（石河子市天山铝业股份有限公司，石河子市，832000） 鲁明远

铝电解生产使用的阳极是以石油焦为骨料、以煤沥青为粘结剂经预热、混捏、冷却、成型、焙烧等工序加工而成，阳极作为电解槽的心脏，费用占整个电解铝的14%左右。2017年我国原铝产量约3 225万吨，其中，新疆自治区产量约645万吨，占全国的20%。生产一吨电解铝需要消耗400～500kg的铝用阳极，铝用阳极的主要原材料是石油焦，生产一吨阳极约需要石油焦一吨左右，据此简单计算，全国每年生产铝用阳极消耗石油焦约1600多万吨，如果单纯从石油焦生产能力来看，国内石油焦的产量完全能够满足国内市场的需要，但与其他省拥有大量石油焦产量不同的是，新疆地区缺乏石油焦资源，近几年新疆地区石油焦总产量均未超过180万吨，如果新疆地区电解铝需求的阳极全部在本地生产，需要石油焦370万吨以上，换言之，截止2017年底，新疆地区石油焦年缺口量达190万吨，导致石油焦市场出现供不应求局面，这种情况，造成新疆地区石油焦价格远高于内地其他地区。根据新疆本地石油焦的供需状况，低灰煤代替石油焦在电解铝用阳极中的应用具有十分重要的意义。

1 铝用阳极中石油焦的主要指标

石油焦是生产铝用阳极的主要原料。石油焦的特性对铝用阳极的性能有很大影响，灰分是石油焦的一项重要质量指标。石油焦的灰分比较低，一般小于1%，主要有微量元素组成，这些元素会在电解过程中发生选择性氧化，加速阳极消耗。除灰分外，硫分也是石油焦的重要质量指标之一，硫是一种有害组分。过量的硫含量，使阳极在电解过程中易产生“异常”现象，容易开裂，电阻率增大。同时影响石油焦质量的还有电阻率，石油焦的电阻率直接关系到成品阳极的电阻率，除此之外，石油焦的密度、耐压强度等参数也对阳极生产存在一定的影响。

对于全部用石油焦生产铝电解用预焙阳极，已经有成熟的行业标准（YS/T 285-2012），其主要指标见表1。根据石油焦性能的分析，低灰煤必须具备低灰分、低含硫量，高导电性能量才能用于铝用阳极生产。

2 新疆低灰煤资源分析

新疆拥有丰富的煤炭资源且分布非常集中，全区煤炭资源预测约2万多亿吨，占全国比重高达40%，新疆煤炭以中低变质长焰煤、不粘结煤和弱粘结煤为主，其次为中变质的气煤、肥煤和焦煤。预测资源量中灰分低于25%的约占95%，低于15%的约占47%，低于10%的约占16%。硫分低于1.5%的约占96%，低于1%的约占80%，根据以上数据可以看出，新疆不仅煤炭资源丰富，产量大，而且还有不少灰份很低的煤资源。有些矿区煤炭灰份可低至3%以下。新疆部分煤炭硫分含量很低，部分矿区煤炭的硫分在0.5%以下。这些丰富的煤炭资源为低灰煤在电解铝用阳极中的应用提供便利条件。

表1 用石油焦护铝电解用预熔阳极的主要指标

3 低灰煤在电解铝用阳极应用分析

3.1 低灰煤炭的热处理分析

由于各种固体原料低灰煤的成煤温度的地址年代不同，在内部结构中不同程度地含有水分、杂质或挥发物。这些物质如果不预先排除，直接用它们生产阳极材料，势必影响产品质量和使用性能，将选定的低灰煤进行1 300℃以上的热处理，经过高温处理降低挥发分、水分和硫分含量，提高低灰煤的真密度和机械强度以及导电性能。

3.2 煅烧煤对沥青吸附性能分析

沥青烟气体与火煅后煤之间由于分子间作用力相互吸引，沥青充分填充煅烧煤颗粒的开气孔并包覆颗粒的表面而不再有多余，在这种状态各项理化指标性能最好。沥青加入后一部分浸入煅烧煤的内部，另一部分覆盖在表面，还有一部分就是填充于煅烧煤颗粒之间的间隙，因此，分析煅后煤颗粒中开口孔隙率、堆积孔率以及表面积，使低灰煤用于阳极生产时沥青吸附性能达到最佳状态。

3.3 确定低灰煤用于阳极生产的最佳配比

将煅后煤和煅后焦混合作为骨料，用沥青作为粘结剂，采用以往的工艺和配方，经过混捏、成型、焙烧，按照不同的配比量制作成铝用阳极试样，分析各试样灰分、体积密度、耐压强度、电阻率、真密度、热膨胀系数等相关技术指标，寻找煅后煤与煅后焦的配比规律，确定煅后煤用于阳极生产的最佳配比。

3.4 混捏成型的工艺参数改进技术

灰分和杂质成分的控制，即便是超低灰的无烟煤，灰分的含量也远大于石油焦，所以混合使用后灰分的控制是主要的技术问题。低灰煤煅烧的挥发分控制，低灰煤的挥发分较高，在煅烧时，影响煅烧炉的热平衡，通过调整石油焦中挥发分的含量、调整烟煤的比例，可以将混用后的挥发分调整到合适的水平。根据煤炭的性能特点，研究其用于阳极生产的工艺技术，包括粉料和颗粒的加工技术、配方改进技术、物料的加入技术、混捏成型的工艺改进等。

4 结语

低灰煤在电解铝用阳极中的应用，不仅可以缓解新疆石油焦资源的缺乏，突破新疆煤炭因运力不足产生的发展瓶颈，从企业角度还可以降低阳极生产成本，减少能源消耗，以国内某铝厂为例，该厂以超低灰煤电煅产品替代原料进行铝电解用预焙阳极工业化生产及工业应用，电解铝达到了有色行业二级品标准（部分达到一级），电解槽电压降低19mV，槽内温度降低2.17℃。突破了传统上铝用阳极生产对石油焦原料的依赖性，拓宽了阳极原料的选择范围，对于电解铝工业的可持续发展具有重要意义。

[1]罗英涛，苏自伟，罗钟生，赵淋.可替代石油焦原料制作炭阳极试验研究[J].轻金属,2011,8:48-50

[2]王晶，王晓刚.烟煤焦炭制备铝业预焙阳极的先驱实验分析[J].炭素,2007,1:25-29

[3]张志超，穆小杰，李贤.生阳极配方中沥青含量的探讨[J].轻金属,2014,2:41-44

[4]李纯，陆惠国，张锡平，肇玉卿，宋恩余.改变石油焦和煤沥青性质对预焙阳极块使用性能的影响[J].轻金属,2005,2:48-50

[5]徐迎节.超低灰无烟煤石墨化产品的生产及应用[J].煤炭加工与综合利用,2013,3:60-62