[发明专利]对用过的含碳阴极材料进行加工的方法

说明书

技术领域

本发明涉及对源自铝制造的用过的含碳阴极材料、尤其是用过的阴极槽进行加工的方法，其中将所述阴极材料置于竖炉中，并为了将碳气化，使所述阴极材料在竖炉中在高于碳燃点并高于用过的阴极材料中含有的有毒物质的蒸发温度的温度下经历热处理。

背景技术

在根据Hall-Heroult工艺的铝制造中，在熔体电解期间将氧化铝还原。所述电解池最通常地由包覆有碳材料（石墨/无烟煤）和耐火材料例如耐火土的钢槽构成。碳覆层在电解期间充当阴极，同样地，随后将其称作阴极槽。用过的阴极槽，也称作废锅衬，在根据Hall-Heroult工艺的制造铝期间大量累积，并由于其有毒物质含量高而始终造成关于处理的问题。所述有毒物质包括：氰化物，其由阴极槽中的碳和空气中的氮形成；和多种金属氟化物例如氟化钠和氟化铝，其由矾土中包含的金属物质与用于Hall-Heroult工艺中的冰晶石的氟化物形成。当对用过的阴极槽进行更换时，将后者从电解池中与耐火围绕壁一起移出，使得以此方式清洁的废锅衬主要仍含有源自耐火材料的铝、硅、钙、和镁的氧化物。

例如，根据加拿大专利申请CA2308545A1，在开始时所述的类型的方法是已知的。在这种方法中，将源自铝制造的用过的阴极槽在竖炉中气化，并将形成的反应气体除去。然而，根据这种现有技术的方法的劣势在于，在用过的阴极槽中也包含的碱金属易于在这种竖炉中形成回路，由此在竖炉中浓缩，导致形成炉瘤和斜坡且同时耐火材料的磨损和粉尘的排放增多，并导致可能由原料形成的炉渣的量减少。

发明内容

因此，本发明的目的是指出一种改进的方法，利用所述方法能够从用过的阴极材料中完全分离并得到上述有毒物质，同时防止碱性回路的形成。

为了实现该目的，根据本发明进一步发展了在开始时所述的方法，以使得所述反应气体以与所述竖炉的第一纵向部分中的碳并流并与所述竖炉的第二纵向部分中的碳逆流的方式传导，并使得从指定的纵向部分之间的具有扩大的横断面、尤其是扩大的直径的竖炉区域中抽取反应气体，并优选进行后处理。因为在沿竖炉纵轴上的中心区域（中心气体出口）中抽取反应气体，所以碱性回路中断，且除了合成气（CO+H₂）之外还含有氟化钠（NaF）、氟化铝（AlF₃）、氢氟酸（HF）、氮气（N₂）和潜在的其它碱金属和碱土金属的氟化物形式的上述有毒物质的反应气体，能够进行传送以进一步再加工。

碳一旦达到燃点且存在用于气化目的的足够的氧气，就由于C含量高而使得所述工艺自身自热地发生。然而，为了引发所述工艺或在所述工艺期间提供支持，根据另一个实施方案的设想，对炉子进行加热以将用过的阴极材料的碳加热至反应温度。这种加热能够基本上以本领域普通技术人员已知的任何一种方式进行。在一个实施方案中，可例如通过电感应将用于热处理的能量引入待再加工的碳中。在此情况中，可将感应线圈设置在竖炉分配端区域中竖炉外周周围，并用于建立感应场，并由此进行加热，其中用过的阴极材料的引入的碳耦合到所述感应场。根据上述实施方案的可选实施方案，通过化石燃料燃烧例如通过将燃烧室置于竖炉中，优选放置在竖炉的第一纵向部分中并特别是在第一纵向部分的上部区域中，也能够完成加热，其中，由此将任选地与氧化气体例如氧气或空气混合的燃料例如天然气、石油、煤粉、由用过的阴极槽产生的粉尘等引入竖炉中。在这种实施方案的另一个变体中，可提供一种供应管线，所述供应管线注入竖炉的第一纵向部分中，优选注入竖炉的第一纵向部分的上部区域中，通过所述供应管线向竖炉供应燃料，所述燃料任选地与氧化气体混合。在这种实施方案的另一个变体中，竖炉的第一纵向部分、优选竖炉的第一纵向部分的上部区域能够并入一个或多个优选基本上在竖炉纵向延伸的方向上延伸的喷枪，通过所述喷枪向竖炉供应单独的或混合在一起的燃料和氧化气体。作为通过感应或化石燃料燃烧进行加热的可选方式，通过将部分量的已经炽热的焦炭或石墨放置在引入竖炉中的用过的阴极材料上，或通过在将其引入竖炉期间或之前将部分量的已经炽热的焦炭或石墨添加至用过的阴极材料，也能够使用过的含碳阴极材料的碳达到反应温度。

关于各个纵向部分的绝对或相对尺寸，本发明基本没有限制。然而，当第一纵向部分的长度占竖炉总长度的40至80%、优选50至70%且尤其优选60至70%时，获得了特别好的结果。

根据所述发明理念的进一步发展，提出第二纵向部分的长度优选占竖炉总长度的20至60%、尤其优选30至50%且特别优选30至40%。