石油焦对预焙阳极质量的影响因素分析.pdf

Chenmical Intermediate 当代化工研究 150百家争鸣201701 石油焦对预焙阳极质量的影响因素分析 ＊赵鹏冲 赵秀琪 （陕西美鑫产业投资有限公司 陕西 727000） 摘要科学技术的进步使得电解铝行业得到迅猛的发展，与此同时，也促进了炭素行业的快速发展，除此之外，还带动了炼钢业的发展 壮大，使得电极生产必不可少的石油焦需求量极速增大，但是随着国内炼钢行业的快速发展使得国内的优质石油焦原料越来越紧俏，为保 障国内炼钢产业的良好发展，针对石油焦的预焙阳极质量进行研究具有非常重要的意义，必须从原材料控制角度着手，有效控制预焙阳极 质量，这对阳极生产具有非常现实的意义。文章从不同角度论述了石油焦对预焙阳极质量的影响因素，供大家参考。 关键词石油焦；预焙阳极质量；影响因素 中图分类号T 文献标识码A Analysis of the Influencing Factors of Petroleum Coke on the Prebaked Anode Quality Zhao Pengchong, Zhao Xiuqi （Shanxi Meixin industrial investment Co., ltd, Shanxi, 727000） AbstractThe progress of science and technology has promoted the electrolytic aluminium industry’s development in a fast speed, meanwhile, it has also promoted the fast development of carbon industry, apart from that, it has driven the development and growing of steel-making industry, besides, it has increased the demand for petroleum coke, which is essential for the electrode producing, in a extremely speed. However, along with the fast development of domestic steel-making industry, the supply of domestic petroleum coke raw materials of high quality has become more and more tight. In order to guarantee the good development of domestic steel-making industry, take a study of the petroleum coke’s perbaked anode quality is of great significance and it must be done from the perspective of raw materials control, besides, control effectively the prebaked anode quality, which has much practical significance for the anode production. In this paper, it has expounded the influencing factors of petroleum coke on prebaked anode quality from different perspectives for people’s reference. Key wordspetroleum coke；prebaked anode quality；influencing factors 当前铝工业大型玉焙槽技术已经得到了非常广泛的应 用，同时对预焙阳极性能与质量提出了非常高的要求，我国 从上世纪八十年代开始从国外引进预焙阳极先进技术，经过 多年来的发展，虽然当前阳极生产工艺与生产质量有了非常 大的改进，但是和国外先进水平相比，始终存在着巨大差 距。铝电解用预焙阳极被称作是电解槽的“心脏”，在电解 过程中它会起到导电和其化学反应两方面作用，因此在铝电 解过程中炭耗起到了非常重要的作用，随着炼钢业的不断扩 大，对石油焦的需求量不断增大，造成了优质石油焦需求量 的紧缺，这种情况下分析石油焦对预焙阳极质量的影响因素 进行分析很有必要。 1.阳极消耗对电解的影响 理论上炭在电解过程中的消耗在333667kg/t-Al之 间，但若使电流效率达到100却不可能实现，实际使用过 程之中的炭消耗量远远大于理论值，目前可以实现的电流 效率为95，与此同时相对应的炭耗保持在400420kg/t- Al的范围，这与理论消耗值的差距较大。电解消耗如图1所 示。电的化学反应所需要的消耗与过量的消耗共同构成阳极 的净消耗，阳极的质量与过量消耗之间关系甚密，但是又由 于阳极质量的不同，导致过量消耗指标范围为20150kgC/ t-Al，目前国内青海某公司实际使用过程之中的阳极消耗为 460kgC/t-Al，所对应的电化学反应消耗为360kgC/t-Al， 其过量消耗的平均值为100kgC/t-Al，和国际先进指标始终 存在较大差距。从以上论述中可以看出，预焙的阳极对阳极 的消耗有着最为直接的影响，与此同时，对阳极的消耗造 成影响的因素众多且均与阳极质量关系密切，CO2反应性与 空气反应性等阳极的抗氧化性能与微量元素直接相关，与 阳极原料也关系密切，且石油焦作为主原料直接影响着阳极 质量。 构型消耗， 加工消耗 残极消耗 电化学消耗， 氧化消耗， 碳粉粒消耗， 总耗， 47 13 26 13 1 100 表1 电解消耗 2.石油焦特性对阳极质量的影响 铝电解所需要的预焙阳极一般由煤沥青胶、石油焦以及 残极构成，该材料表现出多孔性，与此同时，还经以高温热 对其进行处理之后方可作为预焙阳极生产所需要的材料，在 此阳极的生产过程中，为保障阳极的强度以及密度，煅烧之 后的焦需要按照不同粒径来使用。 1密度 密度较高的焦其空气度往往比较小，且容易石墨化，同 时电阻率比较低、热膨胀系数较小，高温煅烧处理后，促进 石油焦强度、致密度及导电性能的提高，经过煅烧之后的材 料其物理化学性能的提高程度都比较明显，阳极质量也发生 了改变，煅烧温度直接影响了煅烧质量，但并不意味着煅烧 焦致密度越高预焙阳极的质量就越高，研究表明，煅后焦的 致密度为2.05gcm-3时，阳极中的二氧化碳反应性指标会 表现出明显的变化，但是超高温并不会获得更好的效果，反 而会对质量造成不利影响。 151百家争鸣 Chenmical Intermediate 当代化工研究 201701 1 2 100 0 0.1 400 电阻率Ωmm2/m 挥发制作放量 800 1200 1600 2000 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 0 300500700900 110013001500 4 3 100 1.8 1.4 1.0 真密度g/cm3 相对收缩率 2.2 0 5 5 10 20 10 15 15 300500700900110013001500 图1 热裂石油焦性质的变化与燃烧温度的关系 1-挥发份排出量 2-电阻器 3-相对收缩 4-真密度 2电阻率 煅烧焦电阻率对炭阳极电阻率有着较为明显的影响， 不同焦子的粒度范围不同，电阻率也就不同，伴随热处理温 度的逐渐升高，煅后焦所对应的电阻率开始慢慢降低，待煅 烧温度高达1200℃时电阻的变化接近停止，石油的焦排气 也基本结束，由此可见，原料电阻率决定了最终的阳极电阻 率。大量生产经验证实，原料电阻率、预焙阳极电阻率二者 主要呈现出正比例关系。 3颗粒强度 颗粒强度对炭的阳极强度有着直接的影响，铝电解的预 焙阳极在侵蚀性极强且高温的冰晶石溶液当中使用才能发挥 最大的效用，此时需要导电性、抗热振性以及机械冲刷性等 均较强，同时对炭压进行降低，除此之外，大颗粒的煅后焦 骨料需要充分保证其预焙阳极的强度，石油焦颗粒须保证有 足够的强度，才能保证阳极的质量。 4杂质含量 石油焦的炼制以石油为主要原料，杂质的存在在所难 免，杂质元素参与电解对原铝性质产生影响，使铝的机械强 度得到降低，同时增加电阻率，与此同时与炭素制品质量也 存在着直接性的关系，导致炭素制品的物理性能下降，诸如 硫就是其中有害性较大的一种杂质，对此可以在电解中以高 硫焦对阳极进行炼制，以氧化物的形态转变成气相，将会对 电解环境造成十分严重的污染，此外，阳极棒上还会生成硫 化铁，使电压降增加。石油焦中杂质典型值如下表2所示。 杂质硫氢钠硅磷钾钙 单位PPmPPmPPmPPmPPm 典型值1.0-3.00.05-0.1100-200100-20010-3020-5020-100 表2 阳极石油焦中杂质的典型值 5焦炭和二氧化碳的反应性能 二氧化碳反应性、预焙阳极空气反应性与阳极的过量消 耗有着最为直接的关系，石油焦指标会对炭阳极指标产生影 响，而石油焦的空气反应性与着火温度、石油焦孔度及杂质 含量等直接相关，而二氧化碳反应性和石油焦中密度及杂质 含量等因素相关。 3.原材料控制措施 因为石油焦的产地都各不相同，在现阶段石油焦供应 量越来越紧张的情况下，应积极采取措施有效保证预焙阳极 质量，其中材料均化是一种非常有效果的方法，该方法需将 不同质量以及不同产地的原料分仓堆放，如此方可保证物料 理化指标的均匀性以及稳定性。青海某公司也展开了相应的 研究及生产，并获得了很好的效果，具体措施包括购置了一 台微量元素分析仪，建立起元素分析与配比选择等相关内容 的数据库系统，分类存放不同微量元素，充分实现了混料煅 烧，按预焙阳极所要求的质量标准，并结合实际生产之中所 使用的夏装，针对施工现场的全部进场材料给予配料。本文 上述的配料方案所需要的投资较少，且简便易行，该公司在 对原料初级配料实际情况进行前后的比对之后发现，在未曾 使用均化技术前，原料S元素的最高含量可达2.59，最低 也维持在0.6左右，在利用原料的均化技术后，煅后原料 中微量元素基本上可以保持在比较稳定的范围之内，还是以 S元素为例，其基本含量可以维持在0.130.16之间， 阳极的质量基本上是稳定的。 结语 综上所述，石油焦是目前国内的预焙阳极生产使用较为 普遍的一种原料，其自身性质与阳极质量有着最为直接的相 关，目前国内的铝工业发展迅速，从而带动了铝用炭素行业 的整体快速发展，在这种情况下，使得国内的优质石油焦处 于供不应求的局面。通过研究石油焦与预焙阳极质量之间的 影响关系发现，原料的应用均化技术可以有效解决目前整个 行业阳极质量不佳的问题，大量实践经验证实，它是一项效 果明显、简单易行的方法和途径。 【参考文献】 [1]李纯,陆惠国,高东善,张锡平,张艳凤.应用石油焦压密技术研 究开发优质预焙阳极[J].轻金属,2007,1245-51. 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