CN108994051A - 铝电解槽中废料的处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种铝电解槽中废料的处理工艺，所述处理工艺包括如下步骤：S1、提取铝电解槽中的废内衬以及赤泥和/或铁矿砂；S2、将所述废内衬经破碎处理后与所述赤泥和/或铁矿砂进行均匀混合；S3、在借助所述废内衬中的碳物质，所述废内衬中的氟化物、氧化物、氰化物以及所述赤泥和/或铁矿砂中的含碱物质作为助熔剂的条件下，进行反应得到铁和无害炉渣。本发明能够将铝电解槽中的废料进行充分有效地再生利用，实现了电解铝工业产生的铝电解槽废内衬与氧化铝生产过程中产生的有害赤泥的一体化处理，具有工艺简单、化害为宝、节省能源的优点，取得了较好的经济效益和环境效益。
Description
技术领域
本发明涉及环保技术领域，尤其涉及一种铝电解槽中废料的处理工艺。
背景技术
铝电解槽在大修和拆除时，会产生大量的废阴极内衬材料，上述废阴极内衬由于长期在高温下，与铝电解生产过程中的高温电介质和阴极析出物的渗入等发生化学反应，生成、吸附和渗入大量的有害物质。
具体而言，世界电解铝的产量约为6000万吨/年，中国的电解铝产量约为3350万吨/年，而中国电解铝产量约占世界电解铝总产量的56％。世界铝电解槽的使用寿命一般在4-8年，世界平均每年越有20％的电解铝产能的铝电解槽需要大修，而中国每年约有25％的电解铝产能的电解铝需要大修。根据目前铝电解槽寿命的情况，每生产一吨电解铝约排放废阴极内衬材料30kg～50kg，据此测算，世界每年约有220万吨～300万吨的废槽内衬产生，中国每年至少有135万吨的废槽内衬产生。
针对上述大量的有害物质，由于铝电解槽内衬的成分较为复杂，关于其无害化处理的机理仍处于研究阶段。目前，主要采取防渗填埋处理的方式，也可采用火法或湿法进行无害化处理后，进行填埋或者部分制造水泥等用，但上述方法均存在成本较高的问题，且无法从根本上解决有害物质的处理。因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。
发明内容
本发明旨在提供一种铝电解槽中废料的处理工艺，以克服现有技术中存在的不足。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种铝电解槽中废料的处理工艺，其包括如下步骤：
S1、提取铝电解槽中的废内衬以及赤泥和/或铁矿砂；
S2、将所述废内衬经破碎处理后与所述赤泥和/或铁矿砂进行均匀混合；
S3、在借助所述废内衬中的碳物质，所述废内衬中的氟化物、氧化物、氰化物以及所述赤泥和/或铁矿砂中的含碱物质作为助熔剂的条件下，进行反应得到铁和无害炉渣。
作为本发明的铝电解槽中废料的处理工艺的改进，所述步骤S2中，将所述废内衬破碎至粒度为500μm～25cm的物料。
作为本发明的铝电解槽中废料的处理工艺的改进，所述步骤S2中，将所述废内衬与所述赤泥进行均匀混合，当所述赤泥中Fe2O3的重量百分比为25％～80％时，所述废内衬中炭阴极与赤泥混合的重量比为1:3～1:30。
作为本发明的铝电解槽中废料的处理工艺的改进，所述步骤S2中，将所述废内衬与所述铁矿砂进行均匀混合，当所述铁矿砂中Fe2O3的重量百分比为45％以上时，所述废内衬中炭阴极与赤泥混合的重量比为1:5～1:20。
作为本发明的铝电解槽中废料的处理工艺的改进，所述步骤S2中，将所述废内衬与所述赤泥和铁矿砂进行均匀混合，当所述赤泥和铁矿砂中Fe2O3的重量百分比为35％～80％时，所述废内衬中炭阴极与赤泥和铁矿砂混合的重量比为1:4～1:25。
作为本发明的铝电解槽中废料的处理工艺的改进，所述助熔剂的重量百分比为1％～15％。
作为本发明的铝电解槽中废料的处理工艺的改进，所述步骤S3中，在反应炉中进行反应得到铁和无害炉渣，所述反应炉为高炉、竖炉、回转窑、隧道炉、还原炉中的一种。
作为本发明的铝电解槽中废料的处理工艺的改进，所述处理工艺还包括：
S4、分离铁和无害炉渣，将无害炉渣作为耐火材料、制砖或者水泥的原料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能够将铝电解槽中的废料进行充分有效地再生利用，实现了电解铝工业产生的铝电解槽废内衬与氧化铝生产过程中产生的有害赤泥的一体化处理，具有工艺简单、化害为宝、节省能源的优点，取得了较好的经济效益和环境效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的铝电解槽中废料的处理工艺一具体实施方式的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供一种铝电解槽中废料的处理工艺，其包括如下步骤：
S1、提取铝电解槽中的废内衬以及赤泥和/或铁矿砂；
S2、将所述废内衬经破碎处理后与所述赤泥和/或铁矿砂进行均匀混合；
S3、在借助所述废内衬中的碳物质，所述废内衬中的氟化物、氧化物、氰化物以及所述赤泥和/或铁矿砂中的含碱物质作为助熔剂的条件下，进行反应得到铁和无害炉渣。
S4、分离铁和无害炉渣，将无害炉渣作为耐火材料、制砖或者水泥的原料。
从而，基于本发明的处理工艺，本发明将铝电解槽中废内衬中约占37％的碳质材料与氧化铝生产过程中产生的高铁含量的赤泥或铁矿砂或高铁含量赤泥与铁矿砂的混合物等按一定比例混合，实现了有害物质的综合利用。经研究，本发明的机理与废内衬中的碳物质以及氟化物、氧化物、氰化物有关，通过各物质之间以及与赤泥和/或铁矿砂的综合作用实现无害化处理，其有待进一步验证。
同时，本发明将铝电解槽废内衬中的氟化物、氧化物和赤泥中的碱物质等作为助熔剂，实现了有害物质的充分利用和高温下的无害化转化，形成无害熔盐氧化物的溶体。此外，还将铝电解槽废内衬中的氰化物、碳、氮化铝、碳化铝等有害物质的能量综合利用和充分燃烧，进行有害转化无害的科学处理。
此外，本发明的处理工艺还取得了较好的经济效益。具体地，以一座100万吨/年的电解铝厂为例，至少可产生的经济效益为：
(1)年产生铝电解槽废内衬约4万吨，按照国家对固体废物排污收费为4000万元，填埋处理成本为8800万元，两项合计需1.28亿元。采用本发明的处理工艺，则可年节约1.28亿元。
(2)采用本发明，年可处理赤泥月400万吨，节省排污费4.0亿元，年节省赤泥处理维护成本约2.0亿元。采用本发明的处理工艺，则可年节约6.0亿元。
(3)因处理高铁含量赤泥和铁矿砂等，年可回收生铁月20万吨，以每吨生铁1200元计算，年创经济效益2.4亿元。
下面结合具体地实施例对本发明的铝电解槽中废料的处理工艺进行举例说明。
实施例1
提取铝电解槽中的废内衬以及赤泥。将所述废内衬破碎至粒度为500μm的物料后，与所述赤泥进行均匀混合。在借助所述废内衬中的碳物质，所述废内衬中的氟化物、氧化物、氰化物以及所述赤泥中的含碱物质作为助熔剂的条件下，在高炉中进行反应得到铁和无害炉渣。分离铁和无害炉渣，将无害炉渣作为耐火材料的原料。其中，所述赤泥中Fe2O3的重量百分比为25％时，所述废内衬中炭阴极与赤泥混合的重量比为1:3。所述助熔剂的重量百分比为1％。
实施例2
提取铝电解槽中的废内衬以及赤泥。将所述废内衬破碎至粒度为25cm的物料后，与所述赤泥进行均匀混合。在借助所述废内衬中的碳物质，所述废内衬中的氟化物、氧化物、氰化物以及所述赤泥中的含碱物质作为助熔剂的条件下，在竖炉中进行反应得到铁和无害炉渣。分离铁和无害炉渣，将无害炉渣作为制砖的原料。其中，所述赤泥中Fe2O3的重量百分比为80％时，所述废内衬中炭阴极与赤泥混合的重量比为1:30。所述助熔剂的重量百分比为15％。
实施例3
提取铝电解槽中的废内衬以及铁矿砂。将所述废内衬破碎至粒度为500μm的物料后，与所述铁矿砂进行均匀混合。在借助所述废内衬中的碳物质，所述废内衬中的氟化物、氧化物、氰化物以及所述铁矿砂中的含碱物质作为助熔剂的条件下，在回转窑中进行反应得到铁和无害炉渣。分离铁和无害炉渣，将无害炉渣作为水泥的原料。其中，所述铁矿砂中Fe2O3的重量百分比为45％时，所述废内衬中炭阴极与铁矿砂混合的重量比为1:5。所述助熔剂的重量百分比为1％。
实施例4
提取铝电解槽中的废内衬以及铁矿砂。将所述废内衬破碎至粒度为25cm的物料后，与所述铁矿砂进行均匀混合。在借助所述废内衬中的碳物质，所述废内衬中的氟化物、氧化物、氰化物以及所述铁矿砂中的含碱物质作为助熔剂的条件下，在隧道炉中进行反应得到铁和无害炉渣。分离铁和无害炉渣，将无害炉渣作为耐火材料的原料。其中，所述铁矿砂中Fe2O3的重量百分比为85％时，所述废内衬中炭阴极与铁矿砂混合的重量比为1:20。所述助熔剂的重量百分比为15％。
实施例5
提取铝电解槽中的废内衬以及赤泥和铁矿砂。将所述废内衬破碎至粒度为500μm的物料后，与所述赤泥和铁矿砂进行均匀混合。在借助所述废内衬中的碳物质，所述废内衬中的氟化物、氧化物、氰化物以及所述赤泥和铁矿砂中的含碱物质作为助熔剂的条件下，在高炉中进行反应得到铁和无害炉渣。分离铁和无害炉渣，将无害炉渣作为制砖的原料。其中，所述赤泥和铁矿砂中Fe2O3的重量百分比为35％时，所述废内衬中炭阴极与赤泥和铁矿砂混合的重量比为1:4。所述助熔剂的重量百分比为1％。
实施例6
提取铝电解槽中的废内衬以及赤泥和铁矿砂。将所述废内衬破碎至粒度为25cm的物料后，与所述赤泥和铁矿砂进行均匀混合。在借助所述废内衬中的碳物质，所述废内衬中的氟化物、氧化物、氰化物以及所述赤泥和铁矿砂中的含碱物质作为助熔剂的条件下，在还原炉中进行反应得到铁和无害炉渣。分离铁和无害炉渣，将无害炉渣作为水泥的原料。其中，所述赤泥和铁矿砂中Fe2O3的重量百分比为80％时，所述废内衬中炭阴极与赤泥和铁矿砂混合的重量比为1:25。所述助熔剂的重量百分比为15％。
综上所述，本发明能够将铝电解槽中的废料进行充分有效地再生利用，实现了电解铝工业产生的铝电解槽废内衬与氧化铝生产过程中产生的有害赤泥的一体化处理，具有工艺简单、化害为宝、节省能源的优点，取得了较好的经济效益和环境效益。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种铝电解槽中废料的处理工艺，其特征在于，所述处理工艺包括如下步骤：
S1、提取铝电解槽中的废内衬以及赤泥和/或铁矿砂；
S2、将所述废内衬经破碎处理后与所述赤泥和/或铁矿砂进行均匀混合；
S3、在借助所述废内衬中的碳物质，所述废内衬中的氟化物、氧化物、氰化物以及所述赤泥和/或铁矿砂中的含碱物质作为助熔剂的条件下，进行反应得到铁和无害炉渣。
2.根据权利要求1所述的铝电解槽中废料的处理工艺，其特征在于，所述步骤S2中，将所述废内衬破碎至粒度为500μm～25cm的物料。
3.根据权利要求1所述的铝电解槽中废料的处理工艺，其特征在于，所述步骤S2中，将所述废内衬与所述赤泥进行均匀混合，当所述赤泥中Fe2O3的重量百分比为25％～80％时，所述废内衬中炭阴极与赤泥混合的重量比为1:3～1:30。
4.根据权利要求1所述的铝电解槽中废料的处理工艺，其特征在于，所述步骤S2中，将所述废内衬与所述铁矿砂进行均匀混合，当所述铁矿砂中Fe2O3的重量百分比为45％以上时，所述废内衬中炭阴极与赤泥混合的重量比为1:5～1:20。
5.根据权利要求1所述的铝电解槽中废料的处理工艺，其特征在于，所述步骤S2中，将所述废内衬与所述赤泥和铁矿砂进行均匀混合，当所述赤泥和铁矿砂中Fe2O3的重量百分比为35％～80％时，所述废内衬中炭阴极与赤泥和铁矿砂混合的重量比为1:4～1:25。
6.根据权利要求1所述的铝电解槽中废料的处理工艺，其特征在于，所述助熔剂的重量百分比为1％～15％。
7.根据权利要求1所述的铝电解槽中废料的处理工艺，其特征在于，所述步骤S3中，在反应炉中进行反应得到铁和无害炉渣，所述反应炉为高炉、竖炉、回转窑、隧道炉、还原炉中的一种。
8.根据权利要求1所述的铝电解槽中废料的处理工艺，其特征在于，所述处理工艺还包括：
S4、分离铁和无害炉渣，将无害炉渣作为耐火材料、制砖或者水泥的原料。
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