铝用预焙阳极生产简介课件

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铝用预焙阳极生产简介2019年10月第1章预焙阳极生产概述Introduction铝是一种具有延展性的银白色轻金属元素，是地壳中蕴含量最丰富的第3种元素。然而，它通常是以氧化物或与其它元素紧密结合形式存在，主要是铝土矿，一种以水合氧化铝和铁以及其它杂质组成的无定形粘土物。

铝的生产是在电解槽中进行。氧化铝被注入碳内衬炉内，在那里，大约960℃下，熔解在熔融的冰晶石(Na3AlF6)里。当强大的电流通过冰晶石溶液，每个氧化铝分子被分散。当氧离子和碳阳极起反应释出二氧化碳的同时，熔融铝在熔炼炉底部的碳阴极上形成。大家知道的霍尔-埃鲁法，熔炼铝可以用下面的等式描述：

2Al2O3+3C+电=4Al+3CO2铝用预焙阳极生产简介铝用预焙阳极生产简介铝用预焙阳极生产简介1铝用预焙阳极生产简介课件2铝用预焙阳极生产简介课件3铝用预焙阳极生产简介课件4铝用预焙阳极生产简介课件5阴极阴极6阳极·阳极·7炭电极炭电极8电解使用后的阳极(残极）·电解使用后的阳极(残极）·9异常残极异常残极10第0章预焙阳极生产概述Introduction

预焙阳极的主要作用是在铝电解过程中，将电流导入电解槽，并参与电化反应。第0章预焙阳极生产概述Introduction11生阳极（greenanode）生阳极（greenanode）12··学生上课需要了解的内容生产工艺流程延迟石油焦粗碎中碎、筛分、磨粉、配料预热成型固体改质沥青电解残极、焙烧碎及生碎贮存粗碎煅烧沥青熔化液体沥青石油焦贮存混捏冷却及二次混捏焙烧成品

图1-2生产工艺流程图··学生上课需要了解的内容延迟石油焦粗碎中碎、筛分、磨粉、131、阳极质量对铝电解生产的电流效率、直流电耗、产品质量和生产成本影响极大。通常对其如下指标有要求：电阻率体积密度机械强度真密度杂质1、阳极质量对铝电解生产的电流效率、直流电耗、产品质量和生产14CO2反应性空气反应性热膨胀率2、通常预焙阳极生产的两大主要原料：石油焦煤沥青由于原料特性对阳极质量有致关影响，下面就此两种原料分别作介绍。

CO2反应性15第一章石油焦的性质

石油焦是生产各种炭素制品的重要原料，石油焦是石油炼制工业的副产品。这种焦炭的特点灰分比较低(一般小于1%)，高温下容易石墨化(即由无定形碳转化为人造石墨比较容易)。第一章石油焦的性质石油焦是生产各种炭素制16石油焦是由石油炼制过程中产生的渣油经过焦化反应而得到的。通常分为三种不同类型：海绵状焦蜂窝状焦针状焦石油焦是由石油炼制过程中产生的渣油经过焦化反应172、石油焦的质量指标

用于炭素制品工业的石油焦的主要质量指标为灰分含量、硫含量、挥发分含量及1300℃煅烧后的真比重四项，水分往往只作为参考指标。灰分含量灰分含量是石油焦的主要质量指标。灰分含量主要与原油的含盐量密切有关。一般情况下，原油采出后要先用各种方法脱盐，然后再送到炼油厂。碳素制品中的灰份，特别是其中的金属Na和Ca元素，在电解中起催化剂作用，增加了阳极的损耗。碳素制品中的灰份大部分为原料石油焦带进。因而，应严格控制原焦的灰份含量。生产一般炭素制品的石油焦，其中灰分含量应不大于0.5％。2、石油焦的质量指标18硫含量硫含量是石油焦的重要质量指标之一，硫主要来自原油，石油焦含硫量直接与原油含硫量及硫的存在形式有关。石油焦中硫的存在形式通常可分为有机硫及无机硫两种。石油焦中的硫多数以有机硫形式存在，有机硫的形态尚未完全搞清，无机硫主要形成硫化铁，而硫酸盐的含量是很少的。

高温煅烧有利于脱硫，如石油焦煅烧到1700℃，绝大部分硫可以除去。这主要是有机硫的大量分解排出，而硫化铁及硫酸盐需在石墨化的高温下才能分解挥发，但即使经过2300℃左右的高温，也不能将全部硫都除掉，这是因为有少量的有机硫形成热稳定性很高的杂环硫，这种稳定的杂环硫只有用各种还原剂处理才能除去。硫含量19

对生产炭素制品而言，硫是一种有害元素。用含硫量过多的石油焦生产的制品在石墨化（如焙烧）过程中易产生“晶胀”现象，容易导致裂纹，焙烧中硫的大量逸出也会容易导致裂纹，而且这种含硫较高的制品中比电阻比较高，导致电解时电耗增加。由多硫焦生产的石墨电极在电炉炼钢过程中消耗较快，如果用于生产电解铝工业的阳极糊，则情况会好一些，但也会引起阳极棒与焙烧阳极之间的接触电阻升高，导电棒、集气罩受到硫化物的腐蚀，导致缩短使用寿命。但有一些研究认为，阳极中一定量硫份的增加，可以降低阳极的空气反应性和二氧化碳反应性。对生产炭素制品而言，硫是一种有害元素。用含硫量过20挥发分含量Volatilematters石油焦的挥发分含量虽然对碳素制品的最终质量没有明显的影响，但对煅烧操作关系较大，挥发分含量的高低实际上是代表石油焦的焦化程度。釜式焦化的成焦温度较高，所以得到的石油焦挥发分一般只有3~7%，由延迟焦化得到的石油焦挥发分一般为10~18％，因为延迟焦化的温度只有500℃左右。挥发分含量大的石油焦不仅在煅烧时实收率低，而且对煅烧作业带来不少困难。挥发分含量Volatilematters21真比重石油焦在1300℃温度下煅烧后的真比重的大小，可作为这种石油焦石墨化难易程度的象征。一般来说，在1300℃煅烧过的石油焦真比重较大，则这种石油焦容易石墨化，石墨化后比电阻较低，热膨胀系数较小，可以提高电解的电流效率和降低阳极破损。针状焦就具有这样的特点。真比重223、煅后焦由于石油焦含有较高的挥发份含量，导电性极弱，抗氧化性能差，机械强度低，在使用它生产阳极前，必须经过煅烧。3、煅后焦23回转窑外貌回转窑外貌24某厂回转窑外观某厂回转窑外观25罐式炉罐式炉26对于作为生产导电阳极的骨料的煅后石油焦，应具有最重要的特性是：高纯度；高真密度；高抗氧化性；低电阻率。低灰份石油焦通过煅烧，可以达到上述要求。煅烧中除去石油焦中大部分的水分和挥分份，除去部份硫，使物料体积收缩，密度增大，提高物料机械强度，提高导电性，提高煅后焦的抗氧化性能。对于作为生产导电阳极的骨料的煅后石油焦，应具27碳素行业对石油焦和煅后焦指标的一般要求碳素行业对石油焦和煅后焦指标的一般要求28煤与石油焦和煅后焦的区别0煤与石油焦和煅后焦的区别029石油焦（coke）石油焦（coke）30第二章原料改质沥青的性质

一、煤沥青的组分煤焦油经高温分馏后的残渣即是煤沥青。煤沥青是由很多种高分子碳氢化合物组成的混合体，一般难于从煤沥青中提取单独的具有一定化学组成的物质，而只能用不同的溶剂去萃取煤沥青，将它分离为若干组分。如高分子组分(α组分)、中分子(β)组分、低分子(γ)组分。对同一种沥青来说，使用不同的溶剂萃取，得到的组分及其所占比例并不相同。第二章原料改质沥青的性质31固体沥青外观固体沥青外观32沥青中不溶于苯或甲苯的组分通常称为游离碳。它由多种不同分子量的高分子组分及少量的中分子组分组成。可以认为游离碳是沥青的各成分中不溶于苯或甲苯的组分。沥青中不溶于苯或甲苯也不溶于蒽油的部分主要是高分子组分(即所谓α组分)。高分子组分是焙烧时形成焦化残炭的主要载体，对炭石墨制品的孔度大小及强度大小有一定影响。一般认为，高分子组分没有粘结性，沥青中高分子组分含量过多会影响沥青的粘结能力。沥青中不溶于苯或甲苯的组分通常称为游离碳。它由33

沥青中的中分子组分最主要的特性是不溶于苯(或甲苯)，但溶于蒽油。沥青中起粘结作用的主要是中分子组分，其中β1组分粘结性能较差，β2组分粘结性能较好。中分子组分常温时呈固态，加热到一定温度即液化，进一步加热焦化后大部分成为结焦炭。一般认为，中分子组分含量的多少对沥青的性能起着重要的作用。沥青中的中分子组分的含量应达到30~35％才能制得质量较好的炭石墨制品。沥青中的中分子组分最主要的特性是不溶于苯(或甲苯34

低分子组分(γ组分)是指沥青中溶于苯的成分在去掉中分子组分后的剩余部分。低分子组分不是沥青中起粘结作用的主要成分，也不是形成焦炭的主要成分。可以认为，低分子组分稍有一点粘结性，并且只产生少量的结焦炭，它的主要作用是作为一种溶剂，能适当降低沥青的软化点，有利于改善沥青对焦炭颗粒的浸润作用及提高成型时糊料的可塑性。低分子组分(γ组分)是指沥青中溶于苯的成分在去掉35二、煤沥青的物理化学性质衡量煤沥青的性能，一般用软化点、粘度、密度与结焦残炭值、加热后的气体析出曲线等表示。1．软化点测定煤沥青软化点有多种方法，如水银法、环球法与空气立方体法。对同一种沥青来说，用环球法测定的软化点要比用水银法测定大10~15℃。煤沥青的软化点是以一定软化程度相应的温度来表示。它与沥青中各组分的比例有关。沥青随着软化点上升，其苯或甲苯不溶物含量增加，β组分有增加趋势，γ组分含量减少。二、煤沥青的物理化学性质362．粘度Viscosity沥青的粘度随温度而变化，加热到较高温度其粘度急剧降低，可如水一样流动。一般只测定其100~200℃温度范围的粘度。沥青的粘度既取决于温度，又取决于沥青本身的特性，在同样温度下不同产地的沥青粘度可以相差数倍。3．沥青的密度Density

沥青的密度随温度升高而有所下降。密度大的沥青，在生坯焙烧时，体积收缩小，坯体体积密度和强度较高。

2．粘度Viscosity374．结焦残炭值

这是评价沥青质量的重要依据。其挥发分高，则结焦残炭值较低，两者关系如下：K.O.=95.1—0.7V式中：K.O.——结焦残炭值；V——沥青的挥发分，％。5．沥青的气体析出量在加热过程中，沥青的气体析出量并不是均匀的，这对于确定焙烧工艺规范有关。沥青的气体析出曲线与其软化点也有联系。沥青的最大气体析出量的温度范围一般为330~510℃。气体析出最高速度分别为7.5~13.0毫克／5分钟。4．结焦残炭值38三、改质沥青中、低温沥青由于软化点低，结焦值低，不能满足优质阳极的要求，因而国内外大部分铝用阳极的生产都已采用改质沥青作粘结剂。为获得质量较好的沥青，需要对其进行改性处理，获得改质沥青。加工处理沥青的目的是为了提高沥青中高分子芳香族化合物的含量，并适当降低挥发分的含量，最终目的是为了提高炭化后结焦残炭的数量。常用如下方法使煤沥青改性。三、改质沥青39

1、一定压力下对煤焦油做适当的处理后再蒸馏、可得优质沥青。这种优质沥青可用作高功率或超高功率石墨电极的粘结剂。

2、用软化点为75~95℃的中温沥青，在250℃温度下溶化后吹入压缩空气，每公斤沥青吹空气量为220~230V升/小时、空气吹入时间长，改性则大。

3、在沥青中添加“—些化学试剂也可促使沥青改性。另外为了改善糊料的塑性，提高挤压成型的成品率，可以在混捏中加少量增塑剂(如油酸一类材料)。

40四、铝工业对沥青的要求由于沥青的性质对阳极的性质有很大的影响，国外对沥青要求检测和控制的指标较多，所使用的沥青性质将较为稳定。性质稳定的沥青，有利于生产性质稳定的阳极。下表是铝工业对沥青的一些典型指标：四、铝工业对沥青的要求41铝用预焙阳极生产简介课件42第三章阳极生产基本原理第一节工艺原理

碳阳极生产的工艺原理是石油焦类骨料和沥青类的粘结剂经过混合和成型，使其形成具有一定形状的生坯，再经热处理让粘结剂进行碳化得到具有较高机械强度和抗氧化性，具有较低电阻率的阳极产品。生产阳极一般包括破碎、筛分与配方、混捏、成型和焙烧等过程。第三章阳极生产基本原理43（1）破碎目的是获得不同粒度、适合配料的骨料。（2）筛分与配比骨料经过破碎，可以将它筛分成具有一定粒径范围的几类粒子和粉料，并进行配方。配比时，一般上是使成形体的密度最大。但根据实际情况的不同，往往是在满足一定的技术条件下，考虑工艺的可行性和制品的最终经济效益。（3）混捏使各种原料均匀混合，不同颗粒堆积合理、形成密实程度较高的糊料。由于有粘结性能的沥青的作用，原来松散的颗粒堆积就变为有结合力的相互连接、并具有可塑性的糊料。经过一定时间的混捏，粘结剂还渗透到原料颗粒孔隙中，提高粘结性和密实程度。（1）破碎44（4）成型成型是为了获得具有一定形状、尺寸、密度和机械强度的制品，以利于生坯的运输、焙烧和阳极加工处理。（5）焙烧对于炭素生产，焙烧是将成型后的生坯在隔离空气条件下加热处理，使粘结剂转变为焦炭的过程。焙烧成品性能在很大程度上取决于焙烧过程中沥青的变化。（4）成型45阳极生产工艺流程概述

延迟石油焦由火车或汽车运入，存放在石油焦仓库。经抓斗天车抓到带格筛的受料漏斗，大于300mm的料由人工打碎，小于300mm的料经电磁振动给料器、胶带运输机等喂入双齿辊破碎机进行破碎，粗碎后的料由胶带输送到煅前仓贮存。

改质沥青（简称沥青）由火车或汽车运入，存放在沥青仓库。经抓斗天车抓到受料斗内，再由电磁振动给料机，皮带输送机送入沥青贮仓，然后经振动给料机送入环锤式破碎机进行破碎。

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破碎后的沥青经皮带输送机进入沥青熔化器内熔化,从溢流槽出来的沥青经过热交换器，配料计量泵而被送入混捏机。煅前仓的石油焦经圆盘给料机和电子皮带秤喂入窑内，经回转窑煅烧后的高温石油焦，进入冷却机冷却。冷却机采用直接冷却和向外壳淋水的双重冷却方式。冷却后的合格煅后焦经皮带运输机和电子皮带秤计量后，由斗式提升机、皮带输送机等送入煅后贮仓。而不合格的煅后焦则通过换向挡板送入废料斗内，由汽车送回煅前皮带输送机，再次入窑煅烧。破碎后的沥青经皮带输送机进入沥青熔化器内熔化47

贮存在煅后焦仓的煅后焦，由电磁振动给料机、皮带输送机送出，并经除铁和电子皮带秤计量后喂入反击式破碎机内进入中碎。破碎后的焦子经振动筛筛分出三种所需的粒级，并存入各个配料仓内。大于12mm的不平衡料，返回破碎机再次破碎。12-6mm的焦粒存入粗焦配料仓，粗焦配料仓满后，返回反击式破碎机。6-3mm的焦粒一部分存入中焦配料仓，另一部分存入填充焦仓，小于3mm的细焦一部分进入辊轮磨前给料仓供磨粉用，另一部分存入填充焦仓，然后用汽车送往焙烧车间。贮存在煅后焦仓的煅后焦，由电磁振动给料机、皮带输送机48

残极、焙烧碎、生碎经“残极破碎工序”处理后，由胶带输送机分别送入残极仓和生碎仓。然后分别由电磁振动给料机、胶带输机送出，并经皮带秤计量后喂入反击式破碎机破碎。残极在这里破碎后由振动筛筛分出两种所需的粒级，并存入残极配料仓内，大于12mm的残极返回破碎机破碎，生碎经筛分后，小于12mm的料存入生碎配料仓，大于12mm的料再返回破碎机破碎。铝用预焙阳极生产简介课件49磨前给料仓内的料由给料机定量喂入辊轮磨粉机，同时收尘粉仓内的料由旋转阀喂入辊轮磨粉机，辊轮磨粉机排出的含尘气体，经双锥体分离器分离，粗粒沉降回机内再磨。空气中所含的细焦粉经旋风收尘器和袋式除尘器收集，由螺旋输送机送至粉料配料仓，净化后的空气排入大气。存放在各种配料仓内的各种物料（除生碎外）经电子皮带秤按要求的比例，连续定量喂入预热螺旋内进行预热。然后与经电子皮带秤定量送来的生碎、经沥青配料泵送的液体沥青一道进入连续混捏机内进行混捏。磨前给料仓内的料由给料机定量喂入辊轮磨粉机，同时收尘粉仓内的50

混捏出来的合格物料由磷板输送机冷却后，进入振动成型机成型。成型碳块由推送机、悬挂输送机送到冷却水池冷却，冷却后的碳块，由输送机送到碳块仓库。混捏机排出的废糊及成型的废块，经处理后，返回配料系统。预热螺旋、混捏机等用的热源均为导热油，由本厂热媒锅炉提供。

制糊成型工序送到碳块仓库的生块经整列后，由堆垛天车堆垛后存放在生块仓库内，然后根据焙烧的需要，生阳极经链式输送机，升降机、辊式输送机送到焙烧炉炉面，用多功能天车把生阳极装入炉内。由汽车送来的填充料倒入填充焦坑内，按要求补充装炉所需的填充料。混捏出来的合格物料由磷板输送机冷却后，进入振动51阳极焙烧炉及设备阳极焙烧炉及设备52生阳极和填充焦由多功能天车按要求装炉完毕后，进行升温焙烧。焙烧以发生炉煤气为燃料，焙烧后的碳块经风机强制冷却后，由多功能天车从炉内取出，经运输、升降设备送至碳块库清理。合格碳块送至碳块库堆垛贮存。

焙烧炉排出的烟气，首先经重力沉降室分离出粗粒粉尘，然后进入洗涤塔，从喷淋塔顶喷淋下来烧碱溶液与烟气充分接触，洗涤烟气中的硫、氟、部分粉尘和焦油，从洗涤塔出来的烟气经过电捕焦油器进一步净化，然后通过烟囱排入大气。洗涤塔排出的污水送污水处理站处理。生阳极和填充焦由多功能天车按要求装炉完毕后，进行升温焙烧。焙53

来自碳块库的熟块被送到旋转浇注转台，与经过处理的阳极导杆进行浇铸。合格的组装阳极送电解铝厂或送仓库贮存。不合格的组装阳极送残极处理工序或送废品存放点待处理。来自电解厂的残极经装卸站进入电解质清理工序。残极上的电解质经清理后经电解质处理工序送到电解成品仓。经过电解质清理后的残极，进入残极压脱机，进行残极压脱，压脱的残极经破碎后输送到残极处理工序处理并输送到残极仓。阳极导杆则要经过铁坏压脱工序、导杆校直、钢爪修理和清理、沾石墨等工序，再次进入旋转浇注机进行浇注。来自碳块库的熟块被送到旋转浇注转台，与经过处理的阳极54预焙阳极生产主要设备一、煅烧设备目前用于铝用阳极生产，煅烧石油焦的设备，主要有三种：回转窑、罐式煅烧炉和回转床式煅烧炉。预焙阳极生产主要设备55二、破碎设备目前，在炭石墨材科的生产中所采用的破碎设备，按其破碎粒度的大小来分有如下几种：1、颚式破碎机颚式破碎机常用于较大块的物料，即粗碎(或予碎)。二、破碎设备56

2、辊式破碎机辊式破碎机可分为：平滑辊破碎机和带齿辊破碎机。前者常用于炭石墨材料生产中的粗碎工序，后者则常用于中碎工序。3、锤式破碎机锤式破碎机可以破碎较硬的物料，也可破碎脆性材料。在炭石墨材料的生产中，通常是用来破碎焙烧块、石墨化块、煤沥青和各种辅助材树。

2、辊式破碎机574、反击式破碎机反击式破碎机用来破碎生产返回科、石油焦和沥青焦。4、反击式破碎机585、磨粉机炭石墨材料工业生产中常用的是风扫式球磨机，而悬辊式磨粉机（滚子磨）也有应用，但相对而言数量较少。三、筛分设备在炭石墨材料生产中，常用的筛分设备有：振动筛、回转筛、摇摆筛等，而且在碳素生产中以振动筛最多。5、磨粉机59筛分设备

炭素生产中使用的筛分设备种类很多，主要有以下几种：振动筛、回转筛（又称圆筒筛）、格筛、摇动筛、概率筛等。筛分设备炭素生产中使用的筛分设备种类很多，主要有以下几种：60Mogensen概率筛Mogensen概率筛61四、混捏设备混捏设备有双轴搅拌混捏锅、单轴搅拌混捏锅和双轴搅拌连续混捏机(如List连续混捏机)，单轴搅拌连续混捏机(Buss连续混捏机)等。目前较为合理的配置是Buss连续混捏机加上一台强力冷却机组成的混捏线，可以实现高温混捏和低温成型，强力冷却机对糊料起冷却作用的同时也起到了混捏作用，进一步提高了混捏效果，又可以提高成型成品率。四、混捏设备62BUSS混捏机BUSS混捏机63五、成型设备生产小型电极产品一般使用模压或辊压成型。生产铝用碳阳极的工厂目前广泛使用振动成形机制造生阳极。振动成型机主要有滑台式和转台式2种。我厂成型机为三工位转台式振动成型机。五、成型设备64强力冷却机强力冷却机65混捏锅混捏锅66阴极振动成型机阴极振动成型机67生块生块68六、焙烧炉在铝用碳阳极生产中，通常使用带盖式焙烧炉和敞开式焙烧炉焙烧制品。按装炉方式，又有立装和卧装之分。目前，新建或改建阳极焙烧炉一般都采用敞开式立装焙烧炉，它的主要优点是产能大，能耗低，效率高。六、焙烧炉69焙烧炉燃烧架焙烧炉燃烧架70焙烧炉烟气净化系统焙烧炉烟气净化系统71焙烧炉干法烟气净化系统焙烧炉干法烟气净化系统72天车天车73七、组装车间设备组装车间设备主要有悬链运输机、装卸站的托盘倾翻装置、摇摆斗式提升机、倾斜和旋转装置、液压残极破碎机、铁环压脱机、残极压脱机、导杆矫直机、转台式组装装置、工频感应炉、中频无芯感应熔炼炉等等。七、组装车间设备74钢爪钢爪75组装阳极组装阳极76铝用预焙阳极生产简介课件77铝用预焙阳极生产简介课件7841、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹

42、只有在人群中间，才能认识自己。——德国

43、重复别人所说的话，只需要教育；而要挑战别人所说的话，则需要头脑。——玛丽·佩蒂博恩·普尔

44、卓越的人一大优点是：在不利与艰难的遭遇里百折不饶。——贝多芬

45、自己的饭量自己知道。——苏联41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。——阿卜79铝用预焙阳极生产简介铝用预焙阳极生产简介铝用预焙阳极生产简介

铝用预焙阳极生产简介2019年10月第1章预焙阳极生产概述Introduction铝是一种具有延展性的银白色轻金属元素，是地壳中蕴含量最丰富的第3种元素。然而，它通常是以氧化物或与其它元素紧密结合形式存在，主要是铝土矿，一种以水合氧化铝和铁以及其它杂质组成的无定形粘土物。

铝的生产是在电解槽中进行。氧化铝被注入碳内衬炉内，在那里，大约960℃下，熔解在熔融的冰晶石(Na3AlF6)里。当强大的电流通过冰晶石溶液，每个氧化铝分子被分散。当氧离子和碳阳极起反应释出二氧化碳的同时，熔融铝在熔炼炉底部的碳阴极上形成。大家知道的霍尔-埃鲁法，熔炼铝可以用下面的等式描述：

2Al2O3+3C+电=4Al+3CO2铝用预焙阳极生产简介铝用预焙阳极生产简介铝用预焙阳极生产简介80铝用预焙阳极生产简介课件81铝用预焙阳极生产简介课件82铝用预焙阳极生产简介课件83铝用预焙阳极生产简介课件84阴极阴极85阳极·阳极·86炭电极炭电极87电解使用后的阳极(残极）·电解使用后的阳极(残极）·88异常残极异常残极89第0章预焙阳极生产概述Introduction

预焙阳极的主要作用是在铝电解过程中，将电流导入电解槽，并参与电化反应。第0章预焙阳极生产概述Introduction90生阳极（greenanode）生阳极（greenanode）91··学生上课需要了解的内容生产工艺流程延迟石油焦粗碎中碎、筛分、磨粉、配料预热成型固体改质沥青电解残极、焙烧碎及生碎贮存粗碎煅烧沥青熔化液体沥青石油焦贮存混捏冷却及二次混捏焙烧成品

图1-2生产工艺流程图··学生上课需要了解的内容延迟石油焦粗碎中碎、筛分、磨粉、921、阳极质量对铝电解生产的电流效率、直流电耗、产品质量和生产成本影响极大。通常对其如下指标有要求：电阻率体积密度机械强度真密度杂质1、阳极质量对铝电解生产的电流效率、直流电耗、产品质量和生产93CO2反应性空气反应性热膨胀率2、通常预焙阳极生产的两大主要原料：石油焦煤沥青由于原料特性对阳极质量有致关影响，下面就此两种原料分别作介绍。

CO2反应性94第一章石油焦的性质

石油焦是生产各种炭素制品的重要原料，石油焦是石油炼制工业的副产品。这种焦炭的特点灰分比较低(一般小于1%)，高温下容易石墨化(即由无定形碳转化为人造石墨比较容易)。第一章石油焦的性质石油焦是生产各种炭素制95石油焦是由石油炼制过程中产生的渣油经过焦化反应而得到的。通常分为三种不同类型：海绵状焦蜂窝状焦针状焦石油焦是由石油炼制过程中产生的渣油经过焦化反应962、石油焦的质量指标

用于炭素制品工业的石油焦的主要质量指标为灰分含量、硫含量、挥发分含量及1300℃煅烧后的真比重四项，水分往往只作为参考指标。灰分含量灰分含量是石油焦的主要质量指标。灰分含量主要与原油的含盐量密切有关。一般情况下，原油采出后要先用各种方法脱盐，然后再送到炼油厂。碳素制品中的灰份，特别是其中的金属Na和Ca元素，在电解中起催化剂作用，增加了阳极的损耗。碳素制品中的灰份大部分为原料石油焦带进。因而，应严格控制原焦的灰份含量。生产一般炭素制品的石油焦，其中灰分含量应不大于0.5％。2、石油焦的质量指标97硫含量硫含量是石油焦的重要质量指标之一，硫主要来自原油，石油焦含硫量直接与原油含硫量及硫的存在形式有关。石油焦中硫的存在形式通常可分为有机硫及无机硫两种。石油焦中的硫多数以有机硫形式存在，有机硫的形态尚未完全搞清，无机硫主要形成硫化铁，而硫酸盐的含量是很少的。

高温煅烧有利于脱硫，如石油焦煅烧到1700℃，绝大部分硫可以除去。这主要是有机硫的大量分解排出，而硫化铁及硫酸盐需在石墨化的高温下才能分解挥发，但即使经过2300℃左右的高温，也不能将全部硫都除掉，这是因为有少量的有机硫形成热稳定性很高的杂环硫，这种稳定的杂环硫只有用各种还原剂处理才能除去。硫含量98

对生产炭素制品而言，硫是一种有害元素。用含硫量过多的石油焦生产的制品在石墨化（如焙烧）过程中易产生“晶胀”现象，容易导致裂纹，焙烧中硫的大量逸出也会容易导致裂纹，而且这种含硫较高的制品中比电阻比较高，导致电解时电耗增加。由多硫焦生产的石墨电极在电炉炼钢过程中消耗较快，如果用于生产电解铝工业的阳极糊，则情况会好一些，但也会引起阳极棒与焙烧阳极之间的接触电阻升高，导电棒、集气罩受到硫化物的腐蚀，导致缩短使用寿命。但有一些研究认为，阳极中一定量硫份的增加，可以降低阳极的空气反应性和二氧化碳反应性。对生产炭素制品而言，硫是一种有害元素。用含硫量过99挥发分含量Volatilematters石油焦的挥发分含量虽然对碳素制品的最终质量没有明显的影响，但对煅烧操作关系较大，挥发分含量的高低实际上是代表石油焦的焦化程度。釜式焦化的成焦温度较高，所以得到的石油焦挥发分一般只有3~7%，由延迟焦化得到的石油焦挥发分一般为10~18％，因为延迟焦化的温度只有500℃左右。挥发分含量大的石油焦不仅在煅烧时实收率低，而且对煅烧作业带来不少困难。挥发分含量Volatilematters100真比重石油焦在1300℃温度下煅烧后的真比重的大小，可作为这种石油焦石墨化难易程度的象征。一般来说，在1300℃煅烧过的石油焦真比重较大，则这种石油焦容易石墨化，石墨化后比电阻较低，热膨胀系数较小，可以提高电解的电流效率和降低阳极破损。针状焦就具有这样的特点。真比重1013、煅后焦由于石油焦含有较高的挥发份含量，导电性极弱，抗氧化性能差，机械强度低，在使用它生产阳极前，必须经过煅烧。3、煅后焦102回转窑外貌回转窑外貌103某厂回转窑外观某厂回转窑外观104罐式炉罐式炉105对于作为生产导电阳极的骨料的煅后石油焦，应具有最重要的特性是：高纯度；高真密度；高抗氧化性；低电阻率。低灰份石油焦通过煅烧，可以达到上述要求。煅烧中除去石油焦中大部分的水分和挥分份，除去部份硫，使物料体积收缩，密度增大，提高物料机械强度，提高导电性，提高煅后焦的抗氧化性能。对于作为生产导电阳极的骨料的煅后石油焦，应具106碳素行业对石油焦和煅后焦指标的一般要求碳素行业对石油焦和煅后焦指标的一般要求107煤与石油焦和煅后焦的区别0煤与石油焦和煅后焦的区别0108石油焦（coke）石油焦（coke）109第二章原料改质沥青的性质

一、煤沥青的组分煤焦油经高温分馏后的残渣即是煤沥青。煤沥青是由很多种高分子碳氢化合物组成的混合体，一般难于从煤沥青中提取单独的具有一定化学组成的物质，而只能用不同的溶剂去萃取煤沥青，将它分离为若干组分。如高分子组分(α组分)、中分子(β)组分、低分子(γ)组分。对同一种沥青来说，使用不同的溶剂萃取，得到的组分及其所占比例并不相同。第二章原料改质沥青的性质110固体沥青外观固体沥青外观111沥青中不溶于苯或甲苯的组分通常称为游离碳。它由多种不同分子量的高分子组分及少量的中分子组分组成。可以认为游离碳是沥青的各成分中不溶于苯或甲苯的组分。沥青中不溶于苯或甲苯也不溶于蒽油的部分主要是高分子组分(即所谓α组分)。高分子组分是焙烧时形成焦化残炭的主要载体，对炭石墨制品的孔度大小及强度大小有一定影响。一般认为，高分子组分没有粘结性，沥青中高分子组分含量过多会影响沥青的粘结能力。沥青中不溶于苯或甲苯的组分通常称为游离碳。它由112

沥青中的中分子组分最主要的特性是不溶于苯(或甲苯)，但溶于蒽油。沥青中起粘结作用的主要是中分子组分，其中β1组分粘结性能较差，β2组分粘结性能较好。中分子组分常温时呈固态，加热到一定温度即液化，进一步加热焦化后大部分成为结焦炭。一般认为，中分子组分含量的多少对沥青的性能起着重要的作用。沥青中的中分子组分的含量应达到30~35％才能制得质量较好的炭石墨制品。沥青中的中分子组分最主要的特性是不溶于苯(或甲苯113

低分子组分(γ组分)是指沥青中溶于苯的成分在去掉中分子组分后的剩余部分。低分子组分不是沥青中起粘结作用的主要成分，也不是形成焦炭的主要成分。可以认为，低分子组分稍有一点粘结性，并且只产生少量的结焦炭，它的主要作用是作为一种溶剂，能适当降低沥青的软化点，有利于改善沥青对焦炭颗粒的浸润作用及提高成型时糊料的可塑性。低分子组分(γ组分)是指沥青中溶于苯的成分在去掉114二、煤沥青的物理化学性质衡量煤沥青的性能，一般用软化点、粘度、密度与结焦残炭值、加热后的气体析出曲线等表示。1．软化点测定煤沥青软化点有多种方法，如水银法、环球法与空气立方体法。对同一种沥青来说，用环球法测定的软化点要比用水银法测定大10~15℃。煤沥青的软化点是以一定软化程度相应的温度来表示。它与沥青中各组分的比例有关。沥青随着软化点上升，其苯或甲苯不溶物含量增加，β组分有增加趋势，γ组分含量减少。二、煤沥青的物理化学性质1152．粘度Viscosity沥青的粘度随温度而变化，加热到较高温度其粘度急剧降低，可如水一样流动。一般只测定其100~200℃温度范围的粘度。沥青的粘度既取决于温度，又取决于沥青本身的特性，在同样温度下不同产地的沥青粘度可以相差数倍。3．沥青的密度Density

沥青的密度随温度升高而有所下降。密度大的沥青，在生坯焙烧时，体积收缩小，坯体体积密度和强度较高。

2．粘度Viscosity1164．结焦残炭值

这是评价沥青质量的重要依据。其挥发分高，则结焦残炭值较低，两者关系如下：K.O.=95.1—0.7V式中：K.O.——结焦残炭值；V——沥青的挥发分，％。5．沥青的气体析出量在加热过程中，沥青的气体析出量并不是均匀的，这对于确定焙烧工艺规范有关。沥青的气体析出曲线与其软化点也有联系。沥青的最大气体析出量的温度范围一般为330~510℃。气体析出最高速度分别为7.5~13.0毫克／5分钟。4．结焦残炭值117三、改质沥青中、低温沥青由于软化点低，结焦值低，不能满足优质阳极的要求，因而国内外大部分铝用阳极的生产都已采用改质沥青作粘结剂。为获得质量较好的沥青，需要对其进行改性处理，获得改质沥青。加工处理沥青的目的是为了提高沥青中高分子芳香族化合物的含量，并适当降低挥发分的含量，最终目的是为了提高炭化后结焦残炭的数量。常用如下方法使煤沥青改性。三、改质沥青118

1、一定压力下对煤焦油做适当的处理后再蒸馏、可得优质沥青。这种优质沥青可用作高功率或超高功率石墨电极的粘结剂。

2、用软化点为75~95℃的中温沥青，在250℃温度下溶化后吹入压缩空气，每公斤沥青吹空气量为220~230V升/小时、空气吹入时间长，改性则大。

3、在沥青中添加“—些化学试剂也可促使沥青改性。另外为了改善糊料的塑性，提高挤压成型的成品率，可以在混捏中加少量增塑剂(如油酸一类材料)。

119四、铝工业对沥青的要求由于沥青的性质对阳极的性质有很大的影响，国外对沥青要求检测和控制的指标较多，所使用的沥青性质将较为稳定。性质稳定的沥青，有利于生产性质稳定的阳极。下表是铝工业对沥青的一些典型指标：四、铝工业对沥青的要求120铝用预焙阳极生产简介课件121第三章阳极生产基本原理第一节工艺原理

碳阳极生产的工艺原理是石油焦类骨料和沥青类的粘结剂经过混合和成型，使其形成具有一定形状的生坯，再经热处理让粘结剂进行碳化得到具有较高机械强度和抗氧化性，具有较低电阻率的阳极产品。生产阳极一般包括破碎、筛分与配方、混捏、成型和焙烧等过程。第三章阳极生产基本原理122（1）破碎目的是获得不同粒度、适合配料的骨料。（2）筛分与配比骨料经过破碎，可以将它筛分成具有一定粒径范围的几类粒子和粉料，并进行配方。配比时，一般上是使成形体的密度最大。但根据实际情况的不同，往往是在满足一定的技术条件下，考虑工艺的可行性和制品的最终经济效益。（3）混捏使各种原料均匀混合，不同颗粒堆积合理、形成密实程度较高的糊料。由于有粘结性能的沥青的作用，原来松散的颗粒堆积就变为有结合力的相互连接、并具有可塑性的糊料。经过一定时间的混捏，粘结剂还渗透到原料颗粒孔隙中，提高粘结性和密实程度。（1）破碎123（4）成型成型是为了获得具有一定形状、尺寸、密度和机械强度的制品，以利于生坯的运输、焙烧和阳极加工处理。（5）焙烧对于炭素生产，焙烧是将成型后的生坯在隔离空气条件下加热处理，使粘结剂转变为焦炭的过程。焙烧成品性能在很大程度上取决于焙烧过程中沥青的变化。（4）成型124阳极生产工艺流程概述

延迟石油焦由火车或汽车运入，存放在石油焦仓库。经抓斗天车抓到带格筛的受料漏斗，大于300mm的料由人工打碎，小于300mm的料经电磁振动给料器、胶带运输机等喂入双齿辊破碎机进行破碎，粗碎后的料由胶带输送到煅前仓贮存。

改质沥青（简称沥青）由火车或汽车运入，存放在沥青仓库。经抓斗天车抓到受料斗内，再由电磁振动给料机，皮带输送机送入沥青贮仓，然后经振动给料机送入环锤式破碎机进行破碎。

125

破碎后的沥青经皮带输送机进入沥青熔化器内熔化,从溢流槽出来的沥青经过热交换器，配料计量泵而被送入混捏机。煅前仓的石油焦经圆盘给料机和电子皮带秤喂入窑内，经回转窑煅烧后的高温石油焦，进入冷却机冷却。冷却机采用直接冷却和向外壳淋水的双重冷却方式。冷却后的合格煅后焦经皮带运输机和电子皮带秤计量后，由斗式提升机、皮带输送机等送入煅后贮仓。而不合格的煅后焦则通过换向挡板送入废料斗内，由汽车送回煅前皮带输送机，再次入窑煅烧。破碎后的沥青经皮带输送机进入沥青熔化器内熔化126

贮存在煅后焦仓的煅后焦，由电磁振动给料机、皮带输送机送出，并经除铁和电子皮带秤计量后喂入反击式破碎机内进入中碎。破碎后的焦子经振动筛筛分出三种所需的粒级，并存入各个配料仓内。大于12mm的不平衡料，返回破碎机再次破碎。12-6mm的焦粒存入粗焦配料仓，粗焦配料仓满后，返回反击式破碎机。6-3mm的焦粒一部分存入中焦配料仓，另一部分存入填充焦仓，小于3mm的细焦一部分进入辊轮磨前给料仓供磨粉用，另一部分存入填充焦仓，然后用汽车送往焙烧车间。贮存在煅后焦仓的煅后焦，由电磁振动给料机、皮带输送机127

残极、焙烧碎、生碎经“残极破碎工序”处理后，由胶带输送机分别送入残极仓和生碎仓。然后分别由电磁振动给料机、胶带输机送出，并经皮带秤计量后喂入反击式破碎机破碎。残极在这里破碎后由振动筛筛分出两种所需的粒级，并存入残极配料仓内，大于12mm的残极返回破碎机破碎，生碎经筛分后，小于12mm的料存入生碎配料仓，大于12mm的料再返回破碎机破碎。铝用预焙阳极生产简介课件128磨前给料仓内的料由给料机定量喂入辊轮磨粉机，同时收尘粉仓内的料由旋转阀喂入辊轮磨粉机，辊轮磨粉机排出的含尘气体，经双锥体分离器分离，粗粒沉降回机内再磨。空气中所含的细焦粉经旋风收尘器和袋式除尘器收集，由螺旋输送机送至粉料配料仓，净化后的空气排入大气。存放在各种配料仓内的各种物料（除生碎外）经电子皮带秤按要求的比例，连续定量喂入预热螺旋内进行预热。然后与经电子皮带秤定量送来的生碎、经沥青配料泵送的液体沥青一道进入连续混捏机内进行混捏。磨前给料仓内的料由给料机定量喂入辊轮磨粉机，同时收尘粉仓内的129

混捏出来的合格物料由磷板输送机冷却后，进入振动成型机成型。成型碳块由推送机、悬挂输送机送到冷却水池冷却，冷却后的碳块，由输送机送到碳块仓库。混捏机排出的废糊及成型的废块，经处理后，返回配料系统。预热螺旋、混捏机等用的热源均为导热油，由本厂热媒锅炉提供。

制糊成型工序送到碳块仓库的生块经整列后，由堆垛天车堆垛后存放在生块仓库内，然后根据焙烧的需要，生阳极经链式输送机，升降机、辊式输送机送到焙烧炉炉面，用多功能天车把生阳极装入炉内。由汽车送来的填充料倒入填充焦坑内，按要求补充装炉所需的填充料。混捏出来的合格物料由磷板输送机冷却后，进入振动130阳极焙烧炉及设备阳极焙烧炉及设备131生阳极和填充焦由多功能天车按要求装炉完毕后，进行升温焙烧。焙烧以发生炉煤气为燃料，焙烧后的碳块经风机强制冷却后，由多功能天车从炉内取出，经运输、升降设备送至碳块库清理。合格碳块送至碳块库堆垛贮存。

焙烧炉排出的烟气，首先经重力沉降室分离出粗粒粉尘，然后进入洗涤塔，从喷淋塔顶喷淋下来烧碱溶液与烟气充分接触，洗涤烟气中的硫、氟、部分粉尘和焦油，从洗涤塔出来的烟气经过电捕焦油器进一步净化，然后通过烟囱排入大气。洗涤塔排出的污水送污水处理站处理。生阳极和填充焦由多功能天车按要求装炉完毕后，进行升温焙烧。焙132

来自碳