阳极生产工艺及设备

阳极生产工艺及设备 2003年4月 前    言 阳极是电解生产的一个重要环节，阳极质量的好坏，直接影响电解的生产，人们称之为电解的心脏。 阳极生产按工艺可分为以下四个工序： 1 石油焦煅烧          2  粉碎.配料.混捏.成型 3 阳极焙烧            4 阳极组装 一.石油焦煅烧 生石焦经过回转窑1150～1250℃温度的煅烧（除去焦碳中的挥发份），冷却窑（采用冷却水直接冷却和间接冷却的方式），将煅后焦冷却到约60℃，然后通过皮带运输机，斗式提升机，送到储仓储存，供成型工序之用。 生石油焦煅烧产生的烟气，通过余热锅炉、产生蒸气，驱动汽轮机、发电机组发电。 二.粉碎、配料.混捏.成型 将生阳极的原料：煅后焦、残极、生碎、沥青、破碎、筛分按不同的粒度要求，煅后焦的粒度分为12～6mm、6～3mm、3mm以下及微粉；残极的粒度分为12～3mm、3mm以下，生碎的粒度12mm以下，分别储于配料仓中；沥青也经过破碎，送到沥青溶化器熔化成液体并储于沥青储槽中，待配料之用。 根据阳极配方的要求，通过配料称配料，先将煅后焦，残极混和，经四轴预热螺旋预热，温度达到170℃±10℃，预热后的干料送到强力混和机，同时加入生碎及液体沥清进行混捏，混捏后的糊料再经过强力冷却机，冷却水直接喷到糊料中，将糊料冷却到145℃±5℃，送振动成型机，生产出生阳极，生阳极经过水槽冷却，再经过输送机送到碳块仓库堆垛储存。 三.阳极焙烧 生阳极由通过生阳极编组装置，由多功 能天车7块一组的生阳极放入焙烧炉，焙烧温度1100℃～1150℃，焙烧、冷却后的阳极，由多功能天车从炉中取出，经过阳极解组及清理装置，将焙烧阳极送碳块仓库储存。焙烧的烟气经过重力除尘，冷却，电除尘器处理，达标排放。 四.阳极组装 将电解使用后返回的阳极（称为残极），经过电解质人工清理，残极压脱（破碎）机、铸铁环压脱机、导杆检测、导杆校直机，修理，导杆清刷、涂石墨和回转浇铸站,生产出合格的阳极供电解车间使用；残极,废生块，废糊经过返回料处理系统（粗碎系统），分别存于残极仓，生碎仓供成型车间使用；电解质经粉碎后也储于电介质仓返回电解使用。 第一篇原料和煅烧 第一章  原料 生产阳极制品的主要原料是石油焦、煤沥青（改质沥青），在实际生产中还有电解用后返回的残极和阳极生产过程中产生的废糊（生碎）。 一.石油焦： 石油焦是生产阳极、阳极糊以及各种石墨制品的主要原料。 石油焦是石油提炼时的残渣经高温处理而炭化的固体产物。主要有釜式焦化焦和延迟焦化焦。 〈一〉釜式焦 卧式釜焦化的工艺流程： 将常减压渣油和热裂化渣油在250℃下送入缓冲罐。一部分轻质馏份从缓冲罐顶部逸出,其余用泵打入加热炉加热到430~450℃，经加热后的渣油流入焦化釜。釜内温度高达700℃。经过升温、馏出、烘焦、均热、吹气、拉焦、冷却、清焦等步骤操作14个小时之后,完成焦化过程,生成石油焦。 〈二〉延迟焦 延迟焦化的工艺流程. 渣油用泵送入加热炉加热至300~330℃之后进入分馏塔,将其中轻质馏分由塔顶分馏出去，然后用泵将塔底370~390℃左右的渣油再送至管式炉辐射室加热至500℃，经加热的渣油再送入一个数十米高,温度为455~482℃、压力为0.7~7大气压的焦化塔进行成焦。 1、石油焦的特征 (1)  灰份含量低，一般小于1％； （2）碳含量高； （3）高温下易石墨化； （4）用其作原料制成的石墨制品有很好的导电导热性及化学稳定性，并具有一定的机械强度。 石油焦质量（SH/TO 527） 项 目 质 量 指 标 一级品 合 格 品 1A 1B 2A 2B 3A 3B 硫含量，％不大于 0.5 0.5 0.8 1.0 1.5 2.0 3.0 挥发份，％不大于 12 12 14 17 18 20   灰 分，％不大于 0.3 0.3 0.5 0.8 1.2     水 分，％不大于 3 真密度，g/cm3 2.08~2.13 报告 —— 粉焦量（8mm以下），％不大于 25 —— 硅含量，％不大于 0.08 — — 钒含量，％不大于 0.015 — — 铁含量，％不大于 0.08 — —                   标准中的一级品和合格品中的1A和1B焦适用于炼钢工业中的制作普通功率石墨电极，也适用于炼铝工业中制作铝用碳素。合格品中的2A和2B焦用于炼铝工业中制作铝用碳素。合格品中的3A和3B焦用于化学工业中的制作碳化物或作燃料。 二。煤沥青 煤沥青是碳阳极制品生产中最常用的一种粘合剂。 煤沥青是炼焦工业的付产品，是炼焦时所得煤焦渣经360℃蒸馏后的残留物。煤沥青可分中温沥青、高温沥青和改质沥青，最常用的是改质沥青。 煤沥青的性质： 1、没有明显不变的熔点，而只有从液化到固态的转化温度范围。称之为软化点。 2、在凝固点以下，具有流动性，随着温度的升高，粘度降低，流动性增强。    3、凝固时，稍受外力作用就破裂。 改质沥青的技术指数 指标名称 指标控制 软化点（环球法，0C）， 100—115 甲苯不溶物含量（抽提法），％ 28.0—34.0 喹啉不溶物含量，％ 8.0—14.0 β一树脂含量，％ 不小于 18.0 结焦值，％ 不小于 57.0 灰份，％ 不大于 0.30 水份，％ 不大于 5.0     三、残极 电解使用后剩余的阳极称之为残极。阳极在电解槽使用28—32天以后，通常的残极厚度为120—130 mm。电解使用后返回的残极，经过阳极组装车间的电解质清理、残极抛丸清理、残极压脱机压脱后，再经过粉碎、筛分，作为阳极的原料返回使用。在原料中使用残极，可增强阳极的强度，配入的比例一般为20％—35％，实际生产中根据残极供应量可适当的增减。但残极上残留的电介质对阳极的质量有其负影响，在清理时必须清理干净。 除残极外，焙烧中产生的废块，经过破碎后也返回使用。 四、生碎 阳极生产中所产生不合格的糊料，以及成型后不合格的生阳极经过破碎后，作为原料返回使用。通常称之为生碎，一般配入量约3％—5％。 在生产及运输中千万别将杂质、工业垃圾混入废糊之中，它影响阳极的质量，或使这批废糊不能返回使用而白白浪费。 第二章  煅烧 煅烧是将原料在隔绝空气的条件下高温干馏的过程。各种碳质原料在煅烧的过程中从元素组成到组织结构都发生了一系列变化。 碳质原料在煅烧过程中的变化是复杂的,有物理变化,也有化学变化. 一、煅烧料的物理变化。 〈一〉原料中的水份排除 当碳质原料的温度达到130℃时,其所含的水份通过蒸发的形式基本排除干净。水份从煅烧前的3-10%减至0.3%以下。 〈二〉原料中挥发份的排除。 碳质原料在煅烧过程中随温度的升高而排出的可燃性气体叫挥发份。一般碳质原料加热到200℃左右其挥友份开始排除,在400-800℃范固内挥发份排出量最多，至1200℃以上,挥发份排除基本结束.挥发份从煅前的12-18%，减至煅后的0.5－0.3%以下。 〈三〉原料密度和机械强度的提高。 在煅烧的高温作用下,各种不同分子结构的炭氢化合物发生复杂的分解与缩聚反应,分子结构不断变化,焦块体积不断收缩,结果提高了原料的密度和机械强度。 见1 表1 各种原料煅烧前后性能比较 表1 各种原料煅烧前后性能比较   石 油 焦 沥青焦 无烟煤 A B C D 灰份(煅前) (%) 0.11 0.15 0.2 0.17 0.38 6.47 (煅后) 0.35 0.41 0.35 0.54 0.44 10.04 体积密度 (煅前) (g/cm2) 0.9 0.82 0.93 0.99 0.8 1.35 (煅后) 0.97 0.99 1.11 1.13 0.8 1.61 真密度(g/cm2) (煅前) 1.61 1.46 1.42 1.37 1.98   (煅后) 2.09 2.09 2.08 2.05 2.06 1.77 抗压强度 (煅前) (MPa) 3.70 3.0 2.29   8.9 11.6 (煅后) 5.24 4.16 58.3       含硫量 (煅前) 0.51 0.4 0.17 1.09 0.27 0.73 (煅后) (%) 0.58 0.57 0.19 1.26 0.25 0.84 煅烧后体积收缩(%) 13.0 14.6 21.5 28.5 1.25 25.5 煅后粉末电阻率(μΩ·m) 511 493 487 480 791 1074               〈四〉原料导电性的提高。 随着温度的升高,使碳氢键发生断裂,氢被排除,原子团从结合状态下解放出来,变成自由电子状态,使电阻系数下降,原料的导电性能提高。见表1 〈五〉原料的抗氧化性能提高。 一定数量的试料在一定的加热条件下,经过一定时间的氧化损失量叫该试料的氧化能力.不同煅烧温度下的原料的氧化能力见表2所示。从图2中可以看出,煅烧温度越高,氧化损失量越小,说明抗氧化能力越强。 表2 原料在CO2气流中氧化能力 煅烧温度(OC) 原料种类及反应温度(OC) 石油焦 沥青焦 900 9500 1000 1050 900 950 1000 1050 1000 0.14 0.128 0.15   0.115 0.107 0.144   1200 0.07 0.108 0.15 0.16 0.05 0.09 0.129 0.176 1400 0.07 0.08 0.101 0.114 0.03 0.074   0.134                   (六) 原料的灰份增加 在煅烧过程中挥发份排出,少量碳质氧化,外来杂质的混入,致使灰份增加.见表1 (七) 原料的何种收缩 二、煅后焦的质量指标 石油焦:固定碳 ≥  98.5  ％    挥发份  ≤      0.5％ 灰份  ≤  0.5  ％      含水份 ≤        0.5％ 电阻率  ≤    500  Ωmm/m          真密度  ≥    2.06 g/cm 第三章  煅烧设备 石油焦煅烧设备有罐式炉,回转窑和回转床.罐式炉又可分为逆流式和顺流式罐式炉. 一 逆流罐式煅烧炉 煅烧物料运行方向与加热气流运行方向相反的罐式煅烧炉叫逆流式煅烧炉. 二、顺流罐式煅烧炉 煅烧物料运行方向与加热气流运动方向一致的罐式煅烧炉叫顺流罐式煅烧炉. 罐式炉煅烧质量稳定,热耗低,碳质烧损少等优点.但产量低,劳动条件差。目前，使用得不多。 三. 廻转窑 廻转窑的结构简单,生产能力大,基建投资小,操作连续,产品的质量容易控制。在生产中广泛采用。 廻转窑所采用的燃料有煤粉,重油和煤气，天然气等,具体使用哪一种燃料要根据所煅烧原料的需要，燃料来源及经济性而定。 使用廻转窑煅烧碳质原料,其机理与罐式煅烧炉相同,所不同的只是加热方式不一样.罐式煅烧炉中的物料受到间接加热,而廻转窑中的物料是受火焰直接加热并与空气接触。