毕业设计（论文）阳极效应以及碳渣对铝电解生产的影响.doc

山西机电职业技术学院机械工程系毕业设计说明书课题：阳极效应以及碳渣对铝电解生产的影响专 业： 机械制造与自动化 班 级： 机制07116班 姓 名： 学 号： 27110308 指导教师： 实践单位： 山东魏桥创业集团 摘要分析了阳极效应以及碳渣对铝电解生产的影响，重点对阳极效应发生时的一些现象和铝电解质中碳渣的形成过程及危害进行深入浅出的讨论，并对如何优化控制一定的阳极效应、实现高产低耗及减少碳渣的措施作了探讨关键词：阳极效应；机理；影响；电流效率；电耗ABSTRACTAnalysis of the anode effect, and carbon residue on the production of aluminum, with emphasis on the anode effect occurs, some of the phenomena and aluminum electrolyte formation of carbon residue and the hazards discussed in simple terms, and how to optimize the control of some of the anode effect, to achieve low consumption and high carbon residue reduction measures were discussed.Key words: rectangular slot; splitting extrusion; orthogonal test design 目录第1章 阳极效应的原理及简介 11.1 阳极效应发生机理简介 11.2 阳极效应对电耗的影响 31.2.1 效应平均分摊电压的计算 31.2.2 效应使电耗升高值△w的计算 41.3 阳极效应对电流效率的影响 41.4 阳极效应对系列电解的影响 6第2章 阳极效应危害分析及控制 72.1 阳极效应的危害 72.1.1 阳极效应危害性对生产的危害 72.1.2 阳极效应对环境的危害 72.1.3 阳极效应对森林的危害 82.2 控制阳极效应的条件分析 92.3 阳极质量 92.4 氧化铝的质量 102.5 控制阳极效应的途径 102.6 分析手续 11第3章 碳渣对电解生产的危害 123.1 碳渣的产生 123.2 碳渣对电解过程的危害 133.3 减少碳渣的途径 13第4章 结论 14参考文献 15第1章 阳极效应的原理及简介阳极效应是熔盐铝电解发生在阳极上的一种特殊现象。

发生阳极效应时的电流密度叫做临界电流密度D D 的大小与许多因素有关， 如熔盐性质、表面活性离子的存在 阳极材料 温度等等 不同盐类、在不同条件下，其D 值不同 当电流密度D>D 时，便发生阳极效应其实所有的导电体都存在D ，如通电导体、电子元件都存在这样一个能使导体烧毁的D 有人称为烧毁电流密度就是在水溶液电解中， 当电流密度超过某一值时，也会发生类似于阳极效应的特殊现象白Hall-Heroult法炼铝发明以来，对铝电解生产中阳极效应的研究很多，许研究成果从各个方面解释了阳极效应发生的现象，但也还存在一些问题有待作更深一步的研究铝电解生产的阳极效应，常出现下列现象：(1)槽电压升高， 少则十几伏，一般在30～50伏， 多则高达100伏并同时波及到系列的其它槽子， 使得不来效应的槽子工作电压下降(一般在0．2～0 3伏)，整个系列电流下降(大约在800～1500安)2) 电解质停止沸腾， 火苗呈黄色而且飘逸无力，挥发大量白色烟雾(主要是氟化盐、CF 、CO和CO，等)， 十分呛人效应时间越长， 挥发烟气越大3)阳极周边出现不连续电火花(气体不连续电离产生等离子体)，并伴有轻微的气体放电的劈啪声。

铝电解阳极效应已被公认为是铝电解槽正常生产的一个重要信息反馈，因为只有不产铝的病槽才永远不会来效应在实际生产中，别特殊情况下的槽子采用人为办法让槽子发生阳极效应， 以提高其免疫能力(防止转化成病槽)是十分可行而又很有用的办法阳极效应在铝电解中扮演着重要角色， 当然也有其十分不利的一面1.1 阳极效应发生机理简介随着电解过程的进行，当熔解在电解质中的氧化铝浓度(重量)达到1％ ～2％ 时，阳极电流密度(指阳极与电解质界面)超过临界电流密度， 电解槽开始来效应阳极效应发生的机理存在四种学说：湿润性学说，阳极过程改变学说，静电引力学说以及综合观点湿润性学说认为阳极效应发生是由于电解质中能降低其在碳阳极表面的界面张力的表面活性物质一氧化铝浓度过低而造成的当氧化铝浓度较高时(重量2％ ～10％)， 电解质在碳阳极上的表面张力小，能很好地湿润阳极，电流在整个界面上分布均匀，电解产生的气泡受解质排挤， 以小气泡形式逸出当氧化铝浓度低时， 阳极界面张力增大， 电解质不能润湿阳极，不能排挤气泡，气泡在阳极底掌呈现连成一片的气体膜层，使得通过阳极的电流分布不均，并造成局部电流密度过大，而导致气体不连续放电产生阳极效应。

阳极过程改变学说认为： 在电解生产中，电解质中含氧离子逐渐减少， 到一定程度时，便有氟析出，析出的氟与阳极碳发生作用生成四氟化碳，使阳极表面崩碎，在阳极周围析出一层细微的炭粒，附在阳极上阻止电解质润湿阳极而导致阳极效应当熔人新的氧化铝后，电解质中氧离子浓度增加，氧离子优先与炭粒化台，消除阳极表面的炭粒而使效应熄灭静电引力学说认为， 阳极气体所带电荷的改变是发生阳极效应的原因在氧化铝浓度高的电解质里， 气泡带正电，故被阳极排斥，并以小气泡的形态脱离阳极； 当电解质中氧化铝浓度减小时， 则气泡带负电，并被阳极吸引住，于是阳极上出现气泡层，终于发生阳极效应综合观点认为，发生阳极效应一方面是由于电解质对碳阳极润湿性的改变，另一方面又由于氟离子的放电而改变了碳阳极的表面状态，从而使电解质对阳极的润湿骤然恶化上述几种学说各有侧重，湿润性学说主要是从阳极效应发生过程的物理性质变化方面加以解释， 而阳极过程改变学说则注重其化学变化二者的共同点是：阳极效应发生在电解质中熔融的氧化铝浓度很低，电解质不能很好地润湿阳极，部分气泡不能逸出，从而导致阳极与电解质界面的局部电流密度过大，使得气泡在强电场下放电， 形成不连续的气体电离层。

当加入氧化铝并熔解后，通过搅动电解质使气体排出这实际上相当于一个启动生产(让电解质沸腾)的过程当电解质含炭渣过多或温度过低时，都会影响电解质中熔融的氧化铝浓度，效应发生时，不宜过 熄灭，必须待温度升高，或者炭渣从电中离出来时(在阳极四周从电解质中喷出细小带亮点的炭粒)，才能熄灭效应，否则熄灭后马上又来二次效应阳极效应发生时， 有一个很特殊的现象：电解质停止沸腾这就意味着此时并未进行电解反应铝电解的主要化学反应方程式为：2AbO +3C=4A1+3CO，f当氧化铝浓度(指电解质中熔融的氧化铝)在2％ ～ 10％ (重量) 时， 该反应向右进行， 生成的CO 气体能及时排出， 因此使反应连续进行 阳极效应发生时， 氧化铝浓度很低，加上阳极与电解质界面存在一层不连续的气体电离层， 此电离层对电解质产生一个很大的放电压力， 迫使电解质停止沸腾而使电解反应中止这相当于在反应式的右边加上一个很大的压力，阻止反应向正向进行氧化铝在熔融状态下呈表面活性物质，而Ca 、Mg 离子在电解质中为非活性物质 另外添加的锂盐会降低电解质对极的润湿性， 这就是一些铝厂加添加剂以后，效应会增多的根本原因 再者一度强化电流，使得阳极电流密度增大，也会不同度地使效应增多。

1.2 阳极效应对电耗的影响阳极效应对铝电解生产带来的影响最明显的是多消耗电当然阳极效应也会通过提高电流效率多产铝而间接降低电耗，但如何在二者之间找到理想值，理论上还有待 进行更多的研究，实际上大都采用经验值或者回归值1.2.1 效应平均分摊电压的计算实际生产中，不仅要控制好每一个应，更重要的是关心整个电解系列效应电压平均分摊值的大小，因为它直接影响到吨铝单耗的高低槽平均电压(v )等于槽工作电压(V )加上效应分摊电压(AV)和线损(△V线) 即：V平=V槽+△V教+△V线，△V 的计算，一些资料介绍较模糊，这里略作推导：条件： 已知同一系列11台电解槽生产，在时问t内发生效应m个，其效应电压为撤、效应持续时问t漕＆、无效应时的电压为 (其中i=1，2，3， ⋯，m)则：效应电压累计平均为：1.2.2 效应使电耗升高值△w的计算因此，可认为由于阳极效应而使直流电单耗上升350~500kw·h／t另外一种计算效应电耗的办法，即：式中：Wf效应电耗；V效应电压；Ii效应电流；f效应时间整个系列在时间t内，发生m个效应，则式中G为铝产量这种计算结果与上述分摊电压法计算结果略有不同， 笔者认为用第一种比较客观一些，因为直接与电流效率联系在一起。

1.3 阳极效应对电流效率的影响众所周知， 阳极效应熄灭后的电解槽沸腾力增强，火苗有力，电流效率比较高阳极效应对维护正常生产、提高电流效率是有益的主要表现在：(1)效应产生大量热量熔解了大量氧化铝(据说60％的热量用于此)， 使电解质中熔融的氧化铝浓度由效应前的1％ ～2％增加到8％ ～10％ 而趋于饱和增加正反应推动力， 加快氧化铝分解生成金属铝的正反应， 减少金属液铝的二次反应， 减少电流空耗，这就大大提高了电流效率据初步估算，效应后的电流效率可达到94％ ～95％ 以上， 然后又慢慢降低2)阳极电流分布更趋均匀效应发生前， 阳极底掌由于各种原因， 不可能成为一个平面(在很正常的情况下， 由于电解质运动也使阳极底掌呈现波状)如图(a所示， 电流在阳极与电解质界面上分布不均，局部电流密度(隆起部分)增大效应发生时，气泡附着在凹陷部分，由于气体所占部分不导电，更增加局部电流密度，隆起部分炭粒在强大的电场作用下，消耗很快，发产生不连续的气体电离生成等离子体，这种气体放电电离正是洗刷阳极底掌的动力(特别是生成大量cF4)， 如图(b)、(c)示洗刷后的阳极活性增大， 电流更趋均匀， 电解质与阳极界面阻力减小，气泡易 于逸出，对提高电流效率是很有利的。

3)促使电解质中碳粒分离资料表明0：电解质中含碳渣0．04％，其导电率下降1％，若含碳渣1．0％，导电率下降l1％，并且不同程度地影响氧化铝的溶解，降低电解质的活性，引起电流空耗阳极效应发生时，电解质静置不沸腾，碳渣较电解轻，易于上浮到表层，在不连续的气体电离层作用下与电解质分离当然要从根本上减少电解质中碳渣含量，必须在阳极糊质量上下功夫4)调节槽温，减少炉底沉淀阳极效应是使槽温上升最快最有效的办法当槽温低时， 电解质粘度增大，颜色变得暗红， 并出现明显收缩，炉底沉淀增多，侧部伸腿增大， 电解质沸腾力减弱此时的电解槽只要给予诱导， 便马上来效应， 如适当提升阳极长加工间隔时间(空工)或者电流引起波动通过阳极效应提高炉温，可以清除炉底沉淀、减小伸腿， 规整炉膛，防止槽子进一步恶化从上述可看出， 阳极在某些时候对生产是很有用的， 并能消除隐患， 提高电流效率但是，在实际生产中，决不能依靠效应来处理问题， 重要的是严格控制好槽子的工艺条件，精心维护、细心加工，保持。