[发明专利]利用高温真空炉连续分离电解铝废渣中冰晶石和碳的方法及设备

说明书

本发明公开了一种利用高温真空炉连续分离电解铝废渣中冰晶石和碳的方法，具体包括以下几个步骤：将电解铝废渣放入高温真空炉中，将炉内抽成真空，然后加温至1000⁰C至1300⁰C，冰晶石升华与碳分离，进而回收冰晶石及碳。本方法分离电解铝废渣中的冰晶石和碳有发生温度低，反应迅速，得到的冰晶石的纯度高，生产过程连续，生产效率高，且成本低等优点。对电解铝废渣中冰晶石和碳进行分离，可继续使用，降低废渣对周围环境的污染，且保护了现有冰晶石资源，对可持续发展有极大的促进作用。还包括一种用于上述方法的设备，具有较低的生产成本，可有效降低电解铝行业对冰晶石及碳的利用成本，具有较大的推广意义。

技术领域

本发明涉及一种利用高温真空炉连续分离电解铝废渣中冰晶石和碳的方法及设备，属于金属冶炼技术领域。

背景技术

金属铝是用氟盐-氧化铝电解法生产的其阳极是由以不同颗粒的煅后焦和煤沥青为结合剂进行混合、震动加压成型，再经炭化焙烧而得。实际上每生产一吨铝要消耗阳极炭块470kg左右。而理论消耗只有334kg。这比理论要多出140kg。主要是因为电解槽里的空气和CO2氧化阳极的损失和从阳极掉下的碳粒形成的废渣。每生产一吨铝要产生废渣为3~5kg。它严重影响了导电率，电解质的粘度，这也需要工人从电解槽内扒出来，显著影响了大生产效率。

冰晶石-氧化铝熔盐电解槽的阴极和槽边内衬使用碳质材料，一般都是以煅后焦、煅后无烟煤或人造石墨为主要原料，加入沥青结合剂，经过混捏成型后经过1000~1300℃焙烧而成。并且阴极之间以及阴极与侧墙之间用炭电极糊捣固，以防止铝液和电解质从电解槽内渗出。在铝电解槽生产过程中，少部分氟化钠也会被电化学还原为金属钠，在电解槽整个周期内，电解质和金属钠会一直向阴极和槽边部内衬的碳质材料中渗透。铝电解槽阴极和槽边部内衬的使用寿命一般4~6年。电解槽破坏后，渗透了电解质的阴极和槽边部内衬，从电解槽中刨出，并堆积到特定地方。目前，尚无一个技术上和经济上都可行的方法将阳极、阴极以及槽边部内衬中的碳和电解质组分进行有效分离回收的方法。

目前处理含有氟盐电解质含碳固体废料的方法主要有以下几种：1）浮选法如CN201521012259.4 和CN01138204.X是把炭渣、残阳极和用后阴极炭块一起进行球磨、浮选，综合利用。浮选一方面产品纯度不够，不能得到有效利用。另一方面有污水和空气污染问题。2）氧化焙烧法如发明专利CN201610362643.X和200410069389.1。是回收炭渣和阴极炭块中氟化盐的方法。向炭渣内配一定量的氧化铝，经过550~930℃烧掉炭，留下氧化铝和氟化盐。可返回电解铝使用。这样收得率较低。对于全部回收产生不利的影响。而用碱液溶解，又产生污水。这对环境产生问题。3）高温蒸发法如专利201210512011.9是将炭渣经过分选后，经过1700℃烧成。使之达到冰晶石等氟盐熔点以上，而导致氟盐气化蒸发出来。这种方法好处是能把炭和电解质彻底分离出来，就是温度太高，导致成本太高，效率也太低。4）专利201510269179.5是一种从铝熔盐电解含炭固体废料中分离回收炭和电解质组分的方法。该方法中介绍的含炭固体废料包括铝电解槽内的炭渣、阴极炭块和侧墙炭砖。这些用后炭产品内含有冰晶石、氟化铝、氟化钠、氟化钙等。把这些用后产品破碎成5~60mm，小于5mm部分经过加结合剂混料成型成尺寸为20~60mm颗粒。把这些颗粒料装入真空罐里，真空加热到1000~1400℃，使之氟化物变成气体蒸发出来。从而达到了把炭粒和氟化物分离的目标。真空条件下，氟盐蒸发温度低，容易实现炭和氟盐分离。因此成本也较低，是一个好方法。但是，它的颗粒尺寸限制很严，对于炭渣、阴极炭块和侧墙炭块要破碎加工和对于细的要混料成型加工，这对粉尘和环境污染产生不利的影响，且每炉分离完成后需要将温度降低后取出分离的碳才可以进行下一炉的生产，生产的间断性无法提高生产效率，使大量能源白白浪费，不利于节能环保。而且，该发明处理能力有限，有待提高。

综上所述，至今为止就本发明所知，尚未有“利用高温真空炉连续分离电解铝废渣中冰晶石和碳的方法及设备”的报道，从而引导出本发明的目的。

发明内容