炭材料的發展之鋁用陽極、 陰極炭塊

2021-02-25 中鋁協

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1886年美國Hall和法國Herult分別申請了以炭電極為陽極，石墨坩堝為容器和陰極，電解生產金屬鋁的專利。由於生產過程中的強腐蝕性,要求陽極和陰極具有耐高溫、石墨粉導電性好、抗腐蝕等性能，只有炭材料是唯一能作陽極和陰極的材料。19世紀末，鋁電解生產最初是用小型預焙陽極，但到上世紀20年代開始,使用鐵合金爐採用連續自焙陽極。
　　
　　50年代則開始廣泛採用由預焙陽極炭塊組裝成的預培陽極電解槽，由於容量大、電耗低、環保好，90年代後逐漸取代了自焙陽極。國內在上世紀90年代以前，也多採用自焙陽極，大型預焙陽極直到上世紀末才被推廣使用。鋁電解槽中使用的陽極分為預焙陽極和陽極糊兩種,常由鋁廠自備炭電極車間生產。
　　
　　陰極分炭質和石墨質,一般以無煙煤、焦炭和石墨為原料擠壓製得，通常多為炭質，為延長使用壽命在考慮總成本前提下也使用導熱性好、膨潤性小的石墨質製品。近十年來，國外在陰極炭塊方面有實質性的突破，高檔炭塊的電阻率已在20µΩ·m以下，槽壽命在2500天以上。而國內陰極炭塊的電阻率普遍在40µΩ·m左右，槽壽命在1500天以下。陰極炭塊電阻率的高低，直接反映了電解槽的電耗水平。
　　
　　如果我國陰極炭塊的電阻率能平均降低10µΩ·m，噸鋁可節電約350kW·h。按全國生產1000萬t鋁計，可節電35億kW·h，節約電費14億元。目前我國共有鋁用炭生產企業120多家，產能為250萬t。鋁用炭成為新的投資熱點，2004年預焙陽極產量超過300萬t，陰極炭塊產量超過40萬t。但因電解鋁現有產能難以充分發揮，鋁用炭的銷售面臨困難。國內鋁用炭的價格與國際市場價格相比更為低廉，不少企業都在尋求新的渠道加大出口。某碳素廠成功應用炭陽極焙燒曲線工藝和焙燒爐燃油自動化等技術，使炭陽極的二氧化碳反應性等主要技術指標達到或優於國際同類產品標準，成為我國炭材料製品出口基地之一。

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