题目

阳极效应

提问时间：2020-12-14

答案

阳极效应是熔盐电解特有的现象,而以电解铝生产表现优为明显.生产中当阳极效应发生时,电解槽电压急剧升高,达到20～50V,有时甚至更高.它的发生对整个电解系列产生很大影响,使电流效率降低,影响电解各个技术指标,且使铝的产量和质量降低,破坏了整个电解系列的平稳供电.在处理的方法上,不外乎有两种：用效应棒（木棒）熄灭,或降低阳极,增加氧化铝的下料量.达到熄灭阳极效应的目的.到目前还未发现有更好的处理方法.
当今社会,特别是西方国家,对铝电解生产中阳极效应的控制极为严格.目前已从若干年的氟化物转向温室气体PFCs=CF4＋C2F6在阳极效应的发生量（USEPA）.[4]著名国际铝专家Haupin提出的"瞄准零效应"的管理思路,值得我们思考,Haupin认为,根据铝工业发展的现状,"零效应"管理最为理想.为此笔者认为：在环保日益重要的今天,铝电解生产中特别是在大型预焙槽生产中应严格控制阳极效应,只要电解槽槽况正常,就不必来效应."零效应"管理是铝电解生产今后发展的方向.
1.阳极效应发生的机理
到目前关于阳极效应发生的机理众说纷纭,但是较好地解释阳极效应的发生机理的是"阳极过程改变学说" 这种观点认为[1]：阳极效应的发生是由于随着电解过程的进行,电解质中含氧离子逐渐减少,当达到一定程度后,则有氟析出且与阳极炭作用生成炭的氟化物,炭的氟化物在分解时又析出细微的炭粒,这些炭粒附在阳极表面上,阻止了电解质与阳极的接触,使电解质不能很好地湿润阳极,就像水不能湿润涂油的表面一样,使电解质-阳极间形成一层导电不良的气膜,阳极过电压增大,引起阳极效应.当加入新的氧化铝后,在阳极上又析出氧,氧与炭粉反应,逐渐使阳极表面清静,电阻减小,电解过程又趋于正常.
阳极效应的机理是[4]：
Zc=RT/Fin{ic/ic－I}
式中Nc-产生阳极效应的浓度过电压；
R-气体常数；
T-温度,0K；
F-法拉第常数；
Ic--临界电流密度；
i--任一阳极上的最大电流密度；
Nc--0.00004308Tin{ ic/ic－I }
临界电流密度是溶解氧化铝浓度的函数；然而也受电解质流动,电解质温度,阳极尺寸（包括消耗后阳极的界面变化）和槽膛体积的影响.临界电流密度随着氧化铝浓度的降低而降低（由于Nc随着ic趋近于1）随着氧化铝浓度的降低,阳极上产生了气泡,致使电解质表面张力增加,使阳极效应的过电压升高.导致AE发生.
这种观点较好地解释了阳极效应发生的原因.为电解科技工作者所接受.
2.阳极效应危害
在铝电解生产中阳极效应的危害性,不仅表现在对生产的危害上,而且对生态环境的危害极其严重.笔者将从几个方面进行阐述.
2.1阳极效应危害性对生产的危害
生产中当阳极效应发生时,电解质的温度急剧升高,由正常值的940℃～955℃急速升高到980℃～990℃,炉帮熔化变薄,增加了侧部炭块被侵蚀的可能性.电压的急剧升高,使系列电流波动,影响电解槽的产量.电耗增加.生产中阳极效应的熄灭方法是：将效应棒即（大约2～3米直径2～4cm的树枝）插入铝液中使木棒燃烧排除阳极底掌的气体薄膜,清洁阳极底部,实际是在燃烧铝液,整个过程大约持续3～5分钟,而此时电解的电化学过程是停止的,这也就是电解职工常说的"效应时间不产铝,而且还要跑电耗的"原因所在.因此造成铝液的严重损失.
以300KA中间下料预焙槽为例：效应系数0.3次/槽日,效应时间5min,电流效率93%,一个阳极效应少产原铝：300×0.3355×5÷60=8.4kg,吨铝电耗增加158kwh,
这种能量在生产中大多转化为热能,使电解槽极距间温度急剧升高,进而向阳极四周传导,使的电解槽温度升高,引起电解质中氟化铝的大量挥发.以我公司电解槽为例：一个效应时间5min,分子比平均上升0.1.氟化铝大约损失10～20kg.
传统的观点认为：利用阳极效应可以分离炭渣,清洁电解质,补充电解槽热量的不足,化沉淀.但是随着阳极质量的提高以及智能模糊控制计算机系统和点式下料技术的应用,阳极效应优点愈来愈变得渺小,因此传统的这种观点已不能适应当今现代电解槽生产.
1.2阳极效应对环境的危害
铝电解生产中,阳极效应还伴随着对大气臭氧层有破坏性的PFCs(CF4·C2F6)气体的产生.当今西方发达国家对铝电解的环保要求极为严格.