预焙阳极铁含量高的原因及对策

李磊

摘 要：预焙阳极中的铁直接影响电解铝铝产品的质量，同时对二氧化碳反应性和空气反应性起着催化作用，本文通过对兰州铝业有限公司阳极中铁含量的来源进行分析，并介绍了炭素行业常用的几种除铁器，从除铁器的选择和工艺过程控制方面入手，解决阳极铁含量高的问题。

关键词：电解铝；预焙阳极、铁含量；除铁器

引言：

预焙阳极在电解铝中起着导电和参于化学反应的双重作用，其质量的好坏直接关系着铝电解生产的电流效率、炭耗和产品质量。铝液铁含量的高低是铝产品判定品级的重要指标，而预焙阳极是铝液中铁的主要来源之一。经研究铁元素对阳极二氧化碳反应性和空气反应性起着催化作用，预焙阳极铁含量的增加会导致阳极氧化加快，产生掉渣等问题，影响了电解槽的稳定和炭耗，所以对预焙阳极铁含量的来源进行分析，找出降低铁含量的对策至关重要。

1、预焙阳极铁含量的来源

兰州铝业有限公司阳极铁含量常年居高不下，一直是影响阳极质量的主要因素之一，经统计2018年第一季度400KA阳极铁含量均值为1012ppm，200KA阳极铁含量均值为946ppm。以下表格对两个系列阳极配方中物料铁含量进行了统计和分析：

从图表可以看出，残极和粉料中铁含量最高，是影响阳极铁含量的最主要因素，因此降低残极和粉料中的铁含量是制定措施的主要方向。

1.1、原料煅烧工序

经过煅烧后的石油焦和煤沥青是生产预焙阳极的主要原料，目前我国石油焦来自不同的国家和地区，石油焦中硫、钒、铁等微量元素含量差异较大， 炭素厂为了降低原料成本，会采购一部分低价高铁石油焦与铁含量较低石油焦进行掺配使用。原料煅烧工序主要造成铁含量高的因素为：（1）、铁含量较高石油焦没有与低铁含量的石油焦掺配使用，或掺配不均匀，导致部分阳极铁含量超标；（2）、石油焦在转运过程中外界含铁物质混入；（3）、回转窑烧嘴和风嘴烧损，部分铁屑未能及时清理流入煅后焦中。

1.2、生阳极生产工序

生阳极生产工序主要包括原料的破碎、磨粉、配料、制糊、成型等，在此生产工序中引入铁杂质的主要环节为：（1）、球磨机在将煅后焦磨成粉料过程中，因钢球的磨损导致粉料中铁含量增加约700ppm，此过程是铁含量增加的重要环节；（2）、残极破碎时，可将磷铁渣跟残极分离，但未能及時将磷铁渣清理出来；（3）、斗式提升机、带料螺旋等机械设备磨损，导致部分铁屑进入原料中。

1.3、组装工序

组装工序主要是将合格的阳极导杆组装件与阳极炭块组装为一体，供电解槽使用，同时将电解返回的残极经过残极压脱机和钢爪压脱机处理，回收磷铁环和生阳极所用残极。在组装工序是产生铁最多的环节：（1）、在浇铸磷铁水时，因铁水飞溅导致阳极表面附着铁渣，阳极进入电解槽后，随着阳极的消耗进入铝液中；（2）、因钢爪变形、导杆歪曲、磷生铁成分不达标，导致不合格阳极进入电解槽后产生脱极或化爪，大量铁进入铝液；（3）、钢爪氧化皮未清理干净，阳极进入电解槽后，随着温度的升高，氧化皮脱落进入电解槽中；（4）在残极压脱时部分磷铁环掺杂在残极中，进入生阳极生产环节。

2、炭素行业常用的除铁器

2.1皮带式除铁器

皮带式除铁器又叫自卸式除铁器，它是由磁系本体，机架，电机减速机，主、从动滚筒，卸铁皮带及刮板组成。铁磁性物质被吸附到磁系底部，驱动电机带动卸铁皮带靠刮板把铁磁性物质抛到输送皮带外面，完成除铁作业。皮带式除铁器能实现连续卸铁，可提高生产效率，节省劳动力，物料中含铁磁性物质较多时皮带式除铁器是首选的除铁设备。

2.2盘式除铁器

盘式除铁器是一种能产生强大磁场吸引力的设备，除铁器按照操作程序启动投入运行时，物料中的铁磁性物质在强大的磁场作用下，被迅速吸出附着在除铁器上。当不带料时，通过悬吊装置的电动小车移出至卸铁位置，切断励磁电源，除铁器的励磁线圈上产生的电磁吸引力也随之消失，因而除去除铁器所吸附的铁磁性物质。盘式除铁器具有透磁深度大、吸力强、防尘、防雨等特点，但铁件吸附到除铁器上时，必须由人工断电进行清理，对工人依赖比较大，不适合安装在铁量过大的生产环境。

2.3管道除铁器

管道除铁器串接于倾角为55°～75°的物料输送管道中，当物料流经该除铁器时，其中的铁磁性物质被吸附到管道除铁器的不锈钢管壁上，随永磁体的移动逐渐向出铁口方向滑动，在出铁口处，因永磁体沿循环运动方向移开，铁磁性物质失去磁力吸引，在重力的作用下从出铁口排出，实现物料的自动除铁。管道除铁器适合在密闭的物料输送管道使用，可除去粒状铁渣，对粉末状物料除铁效果不好。

3、降低预焙阳极铁含量的措施

3.1、原料煅烧工序

石油焦按照不同厂家和微量元素的化验结果分库堆放，使用时对石油焦进行混配，可保证石油焦中微量元素的均衡，减小阳极质量波动；回转窑煅前皮带输送机上增加1台皮带式除铁器，保证煅前、煅后除铁器的正常运行，及时将铁屑清理干净。

3.2生阳极制造工序

（1）、保证原有煅后焦破碎线、残极破碎线上的皮带式除铁器和盘式除铁器的正常运行，及时将铁屑进行清理。（2）、粗残、细残、残极返回料管及煅后焦返回料管上增加管道式除铁器；（3）球磨粉下料管上增加一台抽屉式除铁器，每次启动球磨机前清理一次铁屑；（4）球磨机钢球改用耐磨钢球，并定期筛分一次钢球，把磨损比较严重的钢球进行清理。

3.3组装工序

（1）、恢复钢爪抛丸机，将上线钢爪上的氧化皮清理干净；（2）、放慢浇铸速度，减少磷铁渣的飞溅，安排专人对炭块表面的铁渣进行清理；（3）、对变形钢爪和导杆及时校正，将磷生铁成分调整到规定范围内，保证组装浇铸质量，防止在电解槽内脱极或化爪；（4）、加强残极清理工作，保证残极表面附着的电解质和铁渣全部清理干净；（5）、保证残极压脱机后皮带输送机上的1台皮带式除铁器、颚式破碎机后1台盘式除铁器、皮带输送机上1台滚筒式除铁器的正常运行。

4、除铁效果

兰州铝业有限公司按照措施要求在两个生产系列的输料管、皮带式输送机上新增17台除铁器，并保证所有除铁器正常运行，所除铁屑能够及时清理；同时加强了相关工艺控制，2018年7、8、9月份铁含量在逐步较低，9月份200KA铁含量下降至726ppm， 400KA阳极铁含量下降至764ppm，除铁效果显著，达到了预期的目的，同时二氧化碳反应性和空气反应性也有所改善。

结语

降低阳极铁含量可以提高铝液质量，改善二氧化碳反应性和空气反应性，节约预焙阳极的生产成本。降低阳极铁含量的关键是根据生产的不同环节选择合适的除铁器；对影响阳极铁含量的关键工艺过程进行有效控制。

参考文献：

[1]肖利峰.控制预焙阳极微量元素的生产实践[J].炭素技术，2010（3）.

[2]杜桂玲，于易如，贾鲁宁等.提高阳极CO2反应性和空气反应性实验研究[J].炭素工艺与设备，2017（12）.