摘要：预焙阳极在铝电解生产过程中的作用可不容小觑。一是起导电作用，二是参与电化学反应，而且炭耗在铝电解生产成本中仅次于电耗和氧化铝，约占总成本的15%左右，如果预焙阳极质量不佳，此比例可能上升至25%左右。所以提高预焙阳极的质量对铝电解成本的控制起着至关重要的作用。而石油焦作为预焙阳极的最主要的原材料，它的各项指标对于预焙阳极的质量影响相当大。近几年，随着铝电解行业的迅速发展，带动了碳素行业的发展，造成了石油焦的需求量越来越大，因此，出现市面上的优质石油焦紧缺。综上所述，控制好预焙阳极主要原料的质量，是铝电解生产企业稳健发展的基础。基于此本文先就石油焦质量对预焙阳极质量的影响因素进行分析，然后提出其改进措施。
关键词：石油焦质量；预焙阳极质量；影响因素；改进措施
随着国内电解铝行业的快速发展使得国内的优质石油焦原料越来越紧俏，为保障国内电解铝行业的良好发展，针对石油焦质量对预焙阳极质量的影响进行研究具有非常重要的意义，必须从原材料控制角度着手，有效控制预焙阳极质量，这对阳极生产具有非常现实的意义。
一、石油焦特性对阳极质量的影响
作为生产预焙阳极的主要原材料，石油焦的质量指标直接影响预焙阳极的质量，从而间接影响铝电解生产的电流效率、直流电耗、产品质量和生产成本。与此同时，还需要经高温加热对其进行处理之后方可作为预焙阳极生产所需要的材料，在此阳极的生产过程中，为保障阳极的强度以及密度，煅烧之后的煅后焦需要按照不同粒径来使用。
1.密度的影响
密度较高的焦其空气度往往比较小，且容易石墨化，同时电阻率比较低、热膨胀系数较小，高温煅烧处理后，促进石油焦强度、真密度及导电性能的提高，经过煅烧之后的材料其物理化学性能的提高程度都比较明显，阳极质量也发生了改变，煅烧温度直接影响了煅烧质量，但并不意味着煅后焦真密度越高预焙阳极的质量就越好，研究表明，煅后焦的真密度为2.05g/cm-3时，阳极中的二氧化碳反应性指标会表现出明显的变化，但是超高温（1300℃）并不会获得更好的效果，反而会对质量造成不利影响。
2.颗粒强度的影响
颗粒强度对预焙阳极的强度影响很大，铝电解用预焙阳极的使用条件是在具有很大腐蚀性的高温冰晶石熔液中，除了要求具有良好的导电性，以减少电压降外，还要求具有良好的抗热振性、抗机械冲刷性等。这些与预焙阳极的强度要求是分不开的。其中大颗粒的煅后焦骨料是保证预焙阳极强度的先决条件，这就要求石油焦颗粒具备一定的强度，才能生产出优质的阳极。
3.电阻率的影响
煅后焦电阻率对炭阳极电阻率有着较为明显的影响，不同焦粒的粒度范围不同，电阻率也就不同，伴随热处理温度的逐渐升高，煅后焦所对应的电阻率开始慢慢降低，待煅烧温度高达1200℃时电阻的变化接近停止，石油的焦排气也基本结束，由此可见，原料电阻率决定了最终的阳极电阻率。大量生产经验证实，原料电阻率、预焙阳极电阻率二者主要呈现出正比例关系。
4.微量元素含量的影响
微量元素的高低直接影响预焙阳极的使用周期和电解铝产品质量和品级。Ni、V、Ca、Na等元素对阳极氧化反应有强催化作用，促使阳极发生选择性氧化，使阳极掉渣掉块增加其过量消耗，掉渣严重时改变电解质的导电性和表面张力、改变阳极电流密度，危害铝电解生产的正常运行。V的氧化物是极强的催化剂，可加速预焙阳极氧化，降低其导电性、降低铝电解槽的电流效应。Ca影响煅后焦CO2反应性。大量的碳渣掉入电解槽，影响生产操作，对大容量中间下料密闭式预焙阳极槽危害极大。Si、Fe主要影响原铝质量，其中Si含量增高会使铝硬度增高，导电性能下降，Fe含量增加对铝合金的塑性和抗腐蚀性影响很大。P主要影响电解槽电流效率和环境，Al对阳极和电解铝无明显影响。因此，为满足预焙阳极的用焦要求，应控制V、Ni、Ca、Na、Si、Fe、P、Pb等元素含量。
5.煅后焦的空气反应性和二氧化碳反应性能的影响
煅后焦的空气反应性、二氧化碳反应性与阳极的过量消耗有着最为直接的关系，石油焦指标会对炭阳极指标产生影响，而石油焦的空气反应性与着火温度、石油焦粒度及杂质含量等直接相关，而二氧化碳反应性和石油焦中密度及杂质含量等因素相关。
6.石油焦水分、挥发分、硫分的影响
石油焦水分、挥发分、硫分含量是不同的，水分高的，不一定挥发分、硫分就高。由于进厂石油焦中都含有一定的水分，水分过高，会降低煅烧炉温度，影响煅后焦的指标性能，在煅烧炉操作作业中，当然是希望水分越低越好。但是挥发分也不是越低越好，含量过低，会造成煅烧温度降低，影响煅后焦真密度；挥发分含量较高，会造成结焦堵炉，影响煅烧工作，从而影响煅后焦的真密度波动较大。硫分就要求越低越好，但低硫焦采购成本高，目前不能满足全部采购低硫焦，只能根据各个厂家不同的石油焦高、中、低搭配使用，达到均匀性好。
二、改进措施
1.抓好进厂石油焦的质量控制
由于石油焦的产地不同，甚至同一产地不同批次的石油焦的质量都有很大的波动。在当前石油焦的供应量日益严峻的形势下，釆取有效措施应对原料质量的变化是提高预焙阳极质量的保证。进厂石油焦按车皮进行分析检验，检验包括常规的水分、灰分、挥发分、硫分、固定碳、微量元素等指标。对于达不到原料标准的石油焦一律退货。
2.石油焦均化技术
石油焦预均化技术是一条简单易行、具有明显效果的方法。该方法主要是将不同质量、不同产地的原料仓堆放，搭配上料，以达到物料理化指标尽量均匀稳定的目的。完全满足水分、灰分、挥发分、硫分、固定碳、微量元素等指标要求的优质石油焦非常稀少，并且价格较高，从原料和成本供应角度，完全使用优质石油焦是不可能的。在预焙阳极生产中一般使用普通石油焦，石油焦预均化技术是用普通石油焦生产高质量煅后焦的一个有效途径。具体措施：原料分类存放，对石油焦库区进行改造，设置原料存储区，搭配使用区。
3.石油焦指标的控制方法
目前市场上的石油焦品质呈下降趋势，如何采取有效措施应对原料质量的变化，是提高阳极质量的保证。石油焦的均匀掺配是一种有效控制的方法。主要操作步骤：
（1）具备石油焦微量元素的分析仪器。
（2）按不同厂家、微量元素分析、常规指标的不同建立原料信息统计表。
（3）将各品种原料进行分类存放，对于微量元素高、杂质含量大的石油焦要单独堆放，采用抓斗天车混抓的方式上料，实现混料煅烧。
（4）根据采购商对阳极指标的要求，对几个厂家的进厂原料按常规指标及理化指标进行理论计算，原则是挥发分满足煅烧炉温度控制，理化指标达到阳极指标要求。按不同原料不同比例进行配料，使微量元素及常规指标控制在一个稳定的范围内，达到阳极指标稳定均一。
（5）根据煅后焦的指标情况，还可以加入生碎和残极，进一步提高阳极的体积密度和耐压强度，使阳极质量满足客户要求。
结语：综上所述，石油焦是目前国内的预焙阳极生产使用较为普遍的一种原料，其自身性质与阳极质量有着最为直接的关系，目前国内的铝工业发展迅速，从而带动了铝用碳素行业的整体快速发展，在这种情况下，使得国内的优质石油焦处于供不应求的局面。通过研究石油焦与预焙阳极质量之间的影响关系发现，原料的应用均化技术可以有效解决目前整个行业阳极质量不佳的问题，大量实践经验证实，它是一项效果明显、简单易行的方法和途径。
参考文献：
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