[发明专利]一种处理及回收铝电解固体废料的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金环境领域，特别涉及一种处理及回收铝电解固体废料的装置及方法。

背景技术

工业中铝是采用冰晶石-氧化铝电解质体系，在950～980℃的温度条件下电解生产，在铝电解生产过程中，产生以下4种固体废料：

1、阳极炭渣。冰晶石-氧化铝电解质体系的阳极使用煅烧后的石油焦破碎成不同的粒级与煤沥青混合、混捏成型，再经焙烧后制成。在铝电解的生产过程，炭阳极不断消耗，理论上每电解生产一吨金属铝需要消耗0.334吨炭阳极，而实际上每生产一吨金属铝，炭阳极消耗在0.4吨以上，即实际炭阳极消耗要比理论炭阳极消耗多70kg/t-Al左右，有的高达100kg/t-Al以上，这多消耗的70～100kg/t-Al主要是空气和电解槽中的CO₂对炭阳极进行氧化而损失掉，还有相当大的一部分消耗是电解过程中部分炭从阳极上脱落进入电解槽中成为炭渣。这种炭渣有细粉状和颗粒状，混熔于或悬浮于电解质中不仅会影响铝电解质的物理化学性能，如电导率、粘度等，还对电解槽的工作状态和电解槽的电流效率造成影响。因而需要电解工人定期将这些炭渣从电解槽中捞出，而捞出的炭渣中又粘附了大量的电解质，比例约占70％，电解铝厂将这种炭渣弃之不用，也有的将大块的含电解质成分过高的炭渣炭块破碎后，返回到电解槽中，而细小的炭渣仍被弃掉，进而造成炭和电解质的损耗并对环境造成污染。通常工业电解槽中每生产1吨铝约产生3～5kg炭渣，一个年产50万吨金属铝的电解铝厂，一年的炭渣量约为1500～2000吨。

2、废阴极炭块。铝电解槽废阴极炭块是指铝电解槽在经过一段时间的电解，出现槽底破损后，从破损的电解槽中取出的槽底阴极炭块和侧部炭块，其中也包括侧部炭块与底部阴极炭块之间的由捣固糊形成的炭块，以及阴极炭块之间的捣固糊在电解温度条件下形成的炭块。在铝电解生产过程中，少部分氟化钠也会被电化学还原为金属钠。在电解槽的整个使用周期内，电解质和金属钠会一直向炭质阴极材料中渗透。因此，在从破损槽刨出的铝电解废阴极炭块一般含有约30％左右的电解质和约10％左右的金属钠。目前我国电解铝厂所使用的电解槽的平均寿命在5年左右，以一个年产100万吨/年的电解铝厂为例，每年所产生的废阴极炭块约在1万吨左右，也就是说电解铝厂每生产100吨电解铝，就要产生1吨的废阴极炭块。

3、废电解槽耐火材料内衬。废电解槽耐火材料内衬是电解质在电解过程中通过阴极炭块的孔隙和阴极底块的裂缝以及阴极底块与底块之间的捣固糊所形成的裂缝渗入到炭阴极底块下部的耐火材料中，并与耐火材料反应而形成的。因此，废电解槽耐火材料内衬主要由电解质、电解质与耐火材料反应生成的化合物，以及未反应的耐火材料组成，其中电解质与耐火材料反应生成的化合物主要为由Na₂O，Al₂O₃和SiO₂形成的化合物。在铝电解槽废耐火材料内衬中，还包括一种由氮化硅结合的碳化硅耐火材料内衬，这种由氮化硅结合的碳化硅耐火材料内衬，只应用在大型电解槽的侧部。

4、槽底漏铝熔化阴极钢棒后形成的Al-Fe合金。这部分合金在大修的破损槽上多有产生、数量大小不一，这部分Al-Fe合金虽然不是废料，但常常被铝厂抛弃，或以低价卖给废品回收部门。

5、铝灰。通常将从电解铝铸造车间的铝混合炉中扒出的铝渣，和铝锭(棒或板)铸造过程中打下来的渣，以及出铝抬包内衬粘附的渣料统称为铝渣。铝渣的主要成分为铝氧化后形成的粉状氧化铝以及粉状氧化铝所包覆的少量团聚状金属铝。铝渣经球磨后筛分，可筛出团聚状的金属铝，筛下的粉体被称为铝灰。铝灰由细小的颗粒状的金属铝和氧化铝组成，其中也不可避免地会有微量的电解质氟化物存在。目前无论是电解铝厂还是铝渣回收小作坊，都将这部分“铝灰”作为垃圾弃之，对环境造成较大影响。

目前，尚无一个技术上和经济上都可行的方法将铝电解固体废料进行有效处理及回收。因此，开发研究铝电解固体废料的处理及回收技术，使其能够变废为宝对建设资源节约型、环境友好型社会尤为重要。

发明内容