一种铝电解废槽衬高温资源化处理的方法技术

本发明专利技术提供一种铝电解废槽衬高温资源化处理的方法，属于铝工业固废资源综合利用技术领域。该方法采用一步感应加热的方式将废槽衬包含的废阴极炭块、废碳化硅侧块以及废耐火材料三部分固废原料，按一定方式堆叠，同时加入适量的添加剂，处置过程中氰化物在高温下得以分解，氟化物挥发后被上层覆盖料吸收，处理后物料冷却后经筛分得到高石墨化炭块、碳化硅颗粒及铝硅钙混合物料，分别可用作炼钢精炼过程的增碳剂、脱氧剂和精炼渣。本方法过程清洁、处理装置简单、处置后物料易于利用，具有较好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种铝电解废槽衬高温资源化处理的方法
本专利技术涉及铝工业固废资源综合利用
，特别是指一种铝电解废槽衬高温资源化处理的方法。
技术介绍
我国大型铝电解槽寿命一般在2000至3000天，当电解槽大修时会对槽内衬进行更换，将产出大量废弃的内衬固体废弃物，其中包括废阴极炭块、废碳化硅侧块以及废耐火材料。由于上述固废中含有较高水平的氟化物和氰化物，已被列入《国家危险废弃物名录》，如果自然堆放与潮湿空气或者雨水接触会对环境和大气产生严重的危害。电解铝厂每生产1吨铝约产生24-30kg的废槽衬，以我国目前铝产量来计算，每年约产生100多万吨废槽衬，针对数量如此庞大的危险固体废弃物，亟需开发一种绿色资源化的处理方法。目前国内外对于铝电解废槽衬的处置方法主要有湿法和火法两类。国外对铝电解槽废槽衬的处置研究及工业应用起步较早。美铝GumSprings处理厂采用火法处置大修渣，将大修渣与石英和石灰石混合后加入回转窑，高温下氰化物被分解，可溶性氟化物与石灰石反应生成氟化钙，实现了大修渣的无害化，冷却后可填埋处理。2005年中铝公司也采用类似的方法，建立了3000t/年的工业试验线，将大修渣与石灰石、粉煤灰等分别破碎混料后加入回转窑煅烧，固氟除氰后得到无害化的废渣。但是，采用上述火法技术仅能将废槽衬进行无害化处理，1吨废槽衬将产出1.4吨无法利用的固体废渣，按现有的危废处置规定，该废渣仍属于危废。因此，该技术未在国内进一步应用。总体来说，采用火法处理铝电解废槽衬能耗高，投资成本大，无法实现废槽衬的资源化利用，并且由于高温挥发的氟化物具有强腐蚀性，火法处理工艺对设备的要求较高，开发难度较大，目前尚未有可工业化运行的技术。2008年，美国力拓公司开发了“低碱浸出石灰处置”废槽衬的湿法处置工艺，采用水和稀碱溶液浸出废槽衬中的氰化物和氟化物，加压反应器中脱除氰化物，蒸发浓缩液与石灰反应，固化脱氟，碱溶液回用。但处置后的固体废渣仍无法利用。国内也建有类似的废槽衬湿法处理线，采用湿法浸出废槽衬中的可溶氟，同时添加次氯酸钙和石灰石脱除氰化物和固氟处理，最终产出的也是无法利用的固体废渣。该类湿法处置工艺经济性差，废槽衬经处理后产出的固体废渣仍无法利用，也无法达到环保要求，因此，国内曾经投产的两三条生产线目前也都停止生产。相比之下，火法铝电解废槽衬的处理技术具有更大的发展前景，但仍面临两个主要问题，一是处理过程中挥发出具有强腐蚀性氟化物气体的收集；二是处理后废槽衬的利用。废槽衬中的废阴极炭块也用于水泥制造、钢铁工业，其中的炭用于补充燃料，氟化盐不可避免的对设备产生一定的腐蚀作用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种铝电解废槽衬高温资源化处理的方法，实现废槽衬危险固体废弃物的无害化处置及资源化利用。该方法首先采用一步感应加热的方式同时处理废槽衬中的废阴极炭块、废碳化硅侧块和废耐火材料三种固体危险废弃物，然后通过粒度控制实现快速加热、传热以及氟化物的高效吸收，处理后物料冷却后经筛分得到高石墨化炭块、碳化硅颗粒及铝硅钙混合物料，最终分别可用作炼钢精炼过程的增碳剂、脱氧剂和精炼渣。具体包括步骤如下：(1)分类分级：将废槽衬三部分固体废物进行分类，并破碎分级；(2)炉内布料：准备一个坩埚，在底部和侧壁预铺一层石灰板，将分类分级后的三部分堆放在坩埚中；(3)感应加热：将坩埚置于中频磁感线圈中，通电后使其中的废阴极炭块温度快速升高，利用废阴极炭块加热夹层间废碳化硅粒，维持加热，使废阴极炭块即废碳化硅侧块中的氟化盐全部挥发出来，挥发出的氟化盐经过上层低温覆盖料后被废耐火材料中的氧化铝和氧化钙吸收；(4)分级回收：待高温过程结束，根据粒径不同对物料进行筛分，分别得到高石墨化的炭块、纯净的碳化硅颗粒以及含有氟化钙、氧化钙、铝酸钙的覆盖料；(5)回收利用：得到的高石墨化炭块、碳化硅颗粒和覆盖料经进一步处理后分别作为炼钢过程的增碳剂、脱氧剂、精炼渣原料。其中，步骤(1)中三部分固体废弃物破碎粒度要求为：废阴极炭块破碎至30-100mm、废碳化硅侧块破碎至1-10mm、废耐火材料破碎至小于150μm。步骤(2)中三部分堆放在坩埚中的方式具体为：废阴极炭块与废碳化硅进行分层、间隔堆放，废阴极炭块根据坩埚大小堆放2-6层，废碳化硅颗粒堆放1-5层；保证最底层和最顶层为废阴极炭块物料，每一层的废阴极炭块与废碳化硅颗粒按照质量比2:1的比例堆放；将废耐火材料与石灰按质量比为0.5-2混合后作为覆盖料堆放在最顶层废阴极炭块的上方，其中，石灰的粒径小于1mm，废耐火材料与石灰组成的混合料质量与全部废阴极炭块和废碳化硅粒物料质量比为0.1-1。步骤(2)中坩埚为刚玉、镁铬或镁砂坩埚中的一种，不能用石墨或金属坩埚。步骤(3)中加热温度范围为1500-1800℃，加热时间为0.5-2.5小时。步骤(4)中筛分后30mm以上的筛上物为高石墨化的炭块，1-10mm筛分物为碳化硅颗粒，小于150μm的筛下物为覆盖料，其余中间物料直接作为炼钢用脱氧剂；同时，为促进氟化物的析出，在坩埚底部通入惰性气体。步骤(5)中高石墨化炭块进一步处理具体为：将筛分得到的高石墨化的炭块进一步破碎至75μm以下后，按质量比，加入1-5％的粘结剂，全部压制成1-50mm的粒状或块状物料，或全部按质量比5-50％与煅后焦、电煅煤混配后进行压制；也可将高石墨化的炭块直接破碎至1-50mm的粒度；将成型后的粒状或块状物料在100-150℃烘干0.5-2小时，烘干后物料可作为转炉或电炉炼钢过程的增碳剂原料。步骤(5)中碳化硅颗粒进一步处理具体为：筛分得到的碳化硅颗粒中SiC含量在90％以上，可直接作为炼钢用脱氧剂；或者磨细至小于75μm后与铁精矿、废铁皮的混合物按质量比1:20-1:2混合，经1000-1500℃高温处理1-2小时，冷却后按质量比加入1-5％的粘结剂制粒，再经100-150℃烘干0.5-2小时后，得到混合颗粒物料作为炼钢用脱氧剂。步骤(5)中覆盖料的进一步处理具体为：筛分得到的覆盖料直接制粒后作为炼钢用混合型炼钢精炼渣使用；或者经1300℃烧结后制粒，作为烧结型炼钢精炼渣使用；或者根据覆盖料的具体成分，按照YB/T4265-2011标准要求，配入适量的氧化铝、氧化钙原料，经1500℃左右(一般为1300-1800℃)高温煅烧，将得到的液态物料冷却后破碎成块，作为预熔型炼钢精炼渣使用。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：上述方案中，将废槽衬三部分固废以不同粒度堆叠在坩埚中，采用电磁感应加热方式，使废阴极炭块快速升温，进而加热废碳化硅侧块，废耐火材料与石灰按一定比例混合后作为顶部覆盖料，用于吸收挥发的氟化物，经上述高温处理后产物按粒度筛分后分别得到的高石墨化炭材料、碳化硅材料、铝硅钙混合料分别可作为炼钢过程的增碳剂、脱氧剂和精炼渣，由此实现了铝电解槽废槽衬的无害化处置及资源化利用。附图说明图1为本专利技术方法的装置示意图；图2为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝电解废槽衬高温资源化处理的方法，其特征在于：首先采用一步感应加热的方式同时处理废槽衬中的废阴极炭块、废碳化硅侧块和废耐火材料三种固体危险废弃物，然后通过粒度控制实现快速加热、传热以及氟化物的高效吸收，处理后物料冷却后经筛分得到高石墨化炭块、碳化硅颗粒及铝硅钙混合物料，最终分别能够用作炼钢精炼过程的增碳剂、脱氧剂和精炼渣。/n

【技术特征摘要】
1.一种铝电解废槽衬高温资源化处理的方法，其特征在于：首先采用一步感应加热的方式同时处理废槽衬中的废阴极炭块、废碳化硅侧块和废耐火材料三种固体危险废弃物，然后通过粒度控制实现快速加热、传热以及氟化物的高效吸收，处理后物料冷却后经筛分得到高石墨化炭块、碳化硅颗粒及铝硅钙混合物料，最终分别能够用作炼钢精炼过程的增碳剂、脱氧剂和精炼渣。


2.根据权利要求1所述的铝电解废槽衬高温资源化处理的方法，其特征在于：包括步骤如下：
(1)分类分级：将废槽衬三部分固体废物进行分类，并破碎分级；
(2)炉内布料：准备一个坩埚，在底部和侧壁预铺一层石灰板，将分类分级后的三部分堆放在坩埚中；
(3)感应加热：将坩埚置于中频磁感线圈中，通电后使其中的废阴极炭块温度快速升高，利用废阴极炭块加热夹层间废碳化硅粒，维持加热，使废阴极炭块即废碳化硅侧块中的氟化盐全部挥发出来，挥发出的氟化盐经过上层低温覆盖料后被废耐火材料中的氧化铝和氧化钙吸收；
(4)分级回收：待高温过程结束，根据粒径不同对物料进行筛分，分别得到高石墨化的炭块、纯净的碳化硅颗粒以及含有氟化钙、氧化钙、铝酸钙的覆盖料；
(5)回收利用：得到的高石墨化炭块、碳化硅颗粒和覆盖料经进一步处理后分别作为炼钢过程的增碳剂、脱氧剂、精炼渣原料。


3.根据权利要求2所述的铝电解废槽衬高温资源化处理的方法，其特征在于：所述步骤(1)中三部分固体废弃物破碎粒度要求为：废阴极炭块破碎至30-100mm、废碳化硅侧块破碎至1-10mm、废耐火材料破碎至小于150μm。


4.根据权利要求2所述的铝电解废槽衬高温资源化处理的方法，其特征在于：所述步骤(2)中三部分堆放在坩埚中的方式具体为：废阴极炭块与废碳化硅进行分层、间隔堆放，废阴极炭块根据坩埚大小堆放2-6层，废碳化硅颗粒堆放1-5层；保证最底层和最顶层为废阴极炭块物料，每一层的废阴极炭块与废碳化硅颗粒按照质量比2:1的比例堆放；将废耐火材料与石灰按质量比为0.5-2混合后作为覆盖料堆放在最顶层废阴极炭块的上方，其中，石灰的粒径小于1mm；废耐火材料与石灰组成的混合料质量与全部废阴极炭块和废碳化硅粒物料质量比为0.1-1。


5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵洪亮，刘风琴，卢婷婷，谢明壮，李荣斌，韩金珊，于国庆，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11