[发明专利]一种铝电解槽废耐火材料的处理方法

说明书

本发明的一种铝电解槽废耐火材料的处理方法，属于冶金与环境技术领域，具体包括以下步骤：按配比将废耐火材料和铝粉与氧化钙/碳酸钙混合，形成混合物料，将混合物料制成块径为10～30mm的团块，进行加热蒸馏，废耐火材料中的氟化物与氧化钙反应生成不溶于水的氟化钙，同时废耐火材料中的氧化钠被铝还原成金属钠并被真空蒸馏出来，从而实现废耐火材料中氟化物的转化和钠元素的分离，达到废耐火材料无害化处理的目的，同时获得钠产品，该工艺简单，成本较低，是一种节能环保的处理方法。

技术领域：

本发明属于冶金与环境技术领域，具体涉及一种铝电解槽废耐火材料的处理方法。

背景技术：

铝是仅次于钢铁的第二大金属材料，世界金属铝的年产量在5500-6000万吨，而我国是世界第一产铝大国，2017年产铝约3200万吨。金属铝全部是采用熔盐电解的方法生产的，电解铝的装置主要是电解槽，电解槽除槽壳和上部结构外，其内部砌筑的主要材料分为炭质材料(主要是碳阴极和捣固料)、耐火材料(包括阴极炭块下部的防渗料、电解槽四周的耐火保温砖、浇注水泥等)和阴极钢棒。铝电解槽的寿命一般在5-6年，即电解槽使用5-6年后就需要进行大修，大修后，原来电解槽内部的炭质材料、耐火材料和阴极钢棒等全部成为废料，阴极钢棒作为废铁被处理。而废炭质材料和废耐火材料因含有较多的可溶氟化物及碱性物质已被国家列入危险废弃物。每生产一吨金属铝约产生5-10kg的废炭质材料和5-10kg的废耐火材料。

新的耐火材料的主要成分为氧化铝和氧化硅，在铝电解槽运行的过程中部分耐火材料(主要是电解槽底部的防渗料和保温砖)由于受到电解质组份及铝和钠的侵蚀发生复杂的反应会转变成含氧化钠、氧化铝、氧化硅等多元复杂化合物，同时渗透的氟化物会留在耐火材料中。铝电解槽大修后，部分的耐火材料(部分侧部的保温砖、耐火砖以及碳化硅结合氮化硅)没有被电解质侵蚀或被侵蚀的很少，可以直接用于新电解槽的砌筑或作为到新耐火砖的原料加以应用，而大部分的耐火材料已被电解质侵蚀，这部分耐火材料被称为废耐火材料。被侵蚀的废耐火材料的主要成分为霞石(NaAlSiO4)或钠长石(NaAlSi3O8)、氟化钠、冰晶石、氧化铝和氧化硅等，另外还含有单质铝、硅、铁或其合金等。目前，铝电解工业产生的废耐火材料尚未得到有效的回收和处理，一般均是采用填埋的方式处理，但由于废耐火材料中含有很多的电解质氟化物、钠的氧化物等有害可溶物质，长期堆放会对地下水以及周围环境产生有害影响。

发明内容：

本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种铝电解槽废耐火材料的处理方法，该方法的基本原理是：将废耐火材料破碎并与氧化钙或碳酸钙配料，同时配入少量的铝粉，然后进行真空还原，在高温真空还原的过程中，废耐火材料中的氟化物与氧化钙反应生成不溶于水的氟化钙，同时废耐火材料中的氧化钠被铝还原成金属钠并被真空蒸馏出来，从而实现废耐火材料中氟化物的转化和钠元素的分离，达到废耐火材料无害化处理的目的，同时获得钠产品。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种铝电解槽废耐火材料的处理方法，包括以下步骤：

(1)将废耐火材料和铝粉与氧化钙/碳酸钙混合，形成混合物料，其中：

所述的氧化钙/碳酸钙与废耐火材料的质量比为(0.3～1.0)∶1，其中，当为碳酸钙时，以碳酸钙煅烧能够获得的氧化钙计；

所述的铝粉添加量以废耐火材料中钠含量计，具体的，铝粉加入量与废耐火材料中钠元素含量的质量比为(0.30～0.65)∶1；

(2)将混合物料制成团块，所述的团块块径为10～30mm，制团压力为50～150MPa；

(3)将团块进行加热蒸馏后，冷却，生成金属钠和蒸馏残渣，完成铝电解槽废耐火材料的处理；其中，所述的加热蒸馏温度为1000～1400℃，蒸馏时间为1～10h，所述的加热蒸馏在真空中进行，真空度为0.1～200Pa；