預焙陽極鐵含量高的原因及對策

李磊

摘 要：預焙陽極中的鐵直接影響電解鋁鋁產(chǎn)品的質(zhì)量，同時對二氧化碳反應性和空氣反應性起著催化作用，本文通過對蘭州鋁業(yè)有限公司陽極中鐵含量的來源進行分析，并介紹了炭素行業(yè)常用的幾種除鐵器，從除鐵器的選擇和工藝過程控制方面入手，解決陽極鐵含量高的問題。

關鍵詞：電解鋁；預焙陽極、鐵含量；除鐵器

引言：

預焙陽極在電解鋁中起著導電和參于化學反應的雙重作用，其質(zhì)量的好壞直接關系著鋁電解生產(chǎn)的電流效率、炭耗和產(chǎn)品質(zhì)量。鋁液鐵含量的高低是鋁產(chǎn)品判定品級的重要指標，而預焙陽極是鋁液中鐵的主要來源之一。經(jīng)研究鐵元素對陽極二氧化碳反應性和空氣反應性起著催化作用，預焙陽極鐵含量的增加會導致陽極氧化加快，產(chǎn)生掉渣等問題，影響了電解槽的穩(wěn)定和炭耗，所以對預焙陽極鐵含量的來源進行分析，找出降低鐵含量的對策至關重要。

1、預焙陽極鐵含量的來源

蘭州鋁業(yè)有限公司陽極鐵含量常年居高不下，一直是影響陽極質(zhì)量的主要因素之一，經(jīng)統(tǒng)計2018年第一季度400KA陽極鐵含量均值為1012ppm，200KA陽極鐵含量均值為946ppm。以下表格對兩個系列陽極配方中物料鐵含量進行了統(tǒng)計和分析：

從圖表可以看出，殘極和粉料中鐵含量最高，是影響陽極鐵含量的最主要因素，因此降低殘極和粉料中的鐵含量是制定措施的主要方向。

1.1、原料煅燒工序

經(jīng)過煅燒后的石油焦和煤瀝青是生產(chǎn)預焙陽極的主要原料，目前我國石油焦來自不同的國家和地區(qū)，石油焦中硫、釩、鐵等微量元素含量差異較大， 炭素廠為了降低原料成本，會采購一部分低價高鐵石油焦與鐵含量較低石油焦進行摻配使用。原料煅燒工序主要造成鐵含量高的因素為：（1）、鐵含量較高石油焦沒有與低鐵含量的石油焦摻配使用，或摻配不均勻，導致部分陽極鐵含量超標；（2）、石油焦在轉運過程中外界含鐵物質(zhì)混入；（3）、回轉窯燒嘴和風嘴燒損，部分鐵屑未能及時清理流入煅后焦中。

1.2、生陽極生產(chǎn)工序

生陽極生產(chǎn)工序主要包括原料的破碎、磨粉、配料、制糊、成型等，在此生產(chǎn)工序中引入鐵雜質(zhì)的主要環(huán)節(jié)為：（1）、球磨機在將煅后焦磨成粉料過程中，因鋼球的磨損導致粉料中鐵含量增加約700ppm，此過程是鐵含量增加的重要環(huán)節(jié)；（2）、殘極破碎時，可將磷鐵渣跟殘極分離，但未能及時將磷鐵渣清理出來；（3）、斗式提升機、帶料螺旋等機械設備磨損，導致部分鐵屑進入原料中。

1.3、組裝工序

組裝工序主要是將合格的陽極導桿組裝件與陽極炭塊組裝為一體，供電解槽使用，同時將電解返回的殘極經(jīng)過殘極壓脫機和鋼爪壓脫機處理，回收磷鐵環(huán)和生陽極所用殘極。在組裝工序是產(chǎn)生鐵最多的環(huán)節(jié)：（1）、在澆鑄磷鐵水時，因鐵水飛濺導致陽極表面附著鐵渣，陽極進入電解槽后，隨著陽極的消耗進入鋁液中；（2）、因鋼爪變形、導桿歪曲、磷生鐵成分不達標，導致不合格陽極進入電解槽后產(chǎn)生脫極或化爪，大量鐵進入鋁液；（3）、鋼爪氧化皮未清理干凈，陽極進入電解槽后，隨著溫度的升高，氧化皮脫落進入電解槽中；（4）在殘極壓脫時部分磷鐵環(huán)摻雜在殘極中，進入生陽極生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

2、炭素行業(yè)常用的除鐵器

2.1皮帶式除鐵器

皮帶式除鐵器又叫自卸式除鐵器，它是由磁系本體，機架，電機減速機，主、從動滾筒，卸鐵皮帶及刮板組成。鐵磁性物質(zhì)被吸附到磁系底部，驅動電機帶動卸鐵皮帶靠刮板把鐵磁性物質(zhì)拋到輸送皮帶外面，完成除鐵作業(yè)。皮帶式除鐵器能實現(xiàn)連續(xù)卸鐵，可提高生產(chǎn)效率，節(jié)省勞動力，物料中含鐵磁性物質(zhì)較多時皮帶式除鐵器是首選的除鐵設備。

2.2盤式除鐵器

盤式除鐵器是一種能產(chǎn)生強大磁場吸引力的設備，除鐵器按照操作程序啟動投入運行時，物料中的鐵磁性物質(zhì)在強大的磁場作用下，被迅速吸出附著在除鐵器上。當不帶料時，通過懸吊裝置的電動小車移出至卸鐵位置，切斷勵磁電源，除鐵器的勵磁線圈上產(chǎn)生的電磁吸引力也隨之消失，因而除去除鐵器所吸附的鐵磁性物質(zhì)。盤式除鐵器具有透磁深度大、吸力強、防塵、防雨等特點，但鐵件吸附到除鐵器上時，必須由人工斷電進行清理，對工人依賴比較大，不適合安裝在鐵量過大的生產(chǎn)環(huán)境。

2.3管道除鐵器

管道除鐵器串接于傾角為55°～75°的物料輸送管道中，當物料流經(jīng)該除鐵器時，其中的鐵磁性物質(zhì)被吸附到管道除鐵器的不銹鋼管壁上，隨永磁體的移動逐漸向出鐵口方向滑動，在出鐵口處，因永磁體沿循環(huán)運動方向移開，鐵磁性物質(zhì)失去磁力吸引，在重力的作用下從出鐵口排出，實現(xiàn)物料的自動除鐵。管道除鐵器適合在密閉的物料輸送管道使用，可除去粒狀鐵渣，對粉末狀物料除鐵效果不好。

3、降低預焙陽極鐵含量的措施

3.1、原料煅燒工序

石油焦按照不同廠家和微量元素的化驗結果分庫堆放，使用時對石油焦進行混配，可保證石油焦中微量元素的均衡，減小陽極質(zhì)量波動；回轉窯煅前皮帶輸送機上增加1臺皮帶式除鐵器，保證煅前、煅后除鐵器的正常運行，及時將鐵屑清理干凈。

3.2生陽極制造工序

（1）、保證原有煅后焦破碎線、殘極破碎線上的皮帶式除鐵器和盤式除鐵器的正常運行，及時將鐵屑進行清理。（2）、粗殘、細殘、殘極返回料管及煅后焦返回料管上增加管道式除鐵器；（3）球磨粉下料管上增加一臺抽屜式除鐵器，每次啟動球磨機前清理一次鐵屑；（4）球磨機鋼球改用耐磨鋼球，并定期篩分一次鋼球，把磨損比較嚴重的鋼球進行清理。

3.3組裝工序

（1）、恢復鋼爪拋丸機，將上線鋼爪上的氧化皮清理干凈；（2）、放慢澆鑄速度，減少磷鐵渣的飛濺，安排專人對炭塊表面的鐵渣進行清理；（3）、對變形鋼爪和導桿及時校正，將磷生鐵成分調(diào)整到規(guī)定范圍內(nèi)，保證組裝澆鑄質(zhì)量，防止在電解槽內(nèi)脫極或化爪；（4）、加強殘極清理工作，保證殘極表面附著的電解質(zhì)和鐵渣全部清理干凈；（5）、保證殘極壓脫機后皮帶輸送機上的1臺皮帶式除鐵器、顎式破碎機后1臺盤式除鐵器、皮帶輸送機上1臺滾筒式除鐵器的正常運行。

4、除鐵效果

蘭州鋁業(yè)有限公司按照措施要求在兩個生產(chǎn)系列的輸料管、皮帶式輸送機上新增17臺除鐵器，并保證所有除鐵器正常運行，所除鐵屑能夠及時清理；同時加強了相關工藝控制，2018年7、8、9月份鐵含量在逐步較低，9月份200KA鐵含量下降至726ppm， 400KA陽極鐵含量下降至764ppm，除鐵效果顯著，達到了預期的目的，同時二氧化碳反應性和空氣反應性也有所改善。

結語

降低陽極鐵含量可以提高鋁液質(zhì)量，改善二氧化碳反應性和空氣反應性，節(jié)約預焙陽極的生產(chǎn)成本。降低陽極鐵含量的關鍵是根據(jù)生產(chǎn)的不同環(huán)節(jié)選擇合適的除鐵器；對影響陽極鐵含量的關鍵工藝過程進行有效控制。

參考文獻：

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[2]杜桂玲，于易如，賈魯寧等.提高陽極CO2反應性和空氣反應性實驗研究[J].炭素工藝與設備，2017（12）.