[发明专利]一种处理及回收铝电解固体废料的装置及方法

权利要求书

1.一种处理及回收铝电解固体废料的装置，其特征在于包括金属外壳、炉盖、耐火保温炉墙体、耐火保温炉底、电阻发热体、耐火混凝土墙体、料室、耐火混凝土柱体、热辐射挡板、罩型结晶器、筒型结晶器、电解质结晶室、碱金属结晶室、隔热板、真空抽气管、氩气充气管、真空压力表和用于给电阻发热体输入电能的电极；

金属外壳和炉盖均设有法兰结构，法兰之间设有真空垫圈，法兰孔中设有螺栓，炉盖和炉壳借助真空垫圈和螺栓实现压紧与密封；耐火保温炉墙体位于炉体内壁和电阻发热体外侧之间，且耐火保温炉墙体的高度高于电阻发热体的高度，耐火保温炉墙体顶部内侧有一断面形状为矩形的环状缺口；电阻发热体位于耐火保温炉底上；电阻发热体的两端设有电极；耐火混凝土墙体位于电阻发热体内侧；料室由耐火混凝土墙体、耐火保温炉墙体和耐火保温炉底包围形成；耐火混凝土柱体设置在耐火混凝土墙体上，且耐火混凝土柱体与耐火混凝土墙体为一个整体；热辐射挡板置于耐火混凝土柱体上；罩型结晶器置于耐火保温炉墙体顶部内侧的环状缺口上，其内罩的断面形成喇叭口形，外罩的断面形成筒形；筒型结晶器焊接在炉盖内表面上，筒壁伸入罩形结晶器的内罩和外罩之间，其断面为矩形；筒形结晶器的筒壁、罩形结晶器内罩的上表面以及炉盖下表面之间的空间形成碱金属结晶室；罩形结晶器内罩的下表面、热辐射挡板的上表面以及耐火保温墙体侧壁之间的空间形成电解质结晶室；隔热板设在炉盖内表面，并且隔热板正对着罩形结晶器的喇叭口；真空抽气管、氩气充气管和真空压力表焊接于金属外壳上部。

2.根据权利要求1所述的一种处理及回收铝电解固体废料的装置，其特征在于所述金属外壳上沿之下的一段炉壳外壁和炉盖上表面均设有冷却水套。

3.根据权利要求1所述的一种处理及回收铝电解固体废料的装置，其特征在于所述电阻发热体由破碎成粒径10cm以下的废阴极炭块的碎块制成，包括U型、П型或为两个相互平行且相互独立的直线体型三种不同设计，其断面为矩形，并且电阻发热体上表面暴露于炉内的电解质结晶室中。

4.根据权利要求1所述的一种处理及回收铝电解固体废料的装置，其特征在于所述电阻发热体的两端都有两个电极，其中一个为进电电极，另一个为出电电极；当电阻发热体为U型或П型设置时，U型或П型电阻发热体的两个电极在炉体的同一侧面，与电炉供电电源连接；

当电阻发热体为两个相互平行且相互独立的直线体型设计时，每个独立电阻发热体的两个电极分别位于电炉的两个对应面上，两个电阻发热体的同一侧的两个电极与电炉供电电源连接，另一侧的两个电极之间用金属导体连接。

5.根据权利要求4所述的一种处理及回收铝电解固体废料的装置，其特征在于所述电极均由两部分导电体组成，炉内侧与电阻发热体相接触部分的导电体为石墨导电体，其断面大小与电阻发热体断面的大小相同，断面形状也相同，同为矩形，并且电阻发热体的上表面与石墨导电体的上表面平齐，或略高于石墨导电体的上表面不超过20cm；与石墨导电体连接的为金属导电体，其断面为圆形；金属导电体内通有冷却水；金属导电体的炉外部分与炉壳之间设有密封垫圈；

当电阻发热体断面面积较大时，石墨导电体可由两个或两个以上的较小断面面积且相同的矩形石墨导电体拼接而成，且每个石墨导电体上均连接一个圆柱形金属导电体。

6.根据权利要求5所述的一种处理及回收铝电解固体废料的装置，其特征在于所述石墨导电体和金属导电体之间的连接方式为：金属导电体伸入到石墨导电体一定深度，并由两种导电体的内外螺纹连接，或者金属导电体伸入到石墨导电体一定深度，在两种导电体的缝隙内用浇注的生铁或捣入炭糊连接。

7.根据权利要求6所述的一种处理及回收铝电解固体废料的装置，其特征在于所述电阻发热体为两个相互平行且相互独立的直线体型设计时，还可以通过金属母线连接多个这种相同的真空电阻炉一起使用，即第一个真空电阻炉同一侧的两个电极通过金属导体连接到下一个真空电阻炉的两个电极上，依次类推，从而形成同一个电源的两个或两个以上真空电阻炉串联工作。

8.根据权利要求4～7任一所述的一种处理及回收铝电解固体废料的装置，其特征在于所述耐火混凝土柱体数量不少于4个，其宽度与耐火混凝土墙体的厚度相同。

9.一种采用权利要求1所述的装置处理及回收铝电解固体废料的方法，其特征在于按照以下工艺步骤进行：

(1)将铝电解槽废阴极炭块破碎成粒径小于10cm的碎块，按照U型、П型或两个相互平行且相互独立的直线体型设计置于耐火保温炉底上形成本实施例装置的电阻发热体；

(2)将阳极炭渣或废电解槽耐火材料内衬磨粉料与铝灰或Al-Fe合金粉的混合压团料置于料室中，装料完毕盖上炉盖并将炉体密封；

(3)将炉体内抽真空到100Pa以内，在炉盖和炉壁的冷却水套中通入冷却水，给电极通电使废阴极炭块电阻发热体的温度升至1000～1400℃，维持此温度大于0.5小时；

(4)结束通电，待炉内温度降至室温后，打开炉盖，从炉内提出罩形结晶器和热辐射挡板，并清理炉壁上的固体电解质，将蒸除电解质和碱金属的电阻发热体和料室中的残料从炉内取出。