阳极效应

阳极和电解质间产生的阻塞现象

阳极效应是指阳极和电解质之间电流的传输受到抑制而产生的阻塞现象。恒电流条件下，槽电压突然增大。不同电流密度下，其值增到15 V甚至130 V；高频下，槽电压在很大范围内变化；高压下，听到爆裂声，阳极表面产生火花。此时除了CO2、CO外，阳极气体中还包含有碳氟化物，如CF4和C2F6。

特殊现象

阳极效应（以下简称效应）是熔盐电解过程中发生在阳极上的特殊现象。阳极效应发生时的现象如下：

（1）火眼冒出的火苗颜色由淡蓝色变紫进而变黄，电解质与阳极接触周边有弧光放电，并伴有劈啪响声；

（2）槽电压急剧升高到30-60V，阳极四周的电解质停止沸腾。

（3）与电解槽并联的效应信号灯闪亮。

机理

发生阳极效应的机理比较复杂，人们尚未得到统一共识，而就实践结果来看，当电解质中的氧化铝含量低于1%~2%时，便可能发生阳极效应。

造成氧化铝含量过低可能是以下几点原因：①电解加工下料不足；②电解质温度低，氧化铝在电解质中溶解度降低；③电解质水平低，电解质数量少，溶于电解质中的氧化铝数量少；④加工时间滞后。

产生阳极效应的机理尚未探明，但此现象早已熟知。铝电解时发生阳极效应，显然同阳极表面生成某些化合物和积聚气体有关。

当电解质中的氧化铝浓度降低到0. 5%～ 1. 0%时,处于阳极近层液中的离子可能是桥式[AlF5- O- F5Al] 6-离子。在这种情况下,阳极气体中已有少量的四氟化碳(0. 4%～ 2%),由于氟离子在阳极上放电逐渐增多,阳极过程愈加迟滞,阳极过电压愈增大,阳极便从活化状态转向钝化状态。也就是说电解质对阳极的湿润性变坏,阳极气体开始大量积聚在阳极上,使阳极电阻增大,于是阳极电流密度增大,当达到或超过某一临界值时,便产生许多细小电弧,于是阳极效应就发生了。

特征

外观特征

1、在阳极周围出现明亮小火花，并带有特别的响声和吱吱声；

2、阳极周围的气体有如被拨开似的，阳极与电解质界面上的气泡不再大量析出，电解质沸腾停止。

3、排出CO2和CO外，还有CF4和C2F6；

4、电压上升，电解槽并联的低压灯泡发亮。在高电压和高电流密度下，电解质和阳极都处于过热状态。在恒电压供电情况下，阳极效应发生时电解槽系列电流急剧降低。

槽内特征

（1）在阳极周围发生明亮的小火花，并有特别的劈啪声；

（2）阳极周围的电解质如被气体拨开似的，阳极与电解质的界面上的气体不再大量析出；

（3）电解质停止沸腾；

（4）电压升高，一般为10－50V，个别的可达100V，与电解槽并接的低压灯泡发亮，同时发生声音报警。

影响

正面影响：融化槽底沉淀；有利于碳渣分离；有利于粘附在阳极底部的碳渣清理；规整槽膛。

负面影响：使结壳融化，分子比CR上升；四氟化碳和六氟化二碳析出；电能消耗增加，电解温度升高；增加铝的损失。

利弊

有利因素

①可以利用效应检测电解槽的灵敏程度，判断电解槽好坏；

②可以利用效应清亮电解质，减少能耗；

③可利用效应将底掌凸出部分烧平，达到均流的目的；

④可利用其烧效应使低温电解槽温度达到正常水平；

不利因素

①发生效应时，槽电压升高，电流效率下降，铝电耗增加；

②影响系列的正常平稳供电；

③影响系列产量与质量，发生阳极效应时，不生产铝，影响效率；

④增加了原材料的消耗‘

⑤增加工人劳动强度；

显然，阳极效应的发生弊大于利，在实际生产中，我们应该尽量减少效应的发生。

措施

①保持合理的技术条件,节电降耗

电解铝生产技术条件包括电流、电压、极距、铝液水平、电解质水平、电解温度、电解质成分等。技术条件是根据电解槽的容量、槽型和操作人员的素质、技术水平等具体情况而定的。制定技术条件也不能从单一方面考虑,要考虑到综合经济效益,否则,就会顾此失彼。根据电解铝厂多年来的实践和研究分析,对电解生产进行了多方面的改进,有力地降低了阳极效应系数,降低了吨铝电耗。一般来讲,效应分摊电压在0.075～ 0.1V之间,控制阳极效应系数、减少阳极效应时间,是节省电能的途径之一。实践证明阳极效应系数控制在0.25～ 0.30次/槽· d比较适宜,既能满足电解槽利用效应澄清和清除电解质中炭渣,提高电解质的导电率,又能起到节能降耗的作用。

②提高电流效率

阳极效应发生时,槽电压明显提高,一般都在30V左右,有的高达60～ 70V,导致了阳极电流密度过大,槽温迅速提高。一般来说,温度每升高10℃ ,电流效率降低1% ,而且,效应发生时铝在电解质中的溶解增多,铝的扩散速度加快,二次反应加剧,严重降低了电流效率。阳极效应发生时,还会影响系列电流的稳定。铝电解是一个串联线路,如果铝电解槽系恒功率供电,效应发生时系列总电压就会升高,导致系列电流下降,就会严重破坏电解生产的电平衡和热平衡,还会导致系列冷行程,影响系列电解槽的稳定运行。因此在限电压负荷时,就要减少阳极效应系数和阳极效应持续时间,避免效应连续发生,尽可能地确保系列电流的稳定,提高电流效率,这是保证电解槽平稳生产的重要举措。

③减少电解槽帮上口的损失

从电解工艺要求角度来讲,电解槽能建立一个内形对称、上口不空、炉帮“高、陡、平、硬、齐”的炉膛,对于稳定生产,提高电流效率大有益处。电解过程中,在槽壳散热良好的情况下,炉帮是槽内电解质凝固后附着在侧部碳块及其附近而形成的,它具有保护侧部碳块及减少电解槽散热、杜绝侧部漏电、收缩铝液镜面、提高阴极电流密度、提高电流效率的功效。由于阳极效应使槽温迅速升高(有时槽温达1000℃以上),造成炉帮熔化,化空上口,破坏了槽膛内形,引起水平电流增大,侧部漏电以及阴极电流密度分布不均现象的发生,增强了电磁力对铝液的干扰,使铝的镜面波动增大,从而造成铝的溶解、氧化铝损失的增加,并导致了电流效率的下降。电解槽的炉帮上口遭到破坏后,熔融的电解质直接接触侧部碳块,侧部碳块受电解质和铝液以及钠氧化,侵蚀速度加快,缩短了槽子寿命,严重时还会造成侧部漏炉事故的发生,影响电解安全生产。因此,为减少电解槽炉帮上口的损失,就必须使电解槽具有相对稳定的完整的侧部炉帮,就要从电解槽设计、施工、焙烧启动、建炉帮这些因素入手,从而降低阳极效应系数和效应持续时间,方能从根本上解决问题。

除此之外,还应采取提高加工质量,确保电解质中适宜的氧化铝含量;合理匹配电解质水平和铝水平,调整好分子比,使电解温度控制在正常范围内,以保证氧化铝的溶解度;增强槽底部和阴极钢棒的保温能力,加槽面保温,特别是阳级碳块与壳面连接的保温层,以减少电解槽的热量损失等措施来减少阳极效应对生产产生的不良影响。

作业规程

大型中心下料预焙槽人工熄灭效应采用插入木棒的方法。实质是木棒插入高温电解质中燃烧产生的气泡挤走阳极底面上的滞气层，使阳极重新净化恢复正常工作，前提是电解质中的氧化铝浓度应先达到正常范围内，目的是是电解质对阳极表面的湿润性变好。熄灭阳极效应的作业规程：

（1）取来木棒，到槽控箱前确认效应电压是否稳定，确认槽控箱处于何种状态。

（2）确认下料阀、风机充气阀是否打开，围绕电解槽巡视一圈，观察槽上下料气阀是否打开，回到出铝端。

（3）揭开槽罩，打开出铝口，等待计算机自动进行效应加工，观察每个下料点打壳下料情况是否正常。

（4）几次下料完毕后，立即将木棒插到阳极底掌下，到槽控箱旁观察效应熄灭情况。（5）确认效应熄灭后，拔出木棒，打捞炭渣，收拾清扫出铝端，盖上槽罩。

（6）再次观察槽电压情况：电压低时应及时上抬至设定电压；电压高时，可由计算机自动调整。

（7）效应发生时出现电压摆时，必须待电压平稳后，才能插入木棒熄灭，否则将发生难灭效应。若电压不稳，可适当地抬高电压，若电压很低持续不上升，应检查阳极是否下滑。

从效应发生到熄灭的时间成为效应持续时间，即为计算机检出时间、效应加工时间和熄灭操作的最少时间之和，计算机检出和加料程序上一般为2-3分钟，熄灭效应操作时间、效应持续时间在5分钟左右，一般不应超过8分钟，超过则视为效应时间过长。

熄灭阳极效应的操作控制点是效应电压是否稳定和控制效应持续时间的长短。

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