浅析电解铝阳极效应的利与弊

杜玉洛魏巍管瑞江张源源唐国盼刘东东

【摘要】：阳极效应是电解槽熔盐电解特有的现象，在电解铝生产过程中表现极为明显[1]。电解槽运行过程中，如果发生阳极效应，会造成电解槽电压急剧升高，达到2OV甚至60V以上，阳极效应的发生对整个电解系列影响很大，一是降低电流效率，影响电解各个技术指标；二是瞬时高峰值电压可能到达短路口上限阈值，击穿短路口，形成极大的安全隐患；并且，阳极效应发生时，造成电能消耗增大，氟化盐的挥发加剧，原材料损失增大等。本文针对铝电解槽发生阳极效应的机理以及其发生的利与弊展开分析，找出有力措施降低阳极效应系数。

【关键词】电解 阳极效应 措施

1．阳极效应发生的机理

关于电解槽发生阳极效应的原因，目前没有统一的说法，但为大众所接受的一种观点认为：电解正常生产过程中，Al2O3浓度适中，电解质能对阳极底层起到很好的润湿作用，随着电解质中Al2O3浓度浓度不断下降，电解质中含氧离子逐渐减少，络合氟离子所占比例增大[2]，导致阳极底层和电解质湿润性变差，在此之间形成一层导电不良的气膜，使得阳极电流密度增大，阳极过电压增大，导致发生阳极效应。       

当发生阳极效应时，一般往电解质内添加Al2O3，并往阳极底掌处插入湿润的木棍，铝液遇水翻滚和阳极接触发生短路，破坏气膜，从而熄灭效应。

2．阳极效应的利弊研讨

2.1有利因素

（1）以四川某320KA电解铝槽为例，阳极效应发生时，电解槽温度从正常生产950℃左右急剧升高至970℃左右，高温能处理掉一部分炉底沉淀或结壳，有利于规整炉膛。

（2）个别电解槽由于高铝水平或者低电压长期运行，槽温较低，电解质和碳渣分离不清，利用阳极效应，一方面使其槽温达到正常状态，也会使得碳渣和电解质较好的分离出来，减少电解质电阻，降低能耗。

（3）操作过程中不谨慎，如换极时槽内掉入物料过多，造成换极位置无电解质或铝液与电解质混为一体，形成电压摆，利用阳极效应可以提起一部分电解质或者将铝液和电解质分离，消除电压摆等异常现象。

（4）电解槽运行过程中，如果遇到手动降电压，会造成压极距现象，形成电压摆；或者槽控机的模糊控制，由于浓度失控电压一抬升大高随后下降，造成曲线上蹿下跳异常难看，利用阳极效应，一方面可以校正极距，另一方面可以校正浓度，使曲线运行稳定。

2.2 不利因素

（1）增大安全隐患。电解槽发生阳极效应时，由于槽电压的急剧升高，槽温随之急剧升高，造成炉帮的熔化变薄，侧部炭块被侵蚀的可能性增大，易形成漏炉；该铝厂短路口电压阈值为65V，瞬时的高峰值电压过高，如果不能及时控制，易造成短路口击穿，导致系列停电，安全隐患极大。

（2）增大能源消耗。阳极效应发生时，一般采用添加氧化铝和插入木棍的方式熄灭效应，在这一过程中，效应棍进入铝液使阳极底掌的气膜排除，这一过程其实是在燃烧铝液，效应持续过程中，电化学反应过程是停止的状态，也就是“效应时间不产铝，而且还要跑电耗的”原因所在。阳极效应不仅造成铝液的损失，而且由于效应发生的高电压，会造成电流效率下降，增大吨铝电耗，损失巨额电费。

（3）影响系列供电。该铝厂两个车间是一个串联的电路，实行恒功率供电，效应发生时电压升高，造成电流下降，尤其该槽发生效应时对前一台槽影响格外巨大，极易形成电压摆，而且电流降低，影响正常生产，易造成恶性循环。

（4）增大原材料消耗。效应发生的高温，会极大的加剧电解质内的氟化盐挥发，增大物料消耗，如果一个效应时间为5min，分子比平均上升0．1，氟化铝大约损失10～2Okg，这一过程会影响分子比的调配，易出现参数调整不规整。熄灭一个效应大概需要2～3根效应棍，如果加上抬母线、压负荷等因素，需要的效应棍更多，原材料费进一步增加。

（5）恶化劳动条件。阳极效应发生时，需要人工辅助下料并且进行插效应棍操作，效应发生后，由于槽温升高，易造成炉面大面积塌壳冒火，使得工人的劳动强度增大。

综合以上分析可以得出结论，阳极效应对电解生产是弊大于利的，因此，在正常的生产过程中，降低效应系数和效应时间是必行的一种趋势。

3.如何降低效应系数

3.1 效应发生前的征兆

（1）经过长期观察和分析，阳极效应发生前在曲线上表现得尤其明显，通过曲线分析可看出，槽电压随着过欠量转换过程中，在处于“欠量”状态时，槽电压会自动升高，在效应发生前10～20分钟，电压会升高0.2V～0.4V，易发生效应。

（2）效应发生前，两端头位置会冒出黄色火焰，软而无力。

3.2 降低效应系数的措施

该铝厂电解槽采用五点下料法，操控机自主判断每2-3分钟进行一次打壳，下料处理，阳极效应发生的规律我们已基本掌握，在生产过程中，做好勤观察，勤巡视，勤处理的工作，在阳极发生效应前做好应对措施，效应系数是完全可控的。

（1）勤观察。槽电压在欠量状态时会不断升高，通过勤观察槽电压，分析下料时间是否过长，采取手动补料或缩短NB的方式控制槽电压，阳极效应就得到抑制。

（2）勤巡视。由于其他技术条件和操作质量的不匹配，如分子比偏低易形成黏锤头堵火眼，换极收边过程中火眼粉碎料掉落太多造成堵火眼，导致电解槽局部缺料，发生阳极效应。通过勤巡视火眼，及时处理不畅通的火眼，使下料均匀，也会杜绝效应的发生。

（3）勤处理。部分电解槽由于阳极质量等问题，会造成电解质内碳渣增多，发生堵火眼现象，通过对碳渣的勤打捞，减少碳渣含量，可保持火眼畅通。部分火眼处也会存在沉淀过多，造成下料不畅通的现象，通过对沉淀结壳的处理，亦可阻止阳极效应发生。

4.结语

综上所述，铝电解槽在正常生产过程中，阳极效应愈少愈好。要想保证电解槽始终平稳运行，根据单槽分析，有些阳极效应也是很有必要发生，无需恶意控制。如果排除阳极和氧化铝质量等外界因素，阳极效应系数是完全可以控制的。

参考文献

[1]沈泽方主编.铝电解。中国有色金属工业总公司职工教育教材编审办.1998.28～69

[2]邱竹贤.铝电解.冶金出版社，1982