鋁電解炭陽極原料熱解行為及其反應性研究.pdf

1、隨著電解槽大型化，鋁電解技術向著高效和節(jié)能降耗方向發(fā)展，對鋁電解用炭素材料質量提出了更高的要求。我國鋁電解用石油焦呈現(xiàn)出硫含量、微量元素增加、石油焦粒度分布向細粒方向發(fā)展，高硫石油焦的使用量增加的態(tài)勢。如何調控現(xiàn)有炭陽極生產和技術優(yōu)化，并在原料質量劣化的情況下制備優(yōu)質炭陽極，滿足鋁電解生產具有至關重要的作用和社會經濟效益。本文以炭陽極原料熱解行為及其反應性為研究對象，開展瀝青浸潤及熱解行為研究，系統(tǒng)考察煅后焦粒度分布、微量元素和硫含量的

2、影響規(guī)律；并探索含鈦炭陽極電解新工藝的可行性。
　　本研究主要內容包括：⑴利用體積密度測定儀、熱重分析儀、自制熱解設備和SEM分析手段，開展了瀝青靜置浸潤和粒料柱孔隙率實驗，對瀝青浸潤煅后焦的形貌進行了表征,開展了大質量瀝青熱解動力學研究。結果表明：在靜止浸潤條件下，小于0.15mm部分孔隙率小，難浸潤；大于2-3mm顆粒部分料柱孔隙率較大，易浸潤區(qū)；中間粒度區(qū)，隨著粒度的變大，浸潤率逐漸增大。小顆粒煅后焦被瀝青浸潤的包裹；大顆粒

3、最外層為一定厚度的瀝青浸潤層，大顆粒表層部分孔隙被“瀝焦體”填充、包裹；大顆粒內部多孔、閉孔部分不能被瀝青浸潤。瀝青熱解過程動力學模型為此處為公式反應級數為2.3級，熱解過程表觀活化能Ea=108.27KJ/mol；結合不同粒度煅后焦BET分析，小于0.5mm為比表面積作用區(qū)域；0.5-3mm部分為煅后焦顆粒外表面的多孔結構作用區(qū)域。⑵利用體積密度測定儀、陽極CO2/空氣反應檢測儀等測試手段，考察了粒度分布對體積密度和炭陽極反應性的影響

4、規(guī)律，得出：在初始粒度分布條件下，通過控制焦炭中粒含量，減少粗粒和細粒含量，增加粉料含量，炭陽極反應性仍有繼續(xù)優(yōu)化的空間。⑶利用焦炭CO2/空氣反應檢測儀、陽極CO2/空氣反應檢測儀、XRD分析和自制熱解設備等測試手段，量化了微量元素含量對煅后焦反應性、煅后焦微觀結構、瀝青焦微觀結構、炭陽極反應性，研究了微量元素對“瀝青結焦體”反應性的影響，考察了微量元素和粉狀煅后焦對瀝青熱解過程的影響。得出：隨著微量元素含量的增加，Na、Ca和Mg元

5、素均使“結焦體”CO2反應殘余率逐漸降低，而 V和 Ni元素使“結焦體”CO2反應殘余率逐漸增大；“結焦體”空氣反應速率迅速增大。整體而言，炭陽極和煅后焦的反應殘余率相近，“瀝青結焦體”為改善炭陽極反應性的限制性環(huán)節(jié)；熱解表觀活化能增大，產焦率提高；煅后焦粉體的加入，可降低瀝青熱解表觀活化能，提高產焦率。⑷利用測硫儀、X-射線光電子能譜、紅外光譜分析儀、焦炭 CO2/空氣反應檢測儀、陽極CO2/空氣反應檢測儀、XRD分析和自制熱解設備等

6、測試手段，測定了硫在不同粒度石油焦中的分布情況及賦存狀態(tài)，研究了硫含量對煅后焦反應性、煅后焦微觀結構、炭陽極反應性的影響，研究了硫含量對“瀝青結焦體”反應性的影響規(guī)律，考察了不同硫含量粉狀煅后焦對瀝青熱解過程的影響。結果表明：硫優(yōu)先在大顆粒石油焦中賦存，再逐漸向小顆粒部分擴展，可通過篩分分離出不同硫含量石油焦；不同高硫石油焦的賦存狀態(tài)相似，主要為噻吩類和硫醇類有機硫，也存在不同含量的無機硫化物和硫酸鹽類；不同硫含量和粒度石油焦的焙燒脫硫

7、性能有明顯差異；“瀝青結焦體”的CO2反應殘余率僅為煅后焦的3/4-1/2左右，“瀝青結焦體”的空氣反應性速率遠大于煅后焦，受微量元素影響尤為顯著；不同高硫石油焦的性能差異較大，不能簡單以硫含量的高低來區(qū)分，實際生產應用中應將不同來源的高硫石油焦分別堆放，結合硫含量分布、微量元素含量、煅后焦性能和結焦體性能等進行綜合利用。⑸利用焦炭CO2/空氣反應檢測儀、陽極CO2/空氣反應檢測儀、XRD分析、SEM-EDS分析、自制熱解設備和熔鹽電解