巨军
青海省投资集团百河铝业有限责任公司 青海西宁 810000
摘要：中国正处于城市化时期，对铝的消费潜力巨大。目前，铝冶炼企业的成本很高。近年来除环境恶化外，环保要求也越来越高，铝冶炼企业的生产成本也在增加。因此，不断采用新的技术手段来改善现有生产工艺、减少铝冶炼每吨生产能耗、劳动生产率提高、废气和粉尘排放量的减少是各家公司的方向。在铝电解化学反应和生产实践中，阳极区域会产生特殊的阳极效应现象，即在电解生产过程中，阳极电流高于临界电流时会出现阳极效应现象。主要危害主要有：一是对生产的危害；其次，对环境的危害；三是增加生产成本。在电解铝生产企业中，阳极效应系数是生产评估的重要指标之一。本文对铝电解阳极效应进行研究，并研究其危害，分析降低危害的有效措施。
关键词：铝电解；阳极效应；危害；措施
1、阳极效应发生的机理
阳极效应是熔盐电解中固有的特征现象。阳极效应可以看作是一种“阻塞效应”，它很大程度上阻碍了阳极与熔体之间的电流传递。阳极效应的机理及其反应过程可以用各种方式描述，如湿润性变化理论、阳极过程变化理论、氟离子释放理论以及静电理论等。然而，每一种理论都表明，铝电解电池的阳极效应是由于阳极表面供应不足造成的。缺乏阳极表面供应的主要原因：一是氧化铝供应不足（数量少），二是电解质溶解和溶解氧化铝的能力，三是缺乏电解质转移能力（电解质粘稠）。因此，从理论上讲，只要我们保持阳极表面充足，就可以控制阳极效应。在实际生产中，很多效应发生是因为氧化铝供给不足或电解质溶解氧化铝能力偏差引起的。
2、阳极效应危害
在铝电解生产中阳极效应的危害性，不仅表现在对生产的危害上，而且对生态环境的危害极其严重。笔者将从几个方面进行阐述。
2.1 阳极效应危害性对生产的危害
在生产中发生阳极效应时，电解液的温度急剧上升，从正常范围的940℃至955℃迅速上升到980℃至990℃，并且炉子熔化变薄，这增加了侧面碳块腐蚀的可能性。电压急剧上升引起一系列电流波动，影响电池的输出功率。增加功耗。生产中熄灭阳极效应的方法是：将效应棒（直径约2至3米，直径2至4直径）放入铝液中，燃烧棒去除阳极底部的气膜，清洗实际燃烧的阳极底部。铝浴持续约3-5分钟。此时，电解的电化学过程停止。这就是为什么电解工人经常说“效果时间不是铝生产，而且还是电能消耗”。因此造成铝液的严重损失。
以本企业500KA中间下料预焙槽为例：效应系数0.08次/槽日，效应时间5min，电流效率92%，一个阳极效应少产原铝：80×0.3355×5÷60=2.23kg，吨铝电耗增加158kwh，
这种能量在生产中大多转化为热能，使电解槽极距间温度急剧升高，进而向阳极四周传导，使的电解槽温度升高，引起电解质中氟化铝的大量挥发。以我公司电解槽为例：一个效应时间5min，分子比平均上升0.1。氟化铝大约损失10～20kg。
2.2 阳极效应对森林的危害
当前国内铝电解生产飞速发展，2013年底已突破240万吨，已成为世界第一产铝国，效应棒的使用急剧增加。如不得到控制，必然会给森林带来严重破坏。
以下列数据为例，阳极效应系数控制为0.08次/槽日，每月336槽日，共10416×0.08=833个效应 。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而日常熄灭一个效应大约需要2～3根效应棒，以3根计算每月需要833×3=2499根效应棒，以每捆30根计算一年大约需要2499÷30×12=1000捆再加上抬大母线、压负荷等因素，一年需要大约1200～1500捆。
目前各家铝厂效应棒基本是由市场来供应的，一些人为了谋取个人利益，乱砍甚至偷砍树木做成铝电解要求的效应棒卖给电解铝厂，因此铝电解阳极效应棒使用的急剧增加，必然助长一些人谋取个人利益，乱砍乱伐树木的行为，这将给国家森林带来一场灾难。
3、控制阳极效应发生的具体措施
3.1保证槽内原料的及时补充
电解质中氧化铝的含量是诱发阳极效应发生的关键要素。实现氧化铝的有效补充，氧化铝控制策略优化、氧化铝供配料方式优化、打壳下料机构的适时维护、氧化铝砂状含量的比例控制等都是在生产中要密切注意的内容。对氧化铝浓度的控制是通过分析电解质电阻变化引起的槽电压变化，进而控制槽电压来实现的。一般的控制策略下，物料平衡与能量平衡之间是存在缺陷的：在氧化铝投入量加大时控制电压是下降的，并且在电解质中氧化铝浓度达到最大时控制电压达到最小值。由于客观限制，解决这一缺陷是困难的。实际生产中，要对净化系统投料工艺、超浓相输送系统输送进行不断优化，针对氧化铝状况进行调整，避免出现载氟不均匀、结块、结渣等影响输送。为避免卡锤头、堵料、冒料、下料器漏料和不下料等影响生产，要指定专门人员通过及时分析电压与下料曲线过欠量的关系，经常进行现场巡查，及时发现问题并迅速处理。
3.2改善技术条件，优化控制程序
槽的技术条件彼此不同。有必要通过不断的实践探索槽底不同阶段的技术条件之间的匹配关系，寻求最佳技术条件来保持范围，并有助于降低效应系数。控制方案随着电解铝生产的不断发展而逐步升级。从最初的简单物料控制到浓度控制，物料平衡和能量平衡控制，控制程序逐渐科学化、智能化、人性化、操作界面更加友好。通过优化控制程序，物料平衡和能量平衡电解槽的阳极效应系数可以降低。阳极条件也是控制阳极效应的一个环节。阳极条件分为两个方面：阳极物理化学性质和阳极表面状态。阳极的物理化学性质直接影响阳极渣的滴落，阳极的消耗异常等，从而成为阳极效应的起因之一。因此，在生产中有必要使用高品质的阳离子。
3.3改变管理理念，经济效益与环保效益并重
放弃过去对电解槽优缺点的错误认识，追求零效系数管理的理念。传统的概念是阳极效应具有消耗炉沉淀、清洗阳极底部以及确定电解槽的冷态和热态的功能。大型预焙电解槽采用点式定容供料方式，炉底沉淀少，单个阳极底部手掌面积小，碳渣易放电，可采集测量特性很多参数对电解槽热平衡和炉膛损害的阳极效应是严重的，因此我们必须建立一个零效应控制的概念。通过培训员工的操作技能和操作方法，使之具备监测电压曲线、处理下料系统异常、及时发现设备异常情况等的能力，确保基础管理。
4、结语
在当今电解铝产能严重过剩，铝成本竞争日益激烈的情况下，对于提高产能的任何举措，都要通过技术手段进行合理论证，进行实际试验，指导实际生产，降低效应系数，不但促进环保，还能极大降低生产成本，提高生产效率，降低能耗。
参考文献：
[1]周凯波,余登志,曹斌,郭四海,王紫千,林志凯.基于广义回归网络的铝电解阳极效应预报[J].控制工程,2017,24(09):1756-1762.
[2]王克,高连山,彭庆勇.铝电解阳极效应的危害及控制[J].中国有色金属,2012(14):68-69.
[3]李钊,李前飞,陈光恒,龙昌红,矣洪平.浅析铝电解生产“零效应”控制的必要性与措施[J].云南冶金,2010,39(S1):37-39.
[4]曾水平.铝电解过程阳极效应预测[J].冶金自动化,2008(05):7-10.
论文作者:巨军
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/20
标签：阳极论文; 效应论文; 氧化铝论文; 电解槽论文; 电解质论文; 铝电解论文; 系数论文; 《防护工程》2018年第10期论文;