日前，由姜玉敬教授发明的“一种改进铝用预焙炭阳极性能的生产方法”获得了国家发明专利（见图1），一举攻破长期以来铝用预焙阳极性能难以提高的世界性难题。
图1：姜玉敬教授的发明专利证书
众所周知，铝用预焙炭阳极是预焙铝电解槽生产电解铝必不可少的材料之一，俗成铝电解槽的“心脏”。预焙炭阳极在铝电解过程中既起到导电的作用，也起到直接参入电化学反应的作用，是采用不同粒级的煅后石油焦为骨料、沥青或树脂做粘结剂按照一定的比例，经过混捏、成型、焙烧等工序生产出不同规格的炭阳极，以满足铝电解生产铝的需要。其工艺流程如下：
图2：铝用预焙阳极生产的工艺流程
目前，全球铝用预焙阳极普遍采用上述生产工艺技术，存在的主要问题是：一是石油焦经过高温煅烧后普遍存在着30%～55%的孔隙，严重影响了产品的密度、导电性、强度等；二是为解决煅后焦的孔隙问题，目前全球唯一办法是采用沥青进行较长时间的混捏，让沥青能够充分进入煅后石油焦的孔隙中，再经过高温焙烧后，使沥青裂解成碳在骨料中留存，但在焙烧的过程中只有不到50%的沥青被碳化，炭阳极中的骨料及炭阳极内部造成二次孔隙率较大，这一难题一直没有得到有效解决，导致了炭阳极的主要性能指标，如电阻率、密度等关键性能指标难以得到有效改善；四是沥青或者树脂的消耗较大，沥青和树脂都是严重的污染物，在焙烧过程中产生大量的沥青烟等有害气体；四是铝用预焙阳极的主要性能指标一直停留在：体积密度在1.52 g/cm3～1.55g/cm3，电阻率在52μΩ.m～57 μΩ.m，长期以来一直得不到有效改进；五是在电解铝过程中，因其炭阳极电阻率得不到有效降低，电解铝过程中的炭阳极压降就得不到有效降低，电解铝的过程中始终保持着高能耗、高温室气体的排放。
为解决上述这一世界性难题，姜玉敬教授经过长期反复的潜心理论研究与创新实践，研究出长期影响预焙阳极性能难以提高的根本性问题，成功发明了一种能有效填充煅后石油焦孔隙、与之相适应的工艺技术条件、生产出完全改善预焙阳极性能指标的生产铝用预焙炭阳极的新方法。
该发明公开了一种改进铝用预焙炭阳极性能的生产方法，通过采用具有高导电性能的无污染的填充料，经过相适应的直入式填充微孔技术、固结技术和生产工艺控制技术，将具有优良性能的物质“镶嵌”在煅后石油焦颗粒的内部空腔里，有效填充了铝用预焙阳极生产用的石油焦在经过煅烧后产生的30%～55%的孔隙，有效改变了原来用沥青充填后因焙烧所产生的二次孔隙等，全面提高了铝用预焙炭阳极的电阻率、密度等关键性能指标。从采用传统方法生产的产品横截面和采用姜玉敬教授发明的技术生产出的成品横断截面的实际图片对比情况看，非常清楚地显示出内部结构的孔隙明显不同，姜玉敬教授发明的技术方法生产的产品横截面的图片看，其内部孔隙明显减少和缩小，见图3所示。
图3：传统方法与姜玉敬教授发明的方法的产品内部横截面对比
通过科学地对采用姜玉敬教授的发明方法所生产出的产品性能测试结果看，所获得的铝用预焙炭阳极的体积密度达到1.59 g/cm3～1.61 g/cm3，阳极体积密度比传统技术方法提高3%～5%；电阻率达到50μΩ.m～53 μΩ.m，电阻率可降低2%～5%；每吨炭阳极节省沥青用量1kg±0.5 kg，有效减少污染；同时，可以采用更大颗粒的煅后石油焦，其粒度可增大1～6mm，有效减少了筛分、破碎的工作量，降低了生产成本；铝电解槽的阳极压降可降低5～10mv；（以500kA铝电解槽槽为例，吨铝节电16—32kwh)，不仅打破了长期铝用预焙炭阳极性能指标难以提高的世界性难题，而且为电解铝的节能减排奠定了坚实有效的可靠保障，具有很强的实用性和广泛的适用性，对世界铝用炭素工业和电解铝工业具有显著的经济效益和社会效益，将为世界铝用炭素行业和电解铝行业的低碳高质量发展起到巨大的推动作用和做出巨大贡献。
来源：京韵有色金属工业科技中心
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