【摘 要】通过改变阳极尺寸及结构，延长阳极使用周期，降低残极率。在生产实践中降低阳极毛耗，获得较好的经济效益。

　　【关键词】阳极；阳极消耗；铝电解

　　1 前言

　　近年来，由于铝电解产能过剩，铝价持续走低，2013年底，铝价跌至14100元/吨，铝电解行业出现行业性亏损。在铝电解变动成本中，碳阳极成本约占变动成本的12%。碳阳极是铝电解生产的主要材料之一，它的作用主要是将直流电导入电解质中，并参与电化学反应，铝电解生产中生产1吨铝需消耗碳阳极450～600kg/吨[1]。阳极消耗指标是铝电解生产中重要的经济指标之一，与阳极质量、高度、结构、生产管理、阳极电流密度等有关。阳极消耗每降低1kg/吨，增加经济效益约2元，因此降低碳阳极消耗可有效降低生产成本，增加企业经济效益。

　　2 铝电解生产过程中的阳极消耗

　　阳极消耗是铝电解中的一个重要消耗指标，统计时以生产1t原铝所消耗的阳极碳块的总量（净耗和残极之和），俗称阳极毛耗，阳极毛耗一般为450～600kg/t[1]。

　　图1 阳极消耗示意图[2]

　　2.1 碳阳极净耗

　　碳素阳极消耗分为电化学消耗、化学消耗和机械消耗，三者消耗之和在电解中俗称为净耗。电化学消耗主要碳与氧化铝发生电化学反应，在铝电解过程中，含氧络合离子在阳极表面放电与高温的碳反应并产生CO2和CO，CO2和CO以气体的形式离开阳极[2]。其电化学反应式如下：

　　式中N—CO2为体积百分数，%；（1-N）--CO体积百分数，%。

　　按照上述公式，当CO2气体为100%，生产1吨原铝需消耗阳极333.3kg/t，当CO气体为100%，生产1吨原铝需消耗666.7kg/t。按实际生产80%的CO2和20%的CO气体组成计算，生产1吨原铝需消耗阳极370Kg/吨[2]。在生产中，阳极净耗实际在400～450kg/t，阳极净耗远大于理论消耗，这是是由于阳极碳块的掉渣和氧化等额外消耗引起的。

　　2.2 残极

　　残极是指预焙阳极碳块在电解槽上使用以后的残余部分，在阳极使用周期内随着阳极被逐渐消耗，阳极机构带动阳极下降，以保证电解槽极距的稳定。当使用一定时间后，碳块变得很薄（13～18cm），为防止阳极钢爪被电解质熔化，必须更换新的阳极碳块组。铝电解生产中残极量一般占阳极总量的15～25%[1]。

　　3 降低阳极毛耗的措施

　　铝电解生产中碳阳极毛耗与阳极质量、阳极结构、阳极高度、阳极电流密度、阳极使用周期、生产管理等有关系。如何降低阳极毛耗？铝电解生产中一是使用质量好的阳极、加强阳极保温工作防止阳极氧化减少阳极净耗；二是改变阳极结构，减少阳极上体台重量；三是适当增加阳极高度和阳极电流密度；四是加强电解槽技术条件管理，使电解槽长期处于平稳状态，提高电解槽电流效率。在确保电解质能较好溶解氧化铝的条件下，降低电解质高度，延长电解槽使用周期。这些措施铝厂根据自身实际情况，可选择采用一种或多种措施降低阳极毛耗。

　　3.1 某铝厂2008年至2010年阳极消耗情况

　　某铝厂160kA系列电解槽共130台，强化电流强度至168kA，年产能近6万吨，电解槽有24块阳极，阳极规格为1450*660*560mm，使用周期29天，残极平均高度为13～17cm。从2008年至2010年三年的统计数据看，平均阳极毛耗为508kg/t-Al，净耗为410kg/t-Al，残极消耗为98kg/t-Al。净耗和残极分别占阳极总重的80.56%和19.44%（具体数据见表1和图2）。

　　图2 三年平均阳极净耗和残极消耗

　　3.2 优化方案

　　该铝厂阳极一直采用集团内部单位生产的阳极，质量较稳定，没有出现阳极质量事故。电解槽生产平稳，操作良好，电流效率较为稳定。因此想通过提高阳极质量，提高电流效率，提高操作质量来降低阳极消耗的空间很小。针对生产实际运行情况，考虑阳极高度为560mm，阳极使用周期为29天，可以适当提高阳极，延长阳极使用周期，降低阳极消耗，适当增加阳极长度，降低阳极电流密度，确保电解槽有效极距。将阳极上梯台高度适当增加，减少阳极使用后残极重量，从而降低阳极消耗。于是对阳极结构进行优化，优化后阳极规格为1480*660*580mm，上梯台高度从原来的70mm增加到105mm，阳极重量从原来的755kg，增加至770kg，阳极使用周期从29天延长至31天（见图3和图4）。

　　图3 优化前阳极结构图

　　图4 阳极上梯台优化后的结构图

　　2010年12月底，碳素厂按图纸生产出优化结构后的阳极。2011年1月3日，选取三台电解槽采用优化后的阳极逐步替换原阳极，并将电解质高度由原来的170-190mm降低至160-180mm，通过近3个月时间进行现场试验，改进后的阳极使用到周期后，残极较为完整，高度平均为140mm，完全满足生产要求。4月开始在全系列推广应用。

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