳极消耗有所不同。
第二，石油焦煅烧温度。在铝电解的过程中，煅烧温度的增加会影响石油焦的活性，影响的效果则由石油中杂质的含量与种类所决定，比如，金属杂质能够作为氧化反应的催化剂；硫和磷杂质则会降低石油焦的活性。煅烧温度的变化通过对杂质影响而影响石油焦。
第三，电解槽操作温度。一般来说，电解槽操作温度的增加，会导致炭素阳极消耗增加。在970℃-103℃的范围内，电解槽操作温度每增加10℃，炭素阳极消耗就会增加2%。根据实验室阳极试样的相关研究表明，当炭素阳极的温度从950℃增加到1000℃的时候，二氧化碳的生成速率增加了近50%，大大增加了炭素阳极的消耗。
2.2阳极杂质的影响
第一，硫。在炭素阳极中，含有大量的硫杂质，硫在铝电解过程中不仅会导致炭素阳极消耗，还会导致大气污染和车间腐蚀等问题。相关实验研究与工业试验支出，当硫杂质的含量处于1wt%4wt%时，炭素阳极消耗会随着硫杂质的增加而降低，这是因为硫杂质能够促进沥青产焦。但是当硫杂质的含量大于4wt%时，硫杂质含量的提高会导致炭素阳极消耗的增加。
第二，金属杂质。一般来说，金属杂质能够催化炭素阳极的氧化反应，比如，V与Ni可以看做是C/02反应的强催化剂；Na与Fe则对C/C02反应有强催化效果。但是要想明确某种金属杂质的影响规律是由一定的难度的，因为其他杂质对炭素阳极消耗造成的影响，很容易将研究杂质的影响效果覆盖，影响实验结果的正确性。比如，V和Na以及V、Fe和Cu的协同作用。但是总的来说，金属杂质的存在会导致炭素阳极消耗增加。
第三，残极与灰分。Rheydey学者在实验过程中，发现残极添加量处于0-25%的范围内，炭素阳极消耗会随着残极添加量的提高而增加，残极添加量每增加1%，炭素阳极消耗就会加大0.25%；而研究学者Ssdler指出，残极添加量处于0-40%范围内，对炭素阳极消耗的影响非常小，当残极添加量每增加1%，炭素阳极消耗仅能够增大0.02%。出现这种现象的原因在于两名研究学者应用的残极来源以及残极的处理方式与添加方式有所差异。对于灰分而言，当其含量在0.1%-1.3%时，不会对炭素阳极消耗造成影响，在这一范围以外，炭素阳极消耗会随着灰分含量的提高而增大。
2.3电流密度的影响
炭素阳极的电流密度和炭素阳极的消耗息息相关，相关研究表明，在电流密度低于0.1A/cm3的时候，阳极消耗反应产生的气体主要为一氧化碳；在单溜密度超过0.3A/cm3的时候，阳极消耗反应产生的气体主要是二氧化碳。但是也有研究学者指出，在一定的電流密度下，炭素阳极消耗可以达到最低。Revazyan学者指出这时的电流密度在0.94A/cm3-1.03A/cm3之间，而Smodrodinov指出最优电流密度在0.8A/cm3-0.9A/cm3之间。这种现象出现的原因在于：较低的电流密度下，炭素阳极反应生成的一氧化碳含量有所增加，导致炭素阳极消耗增加。
另外，在炭素阳极的小号中，阳极存在的选择性氧化特征会增加炭渣的含量，导致炭素阳极总消耗量的增加，随着电流密度的极大，炭素阳极的消耗也会更加平均，炭渣的含量逐渐降低，再加上阳极气体中一氧化碳含量的降低，导致炭素阳极的消耗和电流密度呈负相关关系。
结论：
综上所述，炭素阳极会与空气或者二氧化碳发生反应，从而导致炭素阳极消耗，不利于电解铝的正常生产。通过本文的分析可知，炭素阳极消耗会受到多种因素的影响，技术人员需要加强技术的研发，进一步优化阳极制各过程以及电解铝的生产条件，降低炭素阳极消耗，为原铝生产厂家节约生产成本。本文的分析仍旧存在不足，仅供参考。