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摘 要：通过对铝电解生产中产生碳渣的危害性研究，从铝电解生产中碳渣的产生入手，刻画出碳渣的存在会增加电能消耗、损坏电解两极、形成侧部漏电等关键问题，从三方面提出碳渣危害的有效解决措施，为提高铝电解生产的高质量、高效益提供理论参考。
关键词：铝电解 碳渣 危害性
中图分类号：X781.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）04（a）-0-01
1 铝电解生产中碳渣的危害
铝电解中的阳极碳块质量影响着电解产生，也影响着产品的质量。阳极碳块质量不达标，阳极上的碳粒还未来得及参与反应就脱落进入铝电解质溶液里面，受到电解质的冲蚀形成碳渣，这极大地影响着铝电解的生产。这些影响会导致电解能耗的增加，进而恶化铝电解的生产，缩短电解槽的寿命。
1.1 增加电能消耗
铝电解质溶液中碳渣在电解过程中会造成铝电解质溶液比电阻增大，降低了导电率，会影响电解质中电压降的升高，增加电能消耗，碳渣在铝电解质溶液中的含量极大地影响溶液的导电率。碳渣微粒要小于10 μm才不会影响铝电解的生产，碳渣颗粒的大小和导电率的作用成反比，由于碳和铝电解质溶液各自的导电性质不同，当电流通过其交界面时，将产生电位梯度，电位梯度的差值高于和碳粒直径同长度的铝电解质溶液电流通过路径上的电压降，碳粒在铝电解质溶液中不导电，也是一种绝缘体。因此，电解质的导电率和碳渣的多少有关。
1.2 损坏电解槽阴极
铝电解生产中如果出现大量的碳渣，势必会产生热槽，正常的电解槽中两极间的铝电解质溶液中含碳会使电压降升高，导致增加的电能不能为电解反应过程利用，它的消耗途径就必然只能转化成热量释放出来，这是电能转化为热能的结果，最终导致铝电解质溶液过热，使电解槽的温度上升，产生热槽。在铝电解质溶液中碳渣累积到过量浓度时会增大比电阻，产生严重影响，不仅使电解质电压降升高，还额外使电解槽两极间的电能增加，产生少量碳渣浪费电能，产生碳渣过量时会停止电解反应，损害电解槽的阴阳两极，导致阳极被氧化，阴极的破损速度加快，同时消耗氟化盐，对生产极为不利。
1.3 形成侧部漏电
铝电解质溶液中碳渣产生后在溶液表面大量漂浮着，导致电解质溶液水平过高，让阳极埋入电解质溶液中太深，导致阳极的气体无法排出，降低电流效率。当碳渣的数量越来越多，会与碳素阴阳两极组成电流通路，导致部分电流无法参与电解反应，这些电流积累过多，导致上口炉帮很难维持，电流顺着碳渣进入铝电解质的阴极，引起侧部漏电，严重时大量铝电解质溶液从碳块狭小的缝隙漏出，形成侧部漏炉。
2 铝电解生产中减少碳渣的途径
在铝电解的生产中电解槽会产生过量的碳渣会降低电流效率，会导致在电解铝时增加大量的电能消耗，这样不利于电解槽的工作。因此，为防止在铝电解生产中防止产生大量碳渣，可通过以下途径来解决。
2.1 保持适当电解质水平
碳块是否被氧化掉渣取决于铝电解质水平的高低，铝的导电性能高，铝电解质水平保持在19～21 cm之间为最佳，可使电解槽的阳极底部的热量散发出来，降低槽温形成坚实电解槽，提高电流效率。如果铝电解质溶液低于最佳水平会导致电解槽里蓄积的热量减少，使电解槽内的情况不稳定。如果电解质水平高于21 cm，甚至超过两天内要换的极的平面，这时±950度的电解质溶液会在碳块的表面循环流淌，会使保温量由固态熔化变成液态，加剧碳块表面氧化，极速增加碳渣的数量。因此，在铝电解生产中要保持适当的电解质水平才能适度减少碳渣。
2.2 使用高品质预焙碳块
铝电解质生产中使用的碳块质量不合格，容易脱落碳粒形成碳渣。这就需要在铝电解质生产中使用高品质的预焙碳块，可以使用碳块侧面与底面的过渡角为圆弧状的无下棱碳块，这种碳块抗冲刷力，从而减少碳渣的产生，稳定铝电解质溶液生产，能降低能耗并且提高电效。在铝电解生产中使用无下棱碳块，不仅减少碳渣，减少电解槽的电阻，还可以降低槽电压，提高电能消耗0.5%以上。为防止铝电解质溶液中阳极的消耗，就必须使用高品质的预焙碳块，提高碳材料的机械强度及抗氧化性能，减少阳极被氧化和碳块脱落。
2.3 选用优质阴极碳块
铝电解生产中选用优质的阴极碳块也尤为重要，阴极碳块分为无定形碳块，石墨化碳块，半石墨化碳块，半石墨质碳块四种。其中石墨化碳块导电性能最好，虽然它不耐磨，但是从它的优点所能取得的经济效益来看，石墨化碳块是最佳选择。针对石墨化碳块不耐磨的缺点，可以在碳块上喷涂一层二硼化钛，便可延长碳块的寿命。在铝电解生产中要想有效抵抗铝电解质溶液的侵蚀，承受铝液的冲刷，减少碳渣产生，只有选用优质的阴极碳块和高质量的底部碳块，才能达到理想的效果，提升铝电解生产的高效。优质的阴极碳块和劣质的阴极碳块性能的重要差别在于电解膨胀率，优质阴极碳块的电解膨胀率小。这样当阴极碳块在铝电解生产中所接触的材料强度应小于阴极碳块的强度，可以缓冲应力，保护阴极碳块，这对于优质碳块来说并没什么影响。因此在铝电解生产中选用优质阴极碳块是必然的方式，要高度重视阴极碳块的质量并且要对其进行择优选择，这不仅能提高铝电解生产的效率，还能提高电能利用效率，延长电解槽的寿命。
2.4 在电解过程中选用低温操作
由于铝的二次反应也是产生碳渣的一个原因，所以在电解生产过程中就要减少二次反应的发生。在生产操作中要保持低电压，低氧化铝浓度，低分子比，低温度高极距，从而保证电解生产在较低的稳定的温度下进行，提高了电流效率，减少了铝的二次反应损失，从而减少了碳渣的生成。
3 结语
在现目前的工业铝电解生产中所用的电解槽的阴阳两极都是由碳材料组成，因此在铝电解生产中不可避免地会产生碳渣。为解决铝电解生产中产生碳渣的危害性，就必须在铝电解生产中通过保持适当电解质水平、使用高品质预焙碳块、选用优质阴极碳块等途径来减少碳渣，从而提高铝电解生产的高质量，减少铝电解生产中产生碳渣，保证铝的最大利用化。
参考文献
[1] 王平甫，刘凤琴，童春秋，等.铝电解槽炭阳极氧化掉渣裂纹掉块的危害和影响因素[J].轻金属，2002（3）.
[2] 陈喜平，赵淋，罗钟生.回收铝电解炭渣中电解质的研究[J].轻金属，2009（12）.
[3] 黄英科，肖辉照，彭德泉.铝电解质熔液中碳渣的形成和分布及其分离措施[J].轻金属，1994（10）.
[4] 李景江，邱竹贤，田作平.工业铝电解槽内铝液和电解质的对流[J].有色金属（冶炼部分），2004（1）.
关键词：铝电解 碳渣 危害性
中图分类号：X781.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）04（a）-0-01
1 铝电解生产中碳渣的危害
铝电解中的阳极碳块质量影响着电解产生，也影响着产品的质量。阳极碳块质量不达标，阳极上的碳粒还未来得及参与反应就脱落进入铝电解质溶液里面，受到电解质的冲蚀形成碳渣，这极大地影响着铝电解的生产。这些影响会导致电解能耗的增加，进而恶化铝电解的生产，缩短电解槽的寿命。
1.1 增加电能消耗
铝电解质溶液中碳渣在电解过程中会造成铝电解质溶液比电阻增大，降低了导电率，会影响电解质中电压降的升高，增加电能消耗，碳渣在铝电解质溶液中的含量极大地影响溶液的导电率。碳渣微粒要小于10 μm才不会影响铝电解的生产，碳渣颗粒的大小和导电率的作用成反比，由于碳和铝电解质溶液各自的导电性质不同，当电流通过其交界面时，将产生电位梯度，电位梯度的差值高于和碳粒直径同长度的铝电解质溶液电流通过路径上的电压降，碳粒在铝电解质溶液中不导电，也是一种绝缘体。因此，电解质的导电率和碳渣的多少有关。
1.2 损坏电解槽阴极
铝电解生产中如果出现大量的碳渣，势必会产生热槽，正常的电解槽中两极间的铝电解质溶液中含碳会使电压降升高，导致增加的电能不能为电解反应过程利用，它的消耗途径就必然只能转化成热量释放出来，这是电能转化为热能的结果，最终导致铝电解质溶液过热，使电解槽的温度上升，产生热槽。在铝电解质溶液中碳渣累积到过量浓度时会增大比电阻，产生严重影响，不仅使电解质电压降升高，还额外使电解槽两极间的电能增加，产生少量碳渣浪费电能，产生碳渣过量时会停止电解反应，损害电解槽的阴阳两极，导致阳极被氧化，阴极的破损速度加快，同时消耗氟化盐，对生产极为不利。
1.3 形成侧部漏电
铝电解质溶液中碳渣产生后在溶液表面大量漂浮着，导致电解质溶液水平过高，让阳极埋入电解质溶液中太深，导致阳极的气体无法排出，降低电流效率。当碳渣的数量越来越多，会与碳素阴阳两极组成电流通路，导致部分电流无法参与电解反应，这些电流积累过多，导致上口炉帮很难维持，电流顺着碳渣进入铝电解质的阴极，引起侧部漏电，严重时大量铝电解质溶液从碳块狭小的缝隙漏出，形成侧部漏炉。
2 铝电解生产中减少碳渣的途径
在铝电解的生产中电解槽会产生过量的碳渣会降低电流效率，会导致在电解铝时增加大量的电能消耗，这样不利于电解槽的工作。因此，为防止在铝电解生产中防止产生大量碳渣，可通过以下途径来解决。
2.1 保持适当电解质水平
碳块是否被氧化掉渣取决于铝电解质水平的高低，铝的导电性能高，铝电解质水平保持在19～21 cm之间为最佳，可使电解槽的阳极底部的热量散发出来，降低槽温形成坚实电解槽，提高电流效率。如果铝电解质溶液低于最佳水平会导致电解槽里蓄积的热量减少，使电解槽内的情况不稳定。如果电解质水平高于21 cm，甚至超过两天内要换的极的平面，这时±950度的电解质溶液会在碳块的表面循环流淌，会使保温量由固态熔化变成液态，加剧碳块表面氧化，极速增加碳渣的数量。因此，在铝电解生产中要保持适当的电解质水平才能适度减少碳渣。
2.2 使用高品质预焙碳块
铝电解质生产中使用的碳块质量不合格，容易脱落碳粒形成碳渣。这就需要在铝电解质生产中使用高品质的预焙碳块，可以使用碳块侧面与底面的过渡角为圆弧状的无下棱碳块，这种碳块抗冲刷力，从而减少碳渣的产生，稳定铝电解质溶液生产，能降低能耗并且提高电效。在铝电解生产中使用无下棱碳块，不仅减少碳渣，减少电解槽的电阻，还可以降低槽电压，提高电能消耗0.5%以上。为防止铝电解质溶液中阳极的消耗，就必须使用高品质的预焙碳块，提高碳材料的机械强度及抗氧化性能，减少阳极被氧化和碳块脱落。
2.3 选用优质阴极碳块
铝电解生产中选用优质的阴极碳块也尤为重要，阴极碳块分为无定形碳块，石墨化碳块，半石墨化碳块，半石墨质碳块四种。其中石墨化碳块导电性能最好，虽然它不耐磨，但是从它的优点所能取得的经济效益来看，石墨化碳块是最佳选择。针对石墨化碳块不耐磨的缺点，可以在碳块上喷涂一层二硼化钛，便可延长碳块的寿命。在铝电解生产中要想有效抵抗铝电解质溶液的侵蚀，承受铝液的冲刷，减少碳渣产生，只有选用优质的阴极碳块和高质量的底部碳块，才能达到理想的效果，提升铝电解生产的高效。优质的阴极碳块和劣质的阴极碳块性能的重要差别在于电解膨胀率，优质阴极碳块的电解膨胀率小。这样当阴极碳块在铝电解生产中所接触的材料强度应小于阴极碳块的强度，可以缓冲应力，保护阴极碳块，这对于优质碳块来说并没什么影响。因此在铝电解生产中选用优质阴极碳块是必然的方式，要高度重视阴极碳块的质量并且要对其进行择优选择，这不仅能提高铝电解生产的效率，还能提高电能利用效率，延长电解槽的寿命。
2.4 在电解过程中选用低温操作
由于铝的二次反应也是产生碳渣的一个原因，所以在电解生产过程中就要减少二次反应的发生。在生产操作中要保持低电压，低氧化铝浓度，低分子比，低温度高极距，从而保证电解生产在较低的稳定的温度下进行，提高了电流效率，减少了铝的二次反应损失，从而减少了碳渣的生成。
3 结语
在现目前的工业铝电解生产中所用的电解槽的阴阳两极都是由碳材料组成，因此在铝电解生产中不可避免地会产生碳渣。为解决铝电解生产中产生碳渣的危害性，就必须在铝电解生产中通过保持适当电解质水平、使用高品质预焙碳块、选用优质阴极碳块等途径来减少碳渣，从而提高铝电解生产的高质量，减少铝电解生产中产生碳渣，保证铝的最大利用化。
参考文献
[1] 王平甫，刘凤琴，童春秋，等.铝电解槽炭阳极氧化掉渣裂纹掉块的危害和影响因素[J].轻金属，2002（3）.
[2] 陈喜平，赵淋，罗钟生.回收铝电解炭渣中电解质的研究[J].轻金属，2009（12）.
[3] 黄英科，肖辉照，彭德泉.铝电解质熔液中碳渣的形成和分布及其分离措施[J].轻金属，1994（10）.
[4] 李景江，邱竹贤，田作平.工业铝电解槽内铝液和电解质的对流[J].有色金属（冶炼部分），2004（1）.