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铝电解中阳极效应的原因及控制措施分析

2018-01-29

世界有色金属 2018年23期
关键词:铝电解电解槽氧化铝

张 磊

(沈阳科技学院,辽宁 沈阳 110167)

阳极效应会对铝电解整个过程造成巨大损失,在生产控制中,相关人员的工作重点应放在阳极效应规避中,这可以在根源处斩断效应带来的一系列负面影响。在系统设计应用中,相关人员应找到影响效应熄灭成功率的因素,如此才能使系统的自动化控制力度加大,阳极效应才能消失在萌芽阶段。本文主要针对铝电解中阳极效应的原因及控制措施进行分析。

1 阳极效应造成的危害

主要包括以下六方面,其一在阳极效应作用下,电解槽的电压和电流都不再正常,电压的变化,会使电流运行效率降低,这不利于电能的有效利用,高电压和过电流会使环境温度升高,长期以往,电能浪费量必然增加[1]。其二该效应不仅会浪费电能,其对电压和电流的影响,会使整个供电系统运行效率降低,安全系数降低,当铝厂供电需求和供电质量得不到满足时,铝厂的生产效率自然会下降,如果不控制该效应,其造成的危害会越来越大,并形成恶性循环。其三阳极效应的发生也会影响铝电解速度,在效应作用影响最大时,电解过程会停止,铝便无法生产。其四当生产效率降低时,原材料用量会增大,产出量会减少,且该效应还会造成氟化盐的挥发,这意味着铝厂需要投入更多的原材料,才会生产出等量的铝产品。其五阳极效应还会对周围环境造成负面影响,劳动条件的恶化必然会对工作人员身心带来影响。其六效应作用下的最终产品质量会下降,甚至不达标。其七会使电解槽的能量无法再保持平衡,炉膛也会发生质损。

2 铝电解阳极效应的原因分析

(1)阳极效应机理。铝电解环节电解对象主要为冰晶石-氧化铝熔体,电解槽中的阳极组成物质主要为炭,在电解过程中,电解对象的浓度会逐渐被稀释,当该浓度过低时,炭端湿润度下降,其对气体的吸收效率会提升,炭阳极气体过多,会形成阻隔电流的气体膜,炭本身会被气体膜覆盖,相关的导电面积便会减少,这会使电流密度会逐渐飙升至最大值,这超出了安全规定标准数值,这便是阳极效应产生机理[2]。

(2)阳极效应原因。第一,换极作业过程中的阳极效应。其发生原因主要包括以下几方面,其一在电解对象浓度较低的条件下,发生换极作业,阳极被调开后,其电流密度会上升,远远超过电解对象能承受的最大电流密度,在这种状态下,阳极效应必然发生。其二电解质不合格,换极作业便可能对其造成影响,使其导电面积发生改变,在阳极调出后,电解质会回落,此过程便会造成阳极电流密度变大。第二,出铝过程中的阳极效应。其发生原因主要包括以下三方面,其一在电解氧化铝过程中,相关人员应控制铝液和阳极回落时间,使其保持同步,该过程需要通过计算机设备调控槽控机来达到目的,但如果槽控机的出铝键失效或出现滞后现象,两者则会先后落下,电解质落下时,阳极还未落下,这会使阳极的电流密度远远超过电流密度安全标准值,阳极效应自然发生。其二该过程中的过料量是有限的,不能满足铝的过量加工,这也会造成阳极效应。其三电解槽中的温度应保持恒温,温度参数才不会成为阳极效应发生的导火索,在实际中,电解槽经常会出现降温现象,有时是出铝散热引发,有时则是冷料加入后导致的降温。在这样的环境中,槽子必然发生阳极效应。第三,减量期发生的阳极效应。发生原因主要包括以下两种,其一在电压摆过程中,材料数量减少,阳极上升,会为阳极效应发生创造机会,这样的反应时间过长会加快阳极效应发生。其二操作不规范引发的减量加工现象,欠料加工条件下,氧化铝浓度必然降低,阳极效应会发生。第四,增量期发生的阳极反应。发生原因主要如下,其一下料口堵塞,增量指令失效,氧化铝浓度无法上升,则会发生阳极效应。其二同上,下料量减少,也会发生阳极效应。其三电解质杂质多,会影响氧化铝的溶解程度,虽然电解槽处于增量期,但实际的氧化铝浓度依然很低。其四停电状态下,槽温下降。

3 铝电解中阳极效应控制措施

(1)强化自控预报系统的建设。在铝电解生产过程中,铝厂会利用信息技术编制阳极效应预报程序和相关系统,专门用其来监督电解质中氧化铝浓度的变化、电解槽电阻变化、电流密度变化等,这些变化有可能会导致阳极效应,相关人员需要在预报程序中设置临界值,便可达到预报目的,当实际变化情况远远超过临界安全状态时,预报系统会发生警报。预报控制系统预报的主要参考依据是氧化铝浓度和电阻关系曲线图。该系统虽能预报警示,但依旧存在缺陷,相关人员还需要优化系统,使其能准确反映氧化铝变化后的浓度。

(2)构建完善的自动熄灭控制系统。自动熄灭控制系统意在将阳极效应扼杀在摇篮里,使其在萌芽状态便被消除。所以该系统要比自控预报系统优良,当然其在应用中也会受到一些因素的影响,如加料量、槽况等,相关人员需要结合这些因素,合理优化设计系统。相关系统为ELAS系统,该系统中的自动熄灭效应控制模块比较完善,可以及时发现阳极效应,及时消除效应。在构建系统完毕,相关操作人员还要掌握该系统的操作方法,如实执行自动熄灭阳极效应步骤。

(3)规范现场操作。在增量期,工作人员的误操作会造成阳极效应,在换极过程中,工作人员操作不规范,导致异常物料落到电解槽,换极精度会降低,在异常物料打捞过程中,整个换极空间和时间会增多,这反而会增加阳极效应的发生几率,相关人员需要规范现场操作,减少换极过程中的废物和时间。与此同时,相关人员还要控制电解槽的温度,使其一直保持在恒温状态。减量期的下料系统也是重点控制对象,避免物料堵塞或物料量减少现象,如此电解槽中的氧化铝浓度才不会降低。

(4)保证参数合理有效。下料系统与计算机设备连接在一起,这方便相关人员远程操控电解铝过程,相关人员需要通过设备,查看下料参数变化情况,主要对监控曲线进行分析,找到其中的异常参数,下料时间间隔等参数还要与实际需求相适应,如此铝电解过程中的参数才合理有效。

(5)减少停电次数。停电时间过长,也会导致氧化铝浓度降低,铝厂需要做好本厂的供电系统管理工作,保证供电可靠,减少停电次数,使电能稳定,使电解槽中的电压不会高升,如此电流密度也不会飙升,整个电解槽也会更加稳定。

(6)其他控制措施。首先找到阳极效应降低消除条件,如控制氧化铝质量,提升阳极质量,使用优质下料器,提供充足的原料,提升下料均匀度,避免电解质萎缩等等,都可以作为控制措施。

4 结语

在铝电解阳极效应熄灭控制中,相关人员应清楚意识到阳极效应弊大于利,还应对具体的危害性和原因、作用机理等了如指掌,这些信息是自动熄灭控制系统设计的参考依据。在系统应用发展中,相关人员还应致力于系统的优化设计,集成先进技术来提升系统的自动化程度,使熄灭系统对阳极效应的作用优势更显著。

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