淺談鋁電解槽的破損及維修
科技專論
作者：喬榮來
【摘要】在電解鋁生產實踐過程中由於電解槽側部散熱不良、槽爐幫形成不好等一係列問題，使得電解槽側部破損，從而降低電解槽的使用壽命。本文對電解槽的破損原因進行了歸納分析，並提出了電解槽破損的檢查與維修方法。
【關鍵詞】鋁電解槽；陰極內襯；破損；維護
1、鋁電解槽常見破損形式及原因
通常所說的電解槽的破損是指其陰極內襯的破損，鋁電解槽的陰極內襯使用期不到1年，稱為早期破損。槽內鋁液中的鐵含量連續增加，一般情況下，是槽底部陰極鋼棒受鋁液侵蝕熔化所致，往往是陰極炭塊破損的征兆。當鋁液中的鐵含量連續超過1%時，表示陰極炭塊已發生嚴重破損。電解槽陰極內襯破損可歸納為如下幾種形式：
1.1陰極炭塊及保溫絕熱結構的變異
陰極內襯的變異主要有：陰極炭塊發生變形—膨脹、隆起、裂開或有衝蝕坑穴；炭塊之間的炭糊接縫發生裂紋，其中侵漬著碳化鋁、電解質和鋁；炭塊中的鋼棒彎曲變形，一部分被鋁熔解侵蝕，形成亮晶晶的鋁鐵合金；炭塊下而的耐火磚層局部變質，向上隆起，呈凸棱鏡狀；側部炭塊受到侵蝕，其中滲透著鋁和電解質，體積膨脹；槽殼變形，側壁向外鼓出，四角上抬，底部呈船形。
陰極內襯的變異，一般是從焙燒啟動期開始。由於水分和揮發成分自下而上冒出，並由於炭縫體積收縮，填充在炭塊之間的“炭糊”便與炭塊分離，形成裂紋。加入電解質開始電解之後，組織也開始酥鬆，給電解質和鋁液的侵入創造了條件。侵入炭塊和炭縫中的鋁液，繼續向下滲透，直到炭塊下而並淤積在那裏。NaF成分是陰極界而上的表而活性物質，它首先入侵，故在炭塊下而發現柱狀結晶的氟化鈉。侵入炭塊下的電解質和鈉還同耐火磚層發生化學作用，使其變質而體積脹大。一旦鋁侵入陰極鋼棒區，則鐵被熔解。由於鈉、電解質和鋁先後侵入陰極內襯中，引起炭塊和耐火層體積膨脹，於是炭塊向上隆起。在電解槽啟動後6個月內，隆起高度不超過2cm，以後則逐漸增大，在36個月內達到10cm，以後趨於穩定。
當炭塊隆起增大時，會引起電流偏流和電壓降增大，鋁的純度降低，槽膛有效深度減小，造成電解槽操作困難，甚至停槽。
1.2鈉的滲透
在一定的NaF/AlF3分子比和溫度下，鋁中的鈉含量應為平衡值。但是實際的鈉含量恒低於平衡值，主要原因是鈉向炭陰極滲透擴散引起的。鈉往陰極炭塊中滲透之後，形成炭鈉化合物，炭的晶格體積膨脹，使晶格變得酥鬆，這是造成炭陰極破損的一個重要原因。一般認為，鈉的侵蝕作用在較低溫度下尤其嚴重，因為炭鈉化合物在高溫下部分分解，一般在溫度℃內，鈉對炭的破壞作用隨溫度升高而減弱。
故對於電解槽槽底的焙燒而言，焙燒溫度達到℃之後再開始啟動為宜。
1.3電解質的滲透