刍议添加剂对铝用碳素阳极消耗的影响

袁照东

摘 要 在进行铝电解生产过程中，碳素阳极的石油焦以及沥青结焦之间存在着活性差异，此种差异是造成碳素阳极消耗的重要原因。本文主要通过测定石油焦以及沥青结焦和二氧化碳反应的方式分析不同添加剂对于铝用碳素阳极消耗的影响，从中可知不同添加剂能够不同程度降低石油焦和沥青结焦与二氧化碳反应活性的差异，能够减缓氧化速度，可以有效降低碳素阳极消耗。

关键词 添加剂;铝用碳素阳极;二氧化碳

引言

本文主要分析石油焦、沥青结焦和CO2的反应来找到可以有效降低沥青结焦活性的添加剂，从而有效降低碳素阳极的消耗，进一步促进电解铝产业的发展。

1基本试验概述

1.1 试样的备制

为了能够获取准确的试验数据，先要制备出有效的试样。本文主要设定六种添加剂，分别为：AlF3、A、B、C、AlF3+C、AlF3+D等，将这些添加剂按照1%的质量分数添加到破碎之后的沥青以及煅后的石油焦颗粒当中，通过三维混料机将这些材料混合均匀后装入到刚玉坩埚中并做好相应的密封，将这些混合料与空白试样共同投入到大黏土坩埚当中，通过石墨粉覆盖之后遵照相应升温制度烧至1150℃并保持温度3小时，确保其自然冷却之后，将得到的沥青结焦破碎并筛分，从中选取出合适粒径（控制在0.9～2mm范围）的颗粒实施CO2活性反应测试[1]。

1.2 试验的过程分析

CO2活性反应测试要在活性检测装置中进行，该装置最主要的部分包括反应电炉、控温系统、测温系统、测试系统以及供气系统等部分。具体操作方式为：首先将控制反应炉内部的温度设定在970℃，之后按照100L/h的速度向其通入纯度为99%的CO2。之后将按照相应质量标准制备的石油焦以及沥青结焦投入到试样的托盘之中，使其和二氧化碳发生相应反应，2小时后查看天平中所显示试样的质量。在此过程中和电子天平连接的记录仪会间隔2min进行一次结果记录，并且将其传输到计算机，以此能够得到失重率—时间的曲线。可以通过失重率来体现不同试样的反应活性情况，具体可以表示为：

其中R表示试样的失重率，单位为%;Ms表示试样的失重量，单位为g;M0表示试样的初始质量，单位为g。

2试验结果以及分析

（1）通过试验能够得出空白石油焦试样和加入添加剂A、B、C试样和CO2反应的活性曲线。从中可知，相对于空白试样来说，添加了A可以在一定程度上降低石油焦的活性，添加了B并不会明显改变石油焦的活性，添加了C能够一定程度上提升石油焦活性。

通过试验能够得出不同空白沥青结焦试样和加入添加剂A、B、C试样和CO2反应的活性曲线。从结果中可知，不同空白试样的反应结果大体相同，这就表明所测结果具有比较好的重复性。不同添加剂对于石油结焦以及沥青结焦的影响具有同样的规律，但是相对于石油结焦来说，对于沥青结焦的影响相对更大，两者之间的对比情况可知，在不投入添加剂的情况下，石油结焦要比沥青结焦的活性低近9%，相对于石油结焦来说，添加剂对于沥青结焦的影响要更加显著。总的来说，添加剂A以及B都可以使石油结焦以及沥青结焦的活性有所降低，其中A添加剂能够使石油结焦的活性下降1.14%，能够使沥青结焦的活性下降7.36%;而B添加剂能够使石油结焦的活性下降0.2%，能够使沥青结焦的活性下降4.15%;但是C添加剂能够使石油焦以及沥青结焦的活性都有所提升，两者的活性差别达到了13%以上。

（2）通过试验能够得出空白石油焦试样和加入添加剂AlF3、AlF3+C、AlF3+D试样和CO2反应的活性曲线。相对于空白试样来说，AlF3添加剂可以大大降低石油焦的失重率，但是AlF3+D对于石油焦的失重率影响相对较小，而AlF3+C对于石油焦失重率的影响可以忽略不计。

通过试验能够得出空白沥青结焦试样和加入添加剂AlF3、AlF3+C、AlF3+D的试样和CO2反应的活性曲线。从结果中可知，相对于空白试样，添加了不同添加剂的沥青结焦活性都有所下降，可知AlF3+C对于沥青结焦的活性影响不大，AlF3+D影响相对次之，而AlF3会使沥青结焦活性下降最大。两者之间的对比情况，从结果可知，3种添加剂不同程度地降低了石油焦以及沥青结焦的活性，但是对于沥青结焦的活性影响更加显著。其中AlF3添加剂能够使石油结焦的活性下降1.89%，能够使沥青结焦的活性下降6.72%;而AlF3+D添加剂能够使石油结焦的活性下降1.18%，能够使沥青结焦的活性下降4.95%;而AlF3+C添加剂能够使石油结焦的活性下降0.13%，能够使沥青结焦的活性下降2.89%;

（3）结论

通过上述试验可知，AlF3、A、B、AlF3+C、AlF3+D等添加剂都能够使得石油焦以及沥青结焦和二氧化碳的反应活性有所下降，但是添加剂C却可以提升石油焦以及沥青结焦和二氧化碳的反应活性。为了降低碳素阳的消耗量，要确保石油焦和沥青结焦的反应活性相当，从试验可知AlF3、A、B、AlF3+C、AlF3+D等添加剂都可以降低两者之间的差距，这样就可以在碳素阳极中添加适宜的添加剂，能够降低选择性氧化的概率，从而降低阳极的消耗[2]。

3结束语

本文主要分析了不同类型添加剂对于碳素阳极活性的影响，并且通过试验验证了各种添加剂对于石油焦以及沥青结焦和二氧化碳的反应活性的影响，最终得到了AlF3、A、B、AlF3+C、AlF3+D等添加剂可以降低两者之间活性反应的差异，对于减少碳素阳极消耗具有重要作用。

参考文献

[1] 王春江.铝用碳素阳极石油焦煅烧带的软测量建模研究[J].機械与电子，2016，（12）：15-17.

[2] 李浩.添加氧化铝对铝用碳素阳极性能影响的研究[D].沈阳：东北大学，2011.