陽極效應(yīng)是熔鹽電解特有的現(xiàn)象,而以電解鋁生產(chǎn)表現(xiàn)優(yōu)為明顯。生產(chǎn)中當陽極效應(yīng)發(fā)生時,電解槽電壓急劇升高,達到20~50V,有時甚至更高。它的發(fā)生對整個電解系列產(chǎn)生很大影響,使電流效率降低,影響電解各個技術(shù)指標,且使鋁的產(chǎn)量和質(zhì)量降低,破壞了整個電解系列的平穩(wěn)供電。在處理的方法上,不外乎有兩種:用效應(yīng)棒(木棒)熄滅,或降低陽極,增加氧化鋁的下料量。達到熄滅陽極效應(yīng)的目的。到目前還未發(fā)現(xiàn)有更好的處理方法。
當今社會,特別是西方國家,對鋁電解生產(chǎn)中陽極效應(yīng)的控制極為嚴格。目前已從若干年的氟化物轉(zhuǎn)向溫室氣體PFCs=CF4+C2F6在陽極效應(yīng)的發(fā)生量(USEPA)。[4]國際鋁專家Haupin提出的"瞄準零效應(yīng)"的管理思路,值得我們思考,Haupin認為,根據(jù)鋁工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀,"零效應(yīng)"管理最為理想。為此筆者認為:在環(huán)保日益重要的今天,鋁電解生產(chǎn)中特別是在大型預焙槽生產(chǎn)中應(yīng)嚴格控制陽極效應(yīng),只要電解槽槽況正常,就不必來效應(yīng)。"零效應(yīng)"管理是鋁電解生產(chǎn)今后發(fā)展的方向。
1.陽極效應(yīng)發(fā)生的機理
到目前關(guān)于陽極效應(yīng)發(fā)生的機理眾說紛紜,但是較好地解釋陽極效應(yīng)的發(fā)生機理的是"陽極過程改變學說" 這種觀點認為[1]: 陽極效應(yīng)的發(fā)生是由于隨著電解過程的進行,電解質(zhì)中含氧離子逐漸減少,當達到一定程度后,則有氟析出且與陽極炭作用生成炭的氟化物,炭的氟化物在分解時又析出細微的炭粒,這些炭粒附在陽極表面上,阻止了電解質(zhì)與陽極的接觸,使電解質(zhì)不能很好地濕潤陽極,就像水不能濕潤涂油的表面一樣,使電解質(zhì)-陽極間形成一層導電不良的氣膜,陽極過電壓增大,引起陽極效應(yīng)。當加入新的氧化鋁后,在陽極上又析出氧,氧與炭粉反應(yīng),逐漸使陽極表面清靜,電阻減小,電解過程又趨于正常。
陽極效應(yīng)的機理是[4]:
Zc=RT/Fin{ic/ic-I}
式中Nc-產(chǎn)生陽極效應(yīng)的濃度過電壓;
R-氣體常數(shù);
T-溫度, 0K;
F-法拉第常數(shù);
Ic——臨界電流密度;
i——任一陽極上的電流密度;
Nc——0.00004308Tin{ ic/ic-I }
臨界電流密度是溶解氧化鋁濃度的函數(shù);然而也受電解質(zhì)流動,電解質(zhì)溫度,陽極尺寸(包括消耗后陽極的界面變化)和槽膛體積的影響。臨界電流密度隨著氧化鋁濃度的降低而降低(由于Nc隨著ic趨近于1)隨著氧化鋁濃度的降低,陽極上產(chǎn)生了氣泡,致使電解質(zhì)表面張力增加,使陽極效應(yīng)的過電壓升高。導致AE發(fā)生。
這種觀點較好地解釋了陽極效應(yīng)發(fā)生的原因。為電解科技工作者所接受。
2. 陽極效應(yīng)危害
在鋁電解生產(chǎn)中陽極效應(yīng)的危害性,不僅表現(xiàn)在對生產(chǎn)的危害上,而且對生態(tài)環(huán)境的危害極其嚴重。筆者將從幾個方面進行闡述。
2.1陽極效應(yīng)危害性對生產(chǎn)的危害
生產(chǎn)中當陽極效應(yīng)發(fā)生時,電解質(zhì)的溫度急劇升高,由正常值的940℃~955℃急速升高到980℃~990℃,爐幫熔化變薄,增加了側(cè)部炭塊被侵蝕的可能性。電壓的急劇升高,使系列電流波動,影響電解槽的產(chǎn)量。電耗增加。生產(chǎn)中陽極效應(yīng)的熄滅方法是:將效應(yīng)棒即(大約2~3米直徑2~4cm的樹枝)插入鋁液中使木棒燃燒排除陽極底掌的氣體薄膜,清潔陽極底部,實際是在燃燒鋁液,整個過程大約持續(xù)3~5分鐘,而此時電解的電化學過程是停止的,這也就是電解職工常說的"效應(yīng)時間不產(chǎn)鋁,而且還要跑電耗的"原因所在。因此造成鋁液的嚴重損失。
以300KA中間下料預焙槽為例:效應(yīng)系數(shù)0.3次/槽日,效應(yīng)時間5min,電流效率93%,一個陽極效應(yīng)少產(chǎn)原鋁:300×0.3355×5÷60=8.4kg,噸鋁電耗增加158kwh,
這種能量在生產(chǎn)中大多轉(zhuǎn)化為熱能,使電解槽極距間溫度急劇升高,進而向陽極四周傳導,使的電解槽溫度升高,引起電解質(zhì)中氟化鋁的大量揮發(fā)。以我公司電解槽為例:一個效應(yīng)時間5min,分子比平均上升0.1.氟化鋁大約損失10~20kg.
傳統(tǒng)的觀點認為:利用陽極效應(yīng)可以分離炭渣,清潔電解質(zhì),補充電解槽熱量的不足,化沉淀。但是隨著陽極質(zhì)量的提高以及智能模糊控制計算機系統(tǒng)和點式下料技術(shù)的應(yīng)用,陽極效應(yīng)優(yōu)點愈來愈變得渺小,因此傳統(tǒng)的這種觀點已不能適應(yīng)當今現(xiàn)代電解槽生產(chǎn)。
當今社會,特別是西方國家,對鋁電解生產(chǎn)中陽極效應(yīng)的控制極為嚴格。目前已從若干年的氟化物轉(zhuǎn)向溫室氣體PFCs=CF4+C2F6在陽極效應(yīng)的發(fā)生量(USEPA)。[4]國際鋁專家Haupin提出的"瞄準零效應(yīng)"的管理思路,值得我們思考,Haupin認為,根據(jù)鋁工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀,"零效應(yīng)"管理最為理想。為此筆者認為:在環(huán)保日益重要的今天,鋁電解生產(chǎn)中特別是在大型預焙槽生產(chǎn)中應(yīng)嚴格控制陽極效應(yīng),只要電解槽槽況正常,就不必來效應(yīng)。"零效應(yīng)"管理是鋁電解生產(chǎn)今后發(fā)展的方向。
1.陽極效應(yīng)發(fā)生的機理
到目前關(guān)于陽極效應(yīng)發(fā)生的機理眾說紛紜,但是較好地解釋陽極效應(yīng)的發(fā)生機理的是"陽極過程改變學說" 這種觀點認為[1]: 陽極效應(yīng)的發(fā)生是由于隨著電解過程的進行,電解質(zhì)中含氧離子逐漸減少,當達到一定程度后,則有氟析出且與陽極炭作用生成炭的氟化物,炭的氟化物在分解時又析出細微的炭粒,這些炭粒附在陽極表面上,阻止了電解質(zhì)與陽極的接觸,使電解質(zhì)不能很好地濕潤陽極,就像水不能濕潤涂油的表面一樣,使電解質(zhì)-陽極間形成一層導電不良的氣膜,陽極過電壓增大,引起陽極效應(yīng)。當加入新的氧化鋁后,在陽極上又析出氧,氧與炭粉反應(yīng),逐漸使陽極表面清靜,電阻減小,電解過程又趨于正常。
陽極效應(yīng)的機理是[4]:
Zc=RT/Fin{ic/ic-I}
式中Nc-產(chǎn)生陽極效應(yīng)的濃度過電壓;
R-氣體常數(shù);
T-溫度, 0K;
F-法拉第常數(shù);
Ic——臨界電流密度;
i——任一陽極上的電流密度;
Nc——0.00004308Tin{ ic/ic-I }
臨界電流密度是溶解氧化鋁濃度的函數(shù);然而也受電解質(zhì)流動,電解質(zhì)溫度,陽極尺寸(包括消耗后陽極的界面變化)和槽膛體積的影響。臨界電流密度隨著氧化鋁濃度的降低而降低(由于Nc隨著ic趨近于1)隨著氧化鋁濃度的降低,陽極上產(chǎn)生了氣泡,致使電解質(zhì)表面張力增加,使陽極效應(yīng)的過電壓升高。導致AE發(fā)生。
這種觀點較好地解釋了陽極效應(yīng)發(fā)生的原因。為電解科技工作者所接受。
2. 陽極效應(yīng)危害
在鋁電解生產(chǎn)中陽極效應(yīng)的危害性,不僅表現(xiàn)在對生產(chǎn)的危害上,而且對生態(tài)環(huán)境的危害極其嚴重。筆者將從幾個方面進行闡述。
2.1陽極效應(yīng)危害性對生產(chǎn)的危害
生產(chǎn)中當陽極效應(yīng)發(fā)生時,電解質(zhì)的溫度急劇升高,由正常值的940℃~955℃急速升高到980℃~990℃,爐幫熔化變薄,增加了側(cè)部炭塊被侵蝕的可能性。電壓的急劇升高,使系列電流波動,影響電解槽的產(chǎn)量。電耗增加。生產(chǎn)中陽極效應(yīng)的熄滅方法是:將效應(yīng)棒即(大約2~3米直徑2~4cm的樹枝)插入鋁液中使木棒燃燒排除陽極底掌的氣體薄膜,清潔陽極底部,實際是在燃燒鋁液,整個過程大約持續(xù)3~5分鐘,而此時電解的電化學過程是停止的,這也就是電解職工常說的"效應(yīng)時間不產(chǎn)鋁,而且還要跑電耗的"原因所在。因此造成鋁液的嚴重損失。
以300KA中間下料預焙槽為例:效應(yīng)系數(shù)0.3次/槽日,效應(yīng)時間5min,電流效率93%,一個陽極效應(yīng)少產(chǎn)原鋁:300×0.3355×5÷60=8.4kg,噸鋁電耗增加158kwh,
這種能量在生產(chǎn)中大多轉(zhuǎn)化為熱能,使電解槽極距間溫度急劇升高,進而向陽極四周傳導,使的電解槽溫度升高,引起電解質(zhì)中氟化鋁的大量揮發(fā)。以我公司電解槽為例:一個效應(yīng)時間5min,分子比平均上升0.1.氟化鋁大約損失10~20kg.
傳統(tǒng)的觀點認為:利用陽極效應(yīng)可以分離炭渣,清潔電解質(zhì),補充電解槽熱量的不足,化沉淀。但是隨著陽極質(zhì)量的提高以及智能模糊控制計算機系統(tǒng)和點式下料技術(shù)的應(yīng)用,陽極效應(yīng)優(yōu)點愈來愈變得渺小,因此傳統(tǒng)的這種觀點已不能適應(yīng)當今現(xiàn)代電解槽生產(chǎn)。