1、鋁用炭陽極生產鋁用炭陽極生產 河南省有色行業職業技能鑒定站河南省有色行業職業技能鑒定站 冶金炭素職工技能鑒定培訓講義冶金炭素職工技能鑒定培訓講義 李慶宏李慶宏 關于鑒定考試關于鑒定考試 1、 理論理論、實操實操各100分。 實操實操：筆試、操作各50分； 每科各滿60分為合格。 2、筆試時間、筆試時間：初級工90min；中級工100+60min；高級工以上 120+60min 級別級別理論考題理論考題實操筆試實操筆試 填空選擇判斷簡答計算論述合計選擇 分析 解答 合 計 初級10220210245100_0 中級522521321618100391150 高級52252151 101 15 2

2、5 25110100391150 技師522521012525110100351550 高技101.52511514-2517113100351550 一、對炭素工藝的基本認識一、對炭素工藝的基本認識： 總體工藝以物理過程為主；總體工藝以物理過程為主； 均均勻勻、密密實實; 化學過程以加熱控溫為要化學過程以加熱控溫為要； 升溫升溫精精,火候火候準準 產品的基本認知：產品的基本認知： 成者容成者容易，易，優則優則難難。 二、鋁用炭素工種的分類：二、鋁用炭素工種的分類： 一般分為一般分為煅燒工、成型工、焙燒工煅燒工、成型工、焙燒工三個工種三個工種 12001300 11801250 2500280

3、0 目目 錄錄 第一章第一章 鋁與鋁與鋁用炭素鋁用炭素煅、煅、焙、焙、型型 第二章第二章 炭素材料概論炭素材料概論煅、煅、焙、焙、型型 第三章第三章 炭素原料及燃料燃燒炭素原料及燃料燃燒煅、煅、焙、焙、型型 第四章第四章 原料的煅燒原料的煅燒煅煅 第五章第五章 炭素原料的破碎與篩分炭素原料的破碎與篩分型型 第六章第六章 炭素制品配料方的編制與配料炭素制品配料方的編制與配料型型 第七章第七章 糊料的混捏糊料的混捏型型 第八章第八章 炭素制品成型工藝及設備炭素制品成型工藝及設備型型 第九章第九章 鋁用炭陽極焙燒鋁用炭陽極焙燒 焙焙 第十章第十章 陽極炭塊生產質量控制陽極炭塊生產質量控制煅、煅、型、

4、型、焙焙 第十一章第十一章 炭素窯爐的修筑炭素窯爐的修筑煅、煅、焙焙 第十二章第十二章 炭素材料檢驗炭素材料檢驗 煅、煅、焙、焙、型型 第一章第一章 鋁用炭素職業技能標準和要求鋁用炭素職業技能標準和要求 1 1、鋁用炭素工國家職業工種分類、鋁用炭素工國家職業工種分類 分為分為煅燒工、成型工、焙燒工煅燒工、成型工、焙燒工三個工種三個工種 1.1 1.1 職業等級職業等級* * * 本職業共設本職業共設五個等級五個等級，分別為：，分別為：初級初級（國家職業資格五級）、（國家職業資格五級）、 中級（中級（國家職業資格四級）、國家職業資格四級）、高級高級（國家職業資格三級）、（國家職業資格三級）、技師

5、技師 （國家職業資格二級）、（國家職業資格二級）、高級技師高級技師（國家職業資格一級）。（國家職業資格一級）。 1.2 1.2 職業環境職業環境 職業環境為職業環境為: :室內、外，有粉塵、煙氣、噪聲，有毒、有害的室內、外，有粉塵、煙氣、噪聲，有毒、有害的 高溫環境。高溫環境。 1.31.3申報條件申報條件* * * 高級工高級工（具備以下條件之一者具備以下條件之一者） 取得本職業中級職業資格證書后，連續從事本職業工作取得本職業中級職業資格證書后，連續從事本職業工作3 3年以年以 上，經本職業高級正規培訓達規定標準學時數，并取得結業證書。上，經本職業高級正規培訓達規定標準學時數，并取得結業證書

6、。 取得本職業中級職業資格證書后，連續從事本職業工作取得本職業中級職業資格證書后，連續從事本職業工作4 4年以年以 上。上。 連續從事本職業工作連續從事本職業工作1010年以上。年以上。 取得高級技工學?；蚪泟趧颖Ｕ闲姓块T審核認定的、以高級取得高級技工學?；蚪泟趧颖Ｕ闲姓块T審核認定的、以高級 技能為培養目標的高等職業學校本職業（專業）畢業證書。技能為培養目標的高等職業學校本職業（專業）畢業證書。 取得本職業中級職業資格證書的大專以上本專業或相關專業取得本職業中級職業資格證書的大專以上本專業或相關專業 畢業生，連續從事本職業工作畢業生，連續從事本職業工作2 2年以上。年以上。 技師技師（具備

7、以下條件之一者）（具備以下條件之一者） 取得本職業高級職業資格證書后，連續從事本職業工作取得本職業高級職業資格證書后，連續從事本職業工作4 4年以年以 上，經本職業技師正規培訓達規定標準學時數，并取得結業證書。上，經本職業技師正規培訓達規定標準學時數，并取得結業證書。 取得本職業高級職業資格證書后，連續從事本職業工作取得本職業高級職業資格證書后，連續從事本職業工作5 5年以年以 上。上。 取得本職業高級職業資格證書的高級技工學校本職業（專業）取得本職業高級職業資格證書的高級技工學校本職業（專業） 畢業生，連續從事本職業工作畢業生，連續從事本職業工作3 3年以上。年以上。 高級技師高級技師（具備

8、以下條件之一者）（具備以下條件之一者） 取得本職業技師職業資格證書后，連續從事本職業工作取得本職業技師職業資格證書后，連續從事本職業工作3 3年以年以 上，經本職業高級技師正規培訓達規定標準學時數，并以得結業上，經本職業高級技師正規培訓達規定標準學時數，并以得結業 證書。證書。 取得本職業技師職業資格證書后，連續從事本職業工作取得本職業技師職業資格證書后，連續從事本職業工作5 5年以年以 上。上。 1.41.4鑒定方式鑒定方式* * * 分為理論知識考試和技能操作考核。理論知識考試采用閉卷筆試，分為理論知識考試和技能操作考核。理論知識考試采用閉卷筆試， 技能操作考核采用現場實際（或模擬）操作方

9、式，理論知識考試技能操作考核采用現場實際（或模擬）操作方式，理論知識考試 和技能操作考核均實行百分制，成績皆達到和技能操作考核均實行百分制，成績皆達到6060分及以上者為合格。分及以上者為合格。 技師、高級技師鑒定還需進行綜合評審。技師、高級技師鑒定還需進行綜合評審。 1.5 1.5 鑒定比重表鑒定比重表 (1).理論知識理論知識 項項 目目 初級初級 (%)(%) 中級中級 (%)(%) 高級高級 (%)(%) 技師技師 (%)(%) 高級技師高級技師 (%)(%) 基本基本 要求要求 職業道德職業道德5 55 55 55 55 5 基礎知識基礎知識30303030252520202020

10、相相 關關 知知 識識 開爐準備開爐準備101010105 5 作業過程作業過程25252525303030302525 質量管理質量管理5 51010101015151515 設備維護設備維護101010101010 安全與環保安全與環保101010101010 技術管理與創技術管理與創 新新 20202020 培訓與指導培訓與指導5 510101515 總總 計計100100100100100100100100100100 (2).技能操作技能操作 項項 目目 初級初級 (%)(%) 中級中級 (%)(%) 高級高級 (%)(%) 技師技師 (%)(%) 高級技師高級技師 (%)(%) 相

11、相 關關 知知 識識 開爐準備開爐準備151510101010 作業過程作業過程40404545404035353030 安全與環保安全與環保151510101010 設備維護設備維護202020201515 質量管理質量管理10101515202025252525 技術管理與創技術管理與創 新新 30303535 培訓與指導培訓與指導5 510101010 總總 計計100100100100100100100100100100 2 2、炭素、炭素煅燒工煅燒工職業技能職業技能鑒定要求鑒定要求 2.1 2.1 知識要求：知識要求： 1 1炭的基本性質。炭的基本性質。 2 2生產陽極糊和預焙陽極塊

12、的原材料知識。生產陽極糊和預焙陽極塊的原材料知識。 3 3炭素生產工序的控制技術參數。炭素生產工序的控制技術參數。 4 4破碎原理。破碎原理。 5 5煅燒原理。煅燒原理。 6 6燃燒學、傳熱學、氣體力學的基本知識。燃燒學、傳熱學、氣體力學的基本知識。 7 7爐爐( (窯窯) )用耐火材料的基本知識。用耐火材料的基本知識。 8 8煅燒爐煅燒爐( (窯窯) )和瀝青熔化系統及其附屬設備砌筑、檢和瀝青熔化系統及其附屬設備砌筑、檢 修與試生產知識。修與試生產知識。 9 9煅燒爐煅燒爐( (窯窯) )的節能途徑。的節能途徑。 l0l0監控系統和儀表的工作原理。監控系統和儀表的工作原理。 1111安全及質

13、量與管理知識。安全及質量與管理知識。 2.2 2.2 技能要求：技能要求： * * * 1 1識別炭素原材料并鑒定質量。識別炭素原材料并鑒定質量。 2 2協調預碎與皮帶運輸生產節奏。協調預碎與皮帶運輸生產節奏。 3 3進行連續均勻加料的調控。進行連續均勻加料的調控。 4 4調整煅燒爐調整煅燒爐( (窯窯) )和瀝青熔化器溫度。和瀝青熔化器溫度。 5 5組織開、停爐組織開、停爐( (窯窯) )和瀝青熔化設備。和瀝青熔化設備。 6 6組織天然氣管道的檢查與清掃。組織天然氣管道的檢查與清掃。 7 7組織煅燒爐組織煅燒爐( (窯窯) )的烘爐的烘爐( (窯窯) )及降溫和瀝青融化器的及降溫和瀝青融化器

14、的 升降溫。升降溫。 8 8進行排料調控操作。進行排料調控操作。 9 9煅燒爐煅燒爐( (窯窯) )的使用和砌筑檢查及檢修。的使用和砌筑檢查及檢修。 1010瀝青熔化設備的使用和檢查及檢修。瀝青熔化設備的使用和檢查及檢修。 1111參與運輸和加排料等設備的生產調試和維修。參與運輸和加排料等設備的生產調試和維修。 1212使用維護監控系統和儀表。使用維護監控系統和儀表。 1313組織和協調現場安全生產、進行現場管理。組織和協調現場安全生產、進行現場管理。 2.3 2.3 工作實例：工作實例： 1 1組織協調預碎、煅燒崗位和瀝青熔化崗位操作，組織協調預碎、煅燒崗位和瀝青熔化崗位操作， 煅燒、瀝青熔

15、化質量和爐煅燒、瀝青熔化質量和爐( (窯窯) )及瀝青熔化產量達到要求。及瀝青熔化產量達到要求。 2 2調整爐窯各帶溫度梯度，實現均衡、穩定生產。調整爐窯各帶溫度梯度，實現均衡、穩定生產。 3 3調整瀝青熔化溫度，掌握瀝青管網工藝。調整瀝青熔化溫度，掌握瀝青管網工藝。 3 3、炭素、炭素焙燒工焙燒工職業技能鑒定職業技能鑒定 3.1 3.1 基本要求基本要求 3.1.1.職業道德職業道德 (1)(1)職業道德基本知識職業道德基本知識 (2)(2)職業守則職業守則 愛崗敬業，具有高度的責任心。愛崗敬業，具有高度的責任心。 遵守法律法規和有關規定。遵守法律法規和有關規定。 嚴格執行工作程序、工作規范

16、、工藝文件和安全操作規程。嚴格執行工作程序、工作規范、工藝文件和安全操作規程。 團結協作。團結協作。 3.1.2.基礎知識基礎知識 (1)(1)焙燒基礎知識焙燒基礎知識 金屬及其主要化合物的物理、化學性質。金屬及其主要化合物的物理、化學性質。 焙燒基礎知識。焙燒基礎知識。 焙燒工藝流程簡介。焙燒工藝流程簡介。 (2)(2)焙燒爐基礎知識焙燒爐基礎知識 焙燒爐簡介。焙燒爐簡介。 常用耐火材料知識。常用耐火材料知識。 (3)(3)機電設備常識機電設備常識 識圖知識。識圖知識。 機械常識。機械常識。 用電常識。用電常識。 設備維護基礎知識。設備維護基礎知識。 ( (4) )熱工儀表使用基礎知識熱工儀

17、表使用基礎知識 常用測溫儀表與工具使用基礎知識。常用測溫儀表與工具使用基礎知識。 常用測壓儀表與工具使用基礎知識。常用測壓儀表與工具使用基礎知識。 (5)(5)安全與衛生知識安全與衛生知識 安全生產管理。安全生產管理。 職業病的預防。職業病的預防。 消防器材的使用。消防器材的使用。 (6)(6)全面質量管理基礎知識全面質量管理基礎知識 質量管理基本概念。質量管理基本概念。 現場質量管理。現場質量管理。 質量管理認證體系。質量管理認證體系。 (7)(7)相關法律法規知識相關法律法規知識 勞動法的相關知識。勞動法的相關知識。 安全生產法的相關知識。安全生產法的相關知識。 環境保護法的相關知識。環境

18、保護法的相關知識。 3.2 炭素焙燒工職業技能鑒定補充要求炭素焙燒工職業技能鑒定補充要求 3.2.1 知識要求：知識要求： (1)(1)炭素制品所用原料的選用原則和鑒別方法。炭素制品所用原料的選用原則和鑒別方法。 (2)(2)焙燒爐采用的現行焙燒曲線。焙燒爐采用的現行焙燒曲線。 (3)(3)炭素制品生產各工序主要工藝控制參數。炭素制品生產各工序主要工藝控制參數。 (4)(4)產品的理化指標要求。產品的理化指標要求。 (5)(5)影響炭素制品理化指標的因素。影響炭素制品理化指標的因素。 (6)(6)焙燒的工藝方法和控制參數。焙燒的工藝方法和控制參數。 (7)(7)焙燒工序各生產指標的計算方法。焙

19、燒工序各生產指標的計算方法。 (8)(8)焙燒設備的結構和參數。焙燒設備的結構和參數。 (9)(9)熱工、耐火材料及企業管理知識。熱工、耐火材料及企業管理知識。 3.2.2 技能要求：技能要求： * * * (1)(1)制定并實施新產品工藝方案。制定并實施新產品工藝方案。 (2)(2)組織焙燒爐及天然氣管道的清掃工作。組織焙燒爐及天然氣管道的清掃工作。 (3)(3)分析廢品和事故原因，并提出改進措施。分析廢品和事故原因，并提出改進措施。 (4)(4)使用和維護焙燒爐及其它相關設備。使用和維護焙燒爐及其它相關設備。 (5)(5)制訂安全措施，進行安全管理。制訂安全措施，進行安全管理。 3.2.3

20、工作實例：工作實例： (1)(1)組織和協調各崗位操作。組織和協調各崗位操作。 (2)(2)處理各種質量事故。處理各種質量事故。 (3)(3)制訂新產品生產工藝方案組織實施。制訂新產品生產工藝方案組織實施。 (4)(4)參與本工種設備安裝試車工作。參與本工種設備安裝試車工作。 (5)(5)參與修訂技術規程和各項制度。參與修訂技術規程和各項制度。 本補充要求對初級、中級、高級、技師、高級技師的技能要求依本補充要求對初級、中級、高級、技師、高級技師的技能要求依 次遞進，高級別涵蓋低級別的要求。次遞進，高級別涵蓋低級別的要求。 4 4、炭素、炭素成型工成型工職業技能鑒定要求職業技能鑒定要求 炭素成型

21、工這一職業涵蓋了碳素炭素成型工這一職業涵蓋了碳素備料工、炭素配料工、炭備料工、炭素配料工、炭 素混捏工、炭素成型素混捏工、炭素成型工等工種。對初級、中級、高級、技師和工等工種。對初級、中級、高級、技師和 高級技師的技能要求依次遞進，高級別涵蓋低級別要求。高級技師的技能要求依次遞進，高級別涵蓋低級別要求。 4.1 炭素成型工職業技能鑒定要求 4.1.1知識要求知識要求* * * 1 1配料常用原料的技術指標及測定知識。配料常用原料的技術指標及測定知識。 2 2電解鋁用炭素制品生產的主要工序。電解鋁用炭素制品生產的主要工序。 3. 3. 電解鋁用炭素制品生產主要工序的工藝控制參數。電解鋁用炭素制品

22、生產主要工序的工藝控制參數。 4 4產品質量指標要求。產品質量指標要求。 5 5粘結劑的組分構成。粘結劑的組分構成。 6 6破碎篩分原理。破碎篩分原理。 7 7料倉理論及糊料和顆粒離析知識。料倉理論及糊料和顆粒離析知識。 8 8電解鋁用炭素制品的生產技術條件和使用條件，原料電解鋁用炭素制品的生產技術條件和使用條件，原料 的來源和性質。的來源和性質。 9 9配方的解析計算規則。配方的解析計算規則。 1010混捏原理及混捏生產基本知識?；炷笤砑盎炷笊a基本知識。 1l1l返回料處理、中碎篩分、磨粉、配料、混捏系統新設返回料處理、中碎篩分、磨粉、配料、混捏系統新設 備的安裝、試車投產及操作方法。備

23、的安裝、試車投產及操作方法。 1212糊料分析方法。糊料分析方法。 1313對廢品質量分析知識和防止廢品發生的措施。對廢品質量分析知識和防止廢品發生的措施。 1414設備的結構和技術參數。設備的結構和技術參數。 1515計算機控制系統基本知識、識圖的基本知識。計算機控制系統基本知識、識圖的基本知識。 1616生陽極生產主要工序的工藝技術參數。生陽極生產主要工序的工藝技術參數。 1717生陽極炭塊的理化指標。生陽極炭塊的理化指標。 1818糊料振動成型過程中的物理特性。糊料振動成型過程中的物理特性。 1919糊料在振動成型過程中發生的物理變化。糊料在振動成型過程中發生的物理變化。 2020影響振

24、動成型過程的因素。影響振動成型過程的因素。 2121炭素成型設備的構造、原理。炭素成型設備的構造、原理。 2222生產能力的計算方法。生產能力的計算方法。 2323計算機控制系統基本知識、識圖基本知識。計算機控制系統基本知識、識圖基本知識。 2424機械潤滑、液壓和安全文明生產知識。機械潤滑、液壓和安全文明生產知識。 4.1.2 4.1.2 技能要求：技能要求： * * * 1 1調整工藝條件及工作配方。調整工藝條件及工作配方。 2 2正確選擇工作配方。正確選擇工作配方。 3 3妥善處理生產設備故障。妥善處理生產設備故障。 4 4指導返回料處理、中碎篩分、磨粉、配料和混捏生產。指導返回料處理、

25、中碎篩分、磨粉、配料和混捏生產。 5 5參與新系統的調試和安裝。參與新系統的調試和安裝。 6 6組織生產及制定規程。組織生產及制定規程。 7 7處理生產技術問題。處理生產技術問題。 8 8給初、中級工講授技術理論與實踐課。給初、中級工講授技術理論與實踐課。 9 9使用、維護設備和檢查驗收設備。使用、維護設備和檢查驗收設備。 1010控制振動成型機的各項動作。控制振動成型機的各項動作。 1111操作振動成型機和炭塊冷卻輸送系統設備。操作振動成型機和炭塊冷卻輸送系統設備。 1212排除事故隱患，指導初、中級工安全生產作業。排除事故隱患，指導初、中級工安全生產作業。 4.1.3工作實例：工作實例：

26、1 1組織、協調返回料處理、中碎篩分、磨粉崗位生產，使組織、協調返回料處理、中碎篩分、磨粉崗位生產，使 配料、混捏合格率達到較高的標準。配料、混捏合格率達到較高的標準。 2 2在上位機上操作配料混捏系統，混捏無廢糊。在上位機上操作配料混捏系統，混捏無廢糊。 3 3成型各崗位規范操作，各項指標達到要求。成型各崗位規范操作，各項指標達到要求。 4 4全面掌握成型生產，組織處理發生各類事故，分析事故全面掌握成型生產，組織處理發生各類事故，分析事故 發生的原因，并提出預防措施。發生的原因，并提出預防措施。 5 5判斷糊溫與瀝青量，控制振動速度、時間等。判斷糊溫與瀝青量，控制振動速度、時間等。 6 6掌

27、握生陽極塊廢品檢查標準。掌握生陽極塊廢品檢查標準。 7 7組織調試新設備并提出調試過程中出現的問題。組織調試新設備并提出調試過程中出現的問題。 副副一章一章 鋁用炭素與鋁電解工藝鋁用炭素與鋁電解工藝 1.1 1.1 我國大型預焙鋁電解槽生產的基本現狀我國大型預焙鋁電解槽生產的基本現狀 1.1.11.1.1電解槽大型化是我國鋁工業發展的基本特點電解槽大型化是我國鋁工業發展的基本特點 20052005年年全國生產鋁廠全國生產鋁廠147147家家 產量產量780. 780. 萬噸。萬噸。其中：其中： 160 ka160 ka槽約槽約24002400臺臺 產能約產能約110110萬噸萬噸 4545 2

28、00ka200ka級級（186186240ka240ka）槽）槽67006700臺（在建臺（在建17001700） 5252家，產能家，產能 420420萬噸，產量萬噸，產量350350萬噸萬噸 14.8%14.8% 300 ka300 ka級級（280280350ka350ka）30003000臺（在建臺（在建800800） 1616家，產能家，產能 320320萬噸，產量約萬噸，產量約300300萬噸萬噸 11.311.3 2008：1318萬噸；萬噸； 2009：1285. 萬噸。萬噸。 其中其中：300ka 549萬噸萬噸 42.7%; 我國在產最大槽電流為我國在產最大槽電流為400k

29、a400ka（熱、磁）（熱、磁）09-11509-115萬噸萬噸 w=k.i2rt 均勻、優質、穩定均勻、優質、穩定 1.1.2 1.1.2 鋁電解過程的兩極反應鋁電解過程的兩極反應 陽極主反應陽極主反應 陽極陽極 副反應副反應 o2-2e= o c + 2o=co2 co2+c=2co 陰極主反應陰極主反應 陰極陰極副反應副反應 al3+3e=al na+e=na 4al（溶）（溶）+3c=al4c3 電解電解總反應總反應al2o3+1.5c=2al+1.5co2 陽極氣體陽極氣體co2、co 含量比一般為含量比一般為80：20 直流電：直流電：1300014000kwh/t.al ； 炭陽

30、極：炭陽極：500550 kg/t. al ； 1.2 1.2 陽極工藝與電解過程中的陽極消耗陽極工藝與電解過程中的陽極消耗 1.2.11.2.1陽極的消耗陽極的消耗 在鋁電解生產中，陽極炭塊不僅承擔著導電作用，而且還參在鋁電解生產中，陽極炭塊不僅承擔著導電作用，而且還參 與電化學反應。陽極炭塊質量的好壞，直接影響到鋁電解的正常與電化學反應。陽極炭塊質量的好壞，直接影響到鋁電解的正常 生產操作生產操作、陽極的、陽極的消耗消耗、原鋁的質量原鋁的質量和和電流效率電流效率等技術經濟指標。等技術經濟指標。 陽極的消耗可以表述為以下四種形式：陽極的消耗可以表述為以下四種形式： 理理 論論 消消 耗：耗：

31、 al2o3+ 1.5c=2al+1.5co2 (334) al2o3+3c=2al+3co (667) 合并式：合并式： al2o3+ c=2al + co2 + co 式中：式中： n為陽極氣體中為陽極氣體中co2的體積百分比的體積百分比 當氣體比當氣體比 = 70:30 、 75:25、 80:20（94效率效率）時）時 陽極理論消耗分別為陽極理論消耗分別為: 393 、 381、 370 kg/t.al 從某種意義上講從某種意義上講陽極消耗量是炭陽極質量最基陽極消耗量是炭陽極質量最基 本的標志之一。本的標志之一。 n1 3 n n 1 3 n n 1 )1(3 凈凈 耗耗：（：（含空氣

32、、二氧化碳氧化及掉渣，不含殘極含空氣、二氧化碳氧化及掉渣，不含殘極-過耗過耗） 過耗過耗氧化掉渣率。氧化掉渣率。35% （2040kg/tal) 凈耗凈耗理理+過耗過耗 400430 kg/t.al 總（毛）耗總（毛）耗：（包含殘極在內）（包含殘極在內） 殘極率（殘極率（150160mm）2020 25% 500550 kg/t.al 消消 耗耗 速速 度：度：（陽極每天消耗的高度陽極每天消耗的高度） hc = = 1.401.50(cm/d) 3 10 054. 8 k c d wi 陽 dk wc 2 al2o3 + 3c = 4 al + 3 co2 gross consumption

33、net consumptionanode butts excess consumption electrolytical consumption 334 / ce theoretical consumption 334 kgc/tal 陽極消耗組成示意圖陽極消耗組成示意圖 1.2.2 1.2.2 影響陽極消耗的主要因素影響陽極消耗的主要因素 nc=c+334/nc=c+334/cece+1.2(bt-960)-+1.2(bt-960)- 1.7 1.7crrcrr+9.3+9.3apap+8+8tctc-1.5-1.5arrarr 其中：其中： nc: nc: 陽極凈耗，陽極凈耗，kg/t.a

34、lkg/t.al c : c : 電解槽性能參數，電解槽性能參數，270270310310 cece: : 電流效率電流效率， 88889595 （關系參數關系參數） bt: bt: 槽溫，槽溫， 930930960 960 crr:crr:二氧化碳反應剩余率（）二氧化碳反應剩余率（）757592 92 ap: ap: 炭陽極空氣滲透率，炭陽極空氣滲透率，0.50.55.0npm 5.0npm tc: tc: 陽極導熱系數，陽極導熱系數，3.03.06.0w/m.k 6.0w/m.k arr: arr: 空氣反應剩余率（）空氣反應剩余率（） ，60609393 均為陽極質量的參數均為陽極質量的

35、參數 334/ce334/ce：電化學消耗：電化學消耗 1.2.3 大型鋁電解槽對炭陽極的基本要求大型鋁電解槽對炭陽極的基本要求 自焙槽自焙槽 陽極糊；陽極糊； 預焙槽預焙槽 預焙陽極炭塊預焙陽極炭塊 陽極陽極 鋁電解槽的心臟鋁電解槽的心臟 耐高溫，膨脹率小，抗熱震性好；耐高溫，膨脹率小，抗熱震性好； 強度強度較高較高，具有較好的耐沖刷性；，具有較好的耐沖刷性； 化學性質穩定，抗氧化和抗氟化物侵蝕性好；化學性質穩定，抗氧化和抗氟化物侵蝕性好； 導電性，導熱性良好。導電性，導熱性良好。 劣質陽極劣質陽極 炭渣炭渣過過多、槽溫多、槽溫過過高、效率高、效率過過低、物料低、物料過過耗、耗、 爐幫爐幫過

36、過空、發病空、發病過過頻頻 鋁電解中的陽極鋁電解中的陽極反應物、導電體，反應物、導電體， 關系電解指標與槽況。關系電解指標與槽況。 1.3 1.3 陰極炭塊陰極炭塊延長槽壽命的關鍵材料延長槽壽命的關鍵材料 1.3.1 鋁電解槽陰極的作用與分類鋁電解槽陰極的作用與分類 鋁電解槽的鋁電解槽的軀體軀體、高溫直接、高溫直接承載體承載體、鋁電解過程的、鋁電解過程的反應器反應器。 經濟技術指標、工藝過程條件、槽子的壽命。經濟技術指標、工藝過程條件、槽子的壽命。 耐高溫、抗腐蝕、導熱性好、導電性（底）好、耐電解質（鈉）耐高溫、抗腐蝕、導熱性好、導電性（底）好、耐電解質（鈉） 滲透性、耐沖刷等。滲透性、耐沖刷

37、等。 陰極的基本分類：陰極的基本分類： 1.普通陰極炭塊普通陰極炭塊以普煅無煙煤、冶金焦、煤瀝青為原料；以普煅無煙煤、冶金焦、煤瀝青為原料； 2.半石墨化（質）陰極炭塊半石墨化（質）陰極炭塊以高溫電煅無煙煤、冶金焦、以高溫電煅無煙煤、冶金焦、 石墨碎、煤瀝青為原料或普通炭塊經半石墨化處理生產的陰極塊；石墨碎、煤瀝青為原料或普通炭塊經半石墨化處理生產的陰極塊； 3.高石墨質陰極炭塊高石墨質陰極炭塊含石墨質材料含石墨質材料3085的陰極炭塊的陰極炭塊; 4.石墨化陰極炭塊石墨化陰極炭塊以石油焦為骨料的炭塊，再進行石墨化以石油焦為骨料的炭塊，再進行石墨化 處理生產的陰極炭塊。處理生產的陰極炭塊。 形

38、式與種類形式與種類底底（部）（部）塊塊、側（部）塊側（部）塊、炭炭（底、陰極）（底、陰極）糊糊。 硼化鈦涂層（復合）底塊；可濕潤陰極塊硼化鈦涂層（復合）底塊；可濕潤陰極塊;異型陰極炭塊。異型陰極炭塊。 氮化硅氮化硅 結合炭化硅側塊結合炭化硅側塊(sic-si3n4) 陰極材料的分類陰極材料的分類 周邊糊周邊糊 炭間糊炭間糊 鋼棒糊鋼棒糊 炭膠泥炭膠泥 鋁鋁 用用 陰陰 極極 材材 料料 陰極炭塊陰極炭塊 陰極糊陰極糊 底部炭塊底部炭塊 側部炭塊側部炭塊 半石墨炭塊半石墨炭塊 普通炭塊普通炭塊 高石墨質炭塊高石墨質炭塊 可濕潤陰極炭塊可濕潤陰極炭塊 石墨化炭塊石墨化炭塊 半石墨側部塊半石墨側部塊

39、 普通側部炭塊普通側部炭塊 sic-si3n4側塊側塊 半石墨陰極糊半石墨陰極糊 普通陰極糊普通陰極糊 高石墨質陰極糊高石墨質陰極糊 冷搗糊冷搗糊 熱搗糊熱搗糊 我國陰極糊的分類及牌號我國陰極糊的分類及牌號(ys/t 65-2007) 分類分類牌號牌號名稱名稱適用部位適用部位施工溫度，施工溫度， 第第 一一 類類 bszh半石墨周圍糊半石墨周圍糊填充底部炭塊與側部炭塊接縫及耐火磚等之間填充底部炭塊與側部炭塊接縫及耐火磚等之間 較寬縫隙較寬縫隙 11010 bsth半石墨炭間糊半石墨炭間糊填充炭塊與炭塊之間縫隙填充炭塊與炭塊之間縫隙11010 bsgh半石墨鋼棒糊半石墨鋼棒糊填充陰極鋼棒與炭塊之

40、間縫隙填充陰極鋼棒與炭塊之間縫隙11010 bstn半石墨炭膠泥半石墨炭膠泥填充側部炭塊之間較小縫隙填充側部炭塊之間較小縫隙6010 第第 二二 類類 gszh高石墨周圍糊高石墨周圍糊填充高石墨質底部炭塊與側部炭塊接縫及耐火填充高石墨質底部炭塊與側部炭塊接縫及耐火 磚等之間較寬縫隙磚等之間較寬縫隙 11010 gsth高石墨炭間糊高石墨炭間糊填充炭塊與炭塊之間縫隙填充炭塊與炭塊之間縫隙11010 gsgh高石墨鋼棒糊高石墨鋼棒糊填充陰極鋼棒與炭塊之間縫隙填充陰極鋼棒與炭塊之間縫隙11010 第第 三三 類類 bsld-1半石墨冷搗糊半石墨冷搗糊填充炭塊與炭塊，底部炭塊與側部炭塊及耐火填充炭塊與

41、炭塊，底部炭塊與側部炭塊及耐火 磚之間的縫隙磚之間的縫隙 25-55 bsld-2半石墨冷搗糊半石墨冷搗糊填充陰極鋼棒與炭塊之間縫隙填充陰極鋼棒與炭塊之間縫隙 25-55 gsld-1高石墨冷搗糊高石墨冷搗糊填充炭塊與炭塊，底部炭塊與側部炭塊及耐火填充炭塊與炭塊，底部炭塊與側部炭塊及耐火 磚之間的縫隙磚之間的縫隙 25-55 gsld-2高石墨冷搗糊高石墨冷搗糊填充陰極鋼棒與炭塊之間縫隙填充陰極鋼棒與炭塊之間縫隙 25-55 1.4 鋁電解槽結構示意圖鋁電解槽結構示意圖炭素在電解槽上的應用炭素在電解槽上的應用 上部結構上部結構 陽極炭塊陽極炭塊 陰極炭塊陰極炭塊 高溫電解質高溫電解質 側部炭塊

42、側部炭塊 陽極組陽極組 殼面及覆蓋料殼面及覆蓋料 陰極炭糊陰極炭糊 1.3.2 陰極的破損陰極的破損 由于電解質熔體中有各種雜質元素，在鋁電解過程中，電由于電解質熔體中有各種雜質元素，在鋁電解過程中，電 解質中的解質中的鈉離子鈉離子在電場的作用下在電場的作用下被炭陰極選擇性吸附被炭陰極選擇性吸附，鋁與碳，鋁與碳 發生副反應生成發生副反應生成碳化鋁碳化鋁(al4c3)等產物等產物，而且，而且熔鹽對陰極炭塊發熔鹽對陰極炭塊發 生侵蝕和沖刷等生侵蝕和沖刷等作用，加上作用，加上熱應力的作用熱應力的作用，使，使陰極材料發生破陰極材料發生破 損，從而使鋁電解槽壽命到期而大修損，從而使鋁電解槽壽命到期而大修

43、。 陰極破損形式：陰極破損形式： 1、爐底隆起、爐底隆起 (1年年2cm; 3年年10-15cm；后基本穩定）；后基本穩定） 2、陰極炭塊斷裂、陰極炭塊斷裂 （為中部大，邊縫小形式）為中部大，邊縫小形式） 3、陰極炭塊形成沖蝕坑、陰極炭塊形成沖蝕坑 （多在縫處）（多在縫處） 4、陰極炭塊層狀剝離、陰極炭塊層狀剝離 5、扎縫糊起層、洞穿、縱向裂開、扎縫糊起層、洞穿、縱向裂開 6、側部炭塊破損、側部炭塊破損 （形式：邊塊斷裂；電化學侵蝕；邊剝形式：邊塊斷裂；電化學侵蝕；邊剝 落；遭氧化）落；遭氧化） 陰極：鋁濕潤性、散熱性、抗鈉侵蝕性、耐陰極：鋁濕潤性、散熱性、抗鈉侵蝕性、耐 磨性、高導電性。磨性

44、、高導電性。 第一章思考題第一章思考題 1、鋁用炭素材料一般包括哪幾類？其作用各是什么？主要原料、鋁用炭素材料一般包括哪幾類？其作用各是什么？主要原料 有什么不同？有什么不同？ 2、從使用角度講，鋁電解炭陽極應具備哪些特性？、從使用角度講，鋁電解炭陽極應具備哪些特性？ 3、為什么說陽極是鋁電解槽的心臟？、為什么說陽極是鋁電解槽的心臟？ 4、陽極消耗都與炭塊的哪些性能指標有關？、陽極消耗都與炭塊的哪些性能指標有關？ 5、在鋁電解過程中陽極是如何參加反應的？寫出電化學反應方、在鋁電解過程中陽極是如何參加反應的？寫出電化學反應方 程式。程式。 6、電解槽的壽命與炭素材料有什么關系？、電解槽的壽命與炭

45、素材料有什么關系？ 第二章第二章 炭素材料概述炭素材料概述 2 2. .1 1 炭的存在形式炭的存在形式 2.1.1 自然界中的碳自然界中的碳 碳的元素符號為碳的元素符號為c，相對原子量為，相對原子量為12.0112.01，原子序數，原子序數 為為6 6，電子分布狀態為，電子分布狀態為1s2 2s2 2p2。碳在自然界分布很廣，。碳在自然界分布很廣， 雖然碳在地殼元素總量中僅占雖然碳在地殼元素總量中僅占0.14（0.08），為各元素），為各元素 含量的第含量的第13位，但它卻位，但它卻是地球上形成是地球上形成化合物最多化合物最多的元素，的元素， 在在水和大氣中水和大氣中主要以主要以co2、碳酸

46、和碳酸鹽的形式存在；、碳酸和碳酸鹽的形式存在； 礦物界礦物界有各種有各種碳酸鹽、煤、天然石墨和金剛石等，還有碳酸鹽、煤、天然石墨和金剛石等，還有 石油和天然氣等碳氫化合物；石油和天然氣等碳氫化合物；動植物體中的動植物體中的脂肪、蛋白脂肪、蛋白 質、淀粉和纖維素也都是碳水化合物質、淀粉和纖維素也都是碳水化合物。碳被視為組成一碳被視為組成一 切動植物體的基本元素切動植物體的基本元素。 碳的資源以兩種類型存在，一種是碳的資源以兩種類型存在，一種是循環性資源循環性資源，即，即 由植物和動物所代表的生物和由植物和動物所代表的生物和co2進行遷移循環；另一進行遷移循環；另一 種是循環速度很慢，但數量極大的

47、種是循環速度很慢，但數量極大的堆積物堆積物，均為化合物，均為化合物， 如碳酸鹽礦物和有機質堆積物。天然純碳非常少。如碳酸鹽礦物和有機質堆積物。天然純碳非常少。 “炭素炭素”即元素碳。元素碳是法國科學家拉瓦錫（即元素碳。元素碳是法國科學家拉瓦錫（ a . l . lavoisier ）于）于 1776 年發現并列人元素周期表中，年發現并列人元素周期表中， 1797 年法國年法國 科學家特納爾（科學家特納爾（ l . j . thenard）通過實驗，證實了）通過實驗，證實了金剛石金剛石和和石石 墨墨都是碳元素的同素異形體。都是碳元素的同素異形體?！疤刻俊迸c與“碳碳”二字有聯系又有區二字有聯系又有

48、區 別，材料學者將含有碳元素的化合物及其眾多的衍生物，如碳水別，材料學者將含有碳元素的化合物及其眾多的衍生物，如碳水 化合物、碳酸鹽、碳氫化合物中的元素碳用化合物、碳酸鹽、碳氫化合物中的元素碳用“碳碳”字表示，而將字表示，而將 c /h比在比在 10 以上，主要由碳元素組成的、多數為固體材料（如以上，主要由碳元素組成的、多數為固體材料（如 煤炭、焦炭、炭電極、炭塊、炭纖維等）中的煤炭、焦炭、炭電極、炭塊、炭纖維等）中的“碳碳” 用用“炭炭” 字表示，并統稱為字表示，并統稱為炭素材料炭素材料。而。而 “炭素廠炭素廠”實際上是生產炭素實際上是生產炭素 材料的工廠材料的工廠 炭素材料工業將使用的石油

49、焦、無煙煤、天然石墨等稱為炭素材料工業將使用的石油焦、無煙煤、天然石墨等稱為炭素原炭素原 料料；將使用炭素原料，經過一系列加工得到的具有使用性，并具；將使用炭素原料，經過一系列加工得到的具有使用性，并具 有一定物理化學性質的產品稱為有一定物理化學性質的產品稱為炭素制品炭素制品（如陽極炭塊、陰極炭（如陽極炭塊、陰極炭 塊、陽極糊、陰極糊、石墨電極）。塊、陽極糊、陰極糊、石墨電極）。炭素制品按理化性質的不同，炭素制品按理化性質的不同， 一般區分為炭質、石墨質和半石墨質一般區分為炭質、石墨質和半石墨質 3 大類。大類。 炭素材料是一種炭素材料是一種古老古老的材料，古人類就已經將煤炭、木炭、的材料，古

50、人類就已經將煤炭、木炭、 天然石墨用于取暖、煮食等，但作為高質量的工業材料使用僅有天然石墨用于取暖、煮食等，但作為高質量的工業材料使用僅有 100多年的歷史。用各種煤炭為原料加工成導電材料是在電的發多年的歷史。用各種煤炭為原料加工成導電材料是在電的發 現和應用以后，故炭素工業又是一種現和應用以后，故炭素工業又是一種新型材料工業新型材料工業。 碳材料特性碳材料特性（無機非金屬材料無機非金屬材料）：）： 耐高溫、熱穩定性好耐高溫、熱穩定性好用于結構材料；用于結構材料； 耐腐蝕耐腐蝕（浸漬，不透性）化學工業；（浸漬，不透性）化學工業； 導電性導電性電極材料；電極材料； 自潤滑性自潤滑性密封、潤滑材料

51、。密封、潤滑材料。 金屬金屬 炭素材料炭素材料 陶瓷陶瓷 有機高分子有機高分子 導熱性導熱性 導電性導電性 耐熱性耐熱性 耐腐蝕耐腐蝕 輕質量輕質量 結構多樣結構多樣 比強度高、比強度高、 減震率大、減震率大、 生物相容好、生物相容好、 中子減速性、中子減速性、 結構多樣性。結構多樣性。 2.1.2 炭的生成炭的生成多由多由c c、h h、o o、n n、s s混合組成，漫長轉化?；旌辖M成，漫長轉化。 煤含碳為煤含碳為60609090，木材含碳約，木材含碳約5050，石油含碳為，石油含碳為80809090， 天然石墨含碳近天然石墨含碳近100100。 碳氫化合物轉化炭的過程稱為碳氫化合物轉化炭

52、的過程稱為炭化炭化，它的反應機理為，它的反應機理為熱解熱解。 熱解的概念泛指有機化合物在受熱時所發生的分解或裂解而生成熱解的概念泛指有機化合物在受熱時所發生的分解或裂解而生成 最終產物的過程。石油、煤一般認為是在億萬年以前被埋入地層最終產物的過程。石油、煤一般認為是在億萬年以前被埋入地層 下的動物和植物，在隔絕空氣、受地熱和地層高壓等條件下轉化下的動物和植物，在隔絕空氣、受地熱和地層高壓等條件下轉化 的結果。無煙煤是近乎炭化后期的產物，天然石墨可認為已完全的結果。無煙煤是近乎炭化后期的產物，天然石墨可認為已完全 炭化，并且已經達到了石墨的程度。但是，由于各種狀態的差異，炭化，并且已經達到了石墨

53、的程度。但是，由于各種狀態的差異， 也就很難認為所有的天然石墨具有同一形式。也就很難認為所有的天然石墨具有同一形式。 自然界中的碳，不管是哪種形式，均可理解為是有機物經自然界中的碳，不管是哪種形式，均可理解為是有機物經熱熱 裂解反應裂解反應的生成物。的生成物。自然界的有機物，合成樹脂等人造有機物，自然界的有機物，合成樹脂等人造有機物， 不管是氣體、液體還是固體，只要在隔絕氧的條件下，在有熱的不管是氣體、液體還是固體，只要在隔絕氧的條件下，在有熱的 作用下，就可以從作用下，就可以從烴類化合物烴類化合物中生成炭。中生成炭。 炭化炭化是將碳氫化合物中的碳保留下來，而氫和其它元素通過是將碳氫化合物中的

54、碳保留下來，而氫和其它元素通過 受熱分解被排除逸出。受熱分解被排除逸出。 一般而言，稱一般而言，稱液相炭化液相炭化生成物為生成物為焦，固相炭化焦，固相炭化生成物為生成物為炭。炭。 前者是前者是軟質炭，軟質炭，后者是后者是硬炭硬炭，但有時也有例外（冶金焦）。，但有時也有例外（冶金焦）。 初始原料初始原料中間原料中間原料炭化時形態炭化時形態生成的炭素材料生成的炭素材料 石油石油重油重油液相液相石油焦石油焦 煤煤 固相固相冶金焦冶金焦 煤煤煤焦油、瀝青煤焦油、瀝青液相液相煤焦油、煤焦油、瀝青焦瀝青焦 植物植物 固相固相木炭、活性炭木炭、活性炭 木材木材 氣相氣相纖維狀炭纖維狀炭 天然氣天然氣 氣相氣

55、相炭黑、熱解炭、石墨炭黑、熱解炭、石墨 合成高分子物合成高分子物 固相固相硬質炭、纖維狀炭硬質炭、纖維狀炭 表表2-1 2-1 炭素材料的生成炭素材料的生成 烴烴僅由僅由 碳碳 和和 氫氫 兩種兩種 元素元素 組成有機化合物組成有機化合物 稱為稱為 碳氫化合碳氫化合 物物 ，又叫，又叫 烴烴(ting) 。 烴是烴是 中國化學家中國化學家 發明的字，是用發明的字，是用“ 碳碳 ”的的 聲母聲母 加上加上“ 氫氫 ”的的 韻母韻母 合成一個合成一個字音字音；用；用“碳碳”和和“氫氫”兩個字兩個字 的內部結構組成的內部結構組成字型字型。所以說，。所以說，“烴烴”是是“碳氫化合物碳氫化合物”的簡稱的

56、簡稱， 直鏈；環鏈直鏈；環鏈。 2.1.3 炭的存在形式與分子結構炭的存在形式與分子結構 物質世界是由一百多種（物質世界是由一百多種（1189127）元素以不同的形態和不）元素以不同的形態和不 同的同的化合物、混合物化合物、混合物或或單質單質組成的組成的。 在自然界里，含炭化合物在自然界里，含炭化合物100多萬種，而單質炭有三種變體（同多萬種，而單質炭有三種變體（同 素異構體、同分異構體）：素異構體、同分異構體）：金剛石金剛石、石墨石墨及及無定形炭無定形炭。金剛石和石。金剛石和石 墨是結晶形體，無定形炭是非結晶形體，它們都是炭的墨是結晶形體，無定形炭是非結晶形體，它們都是炭的同素異構體同素異構

57、體。 （另有人造（另有人造富勒烯富勒烯巴基球：呈封閉球狀如巴基球：呈封閉球狀如c60、 、 c70 ） ） 天然炭的三種不同形態的原子結構和它們形成時所經受的天然炭的三種不同形態的原子結構和它們形成時所經受的壓力壓力 與溫度與溫度有密切關系，由于形成的壓力與溫度不同，同樣的炭元素，有密切關系，由于形成的壓力與溫度不同，同樣的炭元素， 可以生成不同形態和不同結構的物質，而且在一定條件下又可以可以生成不同形態和不同結構的物質，而且在一定條件下又可以轉轉 化化。例如：一些無定形炭在加熱到。例如：一些無定形炭在加熱到2300以上的高溫，就可以轉化以上的高溫，就可以轉化 為石墨，而石墨在極高的壓力（為石

58、墨，而石墨在極高的壓力（510萬萬amp)和高溫和高溫(10002000） 下或通過金屬觸媒（催化劑），又可以生成金剛石。下或通過金屬觸媒（催化劑），又可以生成金剛石。 石墨轉化為金剛石的條件見（石墨轉化為金剛石的條件見（p22p22）表）表2-22-2。 碳結構的多種性碳結構的多種性？ 電子分布特點與雜化電子分布特點與雜化 一、原子核外電子的分布特點：一、原子核外電子的分布特點： 原子核的電子分層分布，層數等于其所在周期表的周期數原子核的電子分層分布，層數等于其所在周期表的周期數 每個電子層又分為多個亞層（）每個電子層又分為多個亞層（） 最低能級原理首先搶占最低能級；最低能級原理首先搶占最低

59、能級； 泡利不相容原理泡利不相容原理-每個軌道只能容納每個軌道只能容納2 2個自旋方向相反電子個自旋方向相反電子; ; 洪特規則洪特規則-在同屬亞層的軌道上在同屬亞層的軌道上, ,各電子最先搶占不同軌道各電子最先搶占不同軌道; ; 全充滿全充滿, ,半充滿原則半充滿原則-電子盡量達到層間全充滿或電子盡量達到層間全充滿或s s以外的以外的 半充滿穩定狀態半充滿穩定狀態. . 碳原子：碳原子： -第第2 2周期周期, ,第第4 4主族主族, ,序數為序數為6 6； 基本結構有基本結構有2 2種；種； 外層電子在結合時會進行雜化。外層電子在結合時會進行雜化。 (見雜化理論見雜化理論） 1s2 2s2

60、p 洪特規則結構洪特規則結構雜化組合雜化組合低能級結構低能級結構 二、關于二、關于sp雜化理論雜化理論 1.分子在成鍵過程中，由于原子間的相互影響，同一分子在成鍵過程中，由于原子間的相互影響，同一 原子中，幾個能量相近的不同類型的原子軌道（即波函原子中，幾個能量相近的不同類型的原子軌道（即波函 數），可以數），可以重新進行線性組合，重新分配能量和確定空重新進行線性組合，重新分配能量和確定空 間方向，組成數目相等的新的原子軌道，間方向，組成數目相等的新的原子軌道，這種軌道這種軌道重新重新 組合的過程稱為雜化組合的過程稱為雜化（hybridization），雜化后形成的），雜化后形成的 新軌道稱為