残极在电极糊生产中的应用及其对电极糊性能的影响探讨

洪亚锋

摘 要：研究了电极糊配方中添加不同粒度和比例的硬残极对电极糊性能的影响，得出当添加粒度范围为20～8am，添加比例为20%时，电极糊的耐压强度和体积密度提高程度最大，并有效降低了电阻率和灰分。

关键词：电极糊；残极；应用

电极在槽内运作一段时间（一般为一个周期）后，残机会在电解槽内发生钢爪熔化的现象，因此，必须要定期将新极换入、旧极换出。残极具有如下特性：在高温焙烧残极后，残极的机械强度将会比石油焦高，其气孔率也会非常低。由于这种特性，残极多被当作原材料来制备碳素制品，以便提高碳素制品的综合质量。

根据周新林等人关于不同种类的残极以及不同残极配入方式给阳极质量造成的不同影响的研究可知，通过，残极可以通过电解反应变成返回料。所得到的返回料在清理干净后，可以发现硬残极依然以大颗粒的骨料形式存在，并可以参与到配料之中，进而返回来提高预焙阳极的综合质量。

根据杨凯长等人关于残极性质、破碎方法、返回生产流程掺配方法、添加比例的的研究结果可知，若要提高碳素制品的机械强度，可以通过添加残极来实现。在掺配含有残极的配料后，所制成的阳极糊与预焙阳极具有的耐压强度比未掺配之前有了2MPa的改善。不过，部分文献也有提到，若在预焙阳极的制备过程中添加残极，将会导致产品质量受到严重影响。

电极糊具有碳素功能，这种材料是电石炉的核心，其重要性要求电极糊必须要具有极高的强度与抗热震特性。而低碳经济给高能耗企业带来了越来高的要求，电石炉不再是形体巨大、状态封闭，体积小、半密闭或敞开式的电石炉逐渐将其取代。因此，对电极糊的性能的要求越来越高。截止到当前，尚没有将残极应用于电极糊生产的研究报告。由于残极具有高机械强度与非常低的气孔率的优越性，又能使电极糊的质量大大提高，对于节省生产成本非常有效。当前，新疆众和公司针对每年超过400吨的返厂阳极局面，尝试添加残极来代替原有生产预焙阳极的原料，以达到节约成本、节能减排、保护生态环境的目的。

文章尝试将不同粒级、配比的残极配比于电极糊制作配方中，对比残极对电极糊的各项指标与相关性能造成的影响，由于试验环境与生产实际有一定的差别，因此仅供参考。

1 残极具有的性质与特性

残极在和电解质有了长期的接触后，将会产生诸如铝、镁、钙、钠、氟等电解质成分，于外表形成了电解质硬壳。将这些电解质成分进行彻底清理后，残极仍可重新利用。将残极从槽中替换出来后，按照残极的质量可以根据其性能指标高低与对阳极质量造成的影响大小作软、硬两种分类。其中产生电解质少、受侵蚀程度低的残极，由于和预焙阳极的相关指标与性能没有太大差别，被当作硬残极。软残极则是较预焙阳极的相关指标与性能有着较大差别的残极。因此，在进行残极添加时，多选择硬残极。主要注意的是，硬残极的灰分较高，是因为在电解的过程中，有一些电解质渗入到残极中所导致的。

残极与预焙阳极在平均耐压强度这项指标上有一定的差距，残极是47MPa，与预焙阳极相差了大约7.84%。究其原因，与炭阳极材料的多微孔性决定的。在电解槽中发挥作用时，高温产生的氧化气体以及各种电解质都在对炭阳极进行渗透，氧化等各种反应使得炭阳极的材质变得疏松，产生越来越多的碎渣，并于使用过程中慢慢脱落。见表1，当真密度变为2.03g/cm3后，耐压强度正好高于47MPa，其可挥发部分就很少了，其理化性质非常接近段烧焦（即水分为0.05%，灰分为5.94%，粉末电阻率为560.85？滋Ω，挥发分为0.11%）。于是，这时可以将残极作为电极糊的添加物，以增加电极糊的强度。

2 电极糊生产试验

2.1 实验准备

（1）原料：a.颗粒料：电煅煤；b.粉料：煅烧石油焦。

（2）黏结剂：a.改质沥青；b.葸油。

（3）试验流程：a.筛分→b.配料→c.混捏→d.成型。

2.2 硬残极的掺配方案

将硬残极进行彻底清理并放入颚式破碎机进行破碎，保证粒度低于2cm。保证电煅煤和石油焦之间的比例以及黏结剂的用量都不发生变化，进行如下掺配比的试验：粒度（1）20-8mm；（2）8-4mm；（3）4-0mm。按照以上不同粒度分别进行0%-20%的试验。其中混捏温度应该在160℃至175℃之间。

3 结果和讨论

3.1 电极糊性能与残极添加比例之间的关系

硬残极掺配比不同，即便产品指标可以满足国家一级标准的要求。若粒度不同，最终生产的电极糊也有着不同的性能。同理，粒度相同的前提下，硬残极掺配比不同也会影响到电极糊的性能指标。以粒度在0-8mm的骨料为例，若将各项指标提高到最大幅度，那么灰分将会减少1.21%左右，耐压强度反而将会提高至少35%左右。

3.2 结果分析

通过试验我们可以发现：硬残极添加与电极糊指标变化，呈现出相同的趋势，即：若提高了电极糊的耐压强度，相应的其他指标也会发生变化。简单的说，硬残极于高温电解槽中运行时，电解质对其造成的侵蚀比较弱，这使得硬残极在耐压强度、体积密度方面仍有较高的数值，因而电阻率与灰分也不是很高。相对于电煅煤，硬残极具有更高的密度，适量替代电煅煤作为骨料时可以取少量来替代电煅煤，这样不但能节省沥青的消耗，还可以使电极糊增加一定的体积密度。

硬残极受高温影响，气孔减少、结构具有高致密性，混捏环节可以在提高温度的同时适量减少黏结剂。这样浸润程度不会变化，糊料的塑性也不会降低。电极糊不改变挥发分，使用单耗不会增加，有助于降低对环境的污染，有利于工人健康工作。

公司实际上拥有的硬残极非常少，因此本试验没有添加不符合实际的硬残极掺配比。仅仅验证了增加粒度与电极糊强度密度之间的联系。需要注意，添加量要有限制，避免气孔率增加而减少黏结剂的浸润程度，进而影响电极糊的性能，最終引起软断或硬断等事故。

添加硬残极强化电极糊，需要进行理化指标检测并保证电极糊的洁净，否则不但起不到优化性能的目的，反而影响电极糊的综合质量，值得注意的是，由于残极在电解槽中使用了一段时间，渗入了电解质，含有部分微量元素和杂质，如果清理不干净，会极大影响使用性能，添加后反而会降低电极糊的质量。

4 结束语

文章进行电极糊的生产试验，探究于配方中根据不同粒度进行不同掺配比的残极添加，所得出的电极糊指标的前后变化。由试验结果发现，在粒度为20-8mm时，添加比例若为20%，则可以使电极糊有效提高耐压强度与体积密度，同时电阻率和灰分也明显降低。另外，，生产过程中添加残极，还能达到节约成本的目的。

参考文献

[1]杨凯长，尼云泉.残极在炭素生产中的再利用[J].轻金属，2003（2）：54-55.

[2]赵红征，周新林.预焙阳极灰分对电解铝生产的影响极有效控制[J].轻金属，2006（11）：5l-57.

[3]夏金童.我国电极糊现状与实际使用中的问题综合分析[J].炭素，1995（4）：21-28.