阅读说明：本技术 一种电解铝废弃炭块的无害化利用工艺 (Harmless utilization process of waste carbon blocks of electrolytic aluminum ) 是由 李玉新 吴汉元 王强 俞海明 刘鲁新 陈红 崔兵 王伟 蒲翠娥 王洪林 段建勇 于 2019-10-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电解铝废弃炭块的无害化利用工艺,其工艺步骤如下：1)将铝厂废弃的炭块拉回厂区,堆存在专用防雨防潮的厂房待用；2)采购炼化厂废弃的重油,拉运到厂区待用；3)将重油和废弃炭块按照重量百分比为5：95的比例混合,加入到球磨机内磨细制成粒度为0.5mm的混合粉待用；4)回转窑生产石灰时,将煤粉和上述混合粉按照100：1的重量比例,加入到喷吹罐,在生产石灰的工艺中喷吹；5)生产的石灰,供应给炼钢、铁水脱硫专项工艺使用。本发明能够有效地对电解铝废弃炭块进行无害化处理,有利于消除环境污染。(The invention discloses a harmless utilization process of waste carbon blocks of electrolytic aluminum, which comprises the following process steps: 1) pulling the waste carbon blocks of the aluminum plant back to the plant area, and piling up the carbon blocks in a special rainproof and moistureproof workshop for later use; 2) purchasing waste heavy oil of a refinery and transporting the heavy oil to a factory area for standby; 3) the heavy oil and the waste carbon blocks are mixed according to the weight percentage of 5: 95, adding the mixture into a ball mill, and grinding the mixture into mixed powder with the granularity of 0.5mm for later use; 4) when lime is produced in the rotary kiln, mixing the coal powder and the mixed powder according to the ratio of 100: 1, adding the mixture into a blowing tank, and blowing in the process of producing lime; 5) the produced lime is supplied to special processes for steel making and molten iron desulphurization. The invention can effectively carry out harmless treatment on the waste carbon blocks of the electrolytic aluminum, and is beneficial to eliminating environmental pollution.)

一种电解铝废弃炭块的无害化利用工艺

技术领域

本发明涉及一种电解铝废弃炭块的无害化利用工艺。

背景技术

现代电解铝工业生产采用冰晶石-氧化铝融盐电解法工艺。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950℃～970℃下，在电解槽内的两极上进行电化学反应，即电解。

铝电解过程是在电解槽中进行的。电解槽是由碳素材料和耐火材料组成的。在电解铝生产过程中，由于高温电解质对内衬材料的渗透、腐蚀，导致阴极炭块发生变形、破裂，槽内的铝液和电解质沿着裂缝向下渗透，直达炉膛底部，导致电解槽不能正常生产，需要停槽进行大修。

大修的时候，电解槽的碳素材料，也就是阴极炭块被拆除废弃，成为危废。

通过对铝电解槽废旧阴极炭块进行物相分析，得到废旧阴极的具体组成为（见表2）: 炭（C），冰晶石（Na₃AlF₆）、氧化铝(α-Al₂O₃，β-Al₂O₃) 、氟化钠(NaF) 、氟化钙( CaF₂)等，而跟据电解槽的部位不同，各组分的含量又存有差异。某厂废旧阴极不同部位所含物质的含量和组成见下表。

由于阴极炭块中，存在易溶型的氟化钠和氟铝酸钠，是污染环境的主要因素。炭块中形成的少量氰化物，是致死性的剧毒物质。

查阅文献（1）梁文强在2017年第四期《甘肃冶金》上公布了题为“铝灰、碳渣、大修渣的处置及再利用方案”的论文，论文中，有“处理废槽衬工艺过程对废槽衬中的防渗材料、保温材料和废阴极材料都要进行无害化处理，在处理过程中加入固化剂和添加剂，使防渗料和电解槽底部保温材料中所含NaF 转化为不溶氟化盐。达到将废保温材料里面的氟离子固化的目的。废槽衬中的氰化物则是通过氧化剂及添加剂的氧化作用脱除的，这也是加入氧化剂的目的所在。”的内容描述；（2）李鸿在2003年第55卷的《有色金属》杂志上公布了题为“铝电解槽大修渣的污染防治及综合利用”的论文，论文中有“铝电解槽大修渣是一种有价值的物料，不能轻易弃置不用，因为其中含有高达70%的C，发热量估计为7000～12000kJ/kg。其中最有价值的化合物为氟盐，大约占30%。因此，有些铝厂，如奥地利的伦斯霍芬（ranshoffen）铝厂和美国立斯塔（Lister）铝厂用碱液溶浸其中的电解质，浸出液用于合成冰晶石，碳则用作燃料。”的内容表述，同时该论文中，亦有“水泥的组成为CaO-SiO₂-Al₂O₃-Fe₂O₃系，是大宗生产的廉价建筑材料。电解槽大修渣中的碳正好作为水泥生产中的补充燃料。其中的碱金属氟化物可在炉料烧结反应中作为催化剂，因此可降低熟料烧结温度，并减少燃料用量。废碳块破碎后加入水泥熟料窑中可以代替部分燃料，节省能源，碳块中所含的氟可以作为矿化剂改善窑内烧成条件，氟生成固态CaF₂进到水泥中，不会污染环境，达到综合利用的目的，并且各地均有水泥厂，因此有较广泛的利用条件。”的内容表述；（3）李超南在2000年第9期的《工业安全与防尘》杂志上，公布了题为“铝电解槽大修渣的无害化处理”的论文，中间有“(1) 废阴极碳块用于烧结法氧化铝生产在山东铝厂取得了成功, 将废碳块破碎到25mm 以下, 与无烟煤一同进入氧化铝生产流程, 可改善溶出条件;(2) 将废阴极碳块破碎后加入水泥熟料窑中代替部分燃料, 由于碳块硬度较大, 破碎磨粉消耗较多,除非采取鼓励措施, 应用受到一定的限制;”的内容表述。

通过以上的内容表述可知，目前废弃炭块的处理工艺，主要采用旋转窑生产水泥和湿法浮选工艺两大类，还没有文献报道应用于冶金石灰生产的应用工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电解铝废弃炭块的无害化利用工艺，能够有效地对电解铝废弃炭块进行无害化处理，有利于消除环境污染。

本发明的目的是这样实现的，一种电解铝废弃炭块的无害化利用工艺，其工艺步骤如下：

1）将铝厂废弃的炭块拉回厂区，堆存在专用防雨防潮的厂房待用；

2）采购炼化厂废弃的重油，拉运到厂区待用；

3）将重油和废弃炭块按照重量百分比为5：95的比例混合，加入到球磨机内磨细制成粒度为0.5mm的混合粉待用；

4）回转窑生产石灰时，将煤粉和上述混合粉按照100：1的重量比例，加入到喷吹罐，在生产石灰的工艺中喷吹；

5）生产的石灰，供应给炼钢、铁水脱硫专项工艺使用。

发明人依据炼钢使用石灰和萤石造渣的原理，结合石灰生产的工艺，提出并且实施了在石灰的生产中，将炭块做为燃料使用。在使用过程中，其中的氟化物经过化学反应，在石灰的生产过程中转化为氟化钙，钠盐成为硅酸钠，在炼钢过程中能够减少萤石的使用量，优化炼钢的工艺，实现废弃炭块的价值最大化。

发明人通过学习得知，萤石在炼钢工艺过程中，使用萤石的炼钢的主要工艺特点如下：

转炉内氧气流股冲击区域火焰温度高达2000～2600℃的高温,不仅金属中各成份易产生挥发物,金属表面的炉渣各成份也不同程度的被挥发,加入萤石造渣时,其主要成份CaF₂在炉内高温和炉渣的共同作用下,发生了如下的反应:

(CaF₂)+{H₂O}=(CaO)+2{HF}

2(CaF₂)+{SiO₂}=2(CaO)+{SiF₄}

(CaF₂)+(MgO)=(CaO)+{MgF₂}

所以从炉渣离子理论的观点，认为是由于F^-离子切断了硅酸盐的链状结构的缘故。所以它可以迅速化渣，并且不降低炉渣的碱度。

此外，炭块中间的氟化钠和氟铝酸钠，熔点分别为993℃和1013℃（CAS数据），并且氟化钠和氟铝酸钠转化为氟化钙需要一定的热力学条件和动力学条件，所以发明人结合以上的特点，采用的工艺如下：

1)将炭块制粉，并且制粉的过程中，添加5%的重油一起在磨机中混磨；

2)将炭块制备成为0.5mm左右的细小颗粒；

3)在采用喷吹燃煤的同时，将炭块和重油粉末与煤粉按照1：100的质量比混匀后进行喷吹；

4)生产的石灰，专供炼钢生产和铁水的脱硫使用；

本发明的工艺路线：废弃炭块→破碎机→混合重油、煤粉+球磨机→喷吹粉→燃煤回转窑生产石灰进行无害化转化→冶金用石灰→电炉+转炉炼钢→成为钢渣→进行资源化利用。

本发明的创新点基于以下的几点：

1)氟化钠和氟铝酸钠在旋窑生产石灰的喷吹喷枪的射流火焰的高温区分解，其中钠盐和氟与煤粉燃烧产生的二氧化硅反应，生成硅酸钠液滴等低熔点物质，反应的方程式如下：

NaF=Na⁺+F^-

4Na⁺+O₂=2Na₂O

2Na₂O+SiO₂=Na₂SiO₃

Na₃AlF₆=3Na⁺+Al³⁺+6F^-

4Al³⁺+3O₂=2Al₂O₃

nAl₂O₃+mCaO→mCaO·nAl₂O₃

4F^-+SiO₂={SiF₄}+2O^2-

2)添加的重油，是一种极性物质，也是炭块磨粉过程中的助磨剂，能够与炭块粉末紧密的结合在一起。

3)重油燃烧分解出水，能够与SiF₄反应，然后与煅烧石灰过程中弥散在炉气中的CaO小颗粒反应，形成氟化钙，实现无害化转化，反应的方程式如下：

CnOmHy+xO₂→CO+H₂O

2H₂O+{SiF₄}=4HF+SiO₂

2HF+CaO=CaF₂+H₂O

4)煅烧的石灰，专门定向向炼钢或铁水脱硫使用。

5)铝酸钙、钠盐亦是炼钢过程中的助熔剂，能够减少炼钢过程中的化渣剂的用量，有助于炼钢的降本增效。

6)废弃炭块中间的氰化物，在燃烧区实现分解反应，较为容易的实现无害化转化。

具体实施方式

本发明的实施工艺以宝新昌佳公司年产60万吨石灰的回转窑工艺为例说明：

一种电解铝废弃炭块的无害化利用工艺，其工艺步骤如下：

1)将铝厂废弃的炭块拉回厂区，堆存在专用防雨防潮的厂房待用；

2)采购炼化厂废弃的重油，拉运到厂区待用；

3)将重油和废弃炭块按照重量百分比为5：95的比例混合，加入到球磨机内磨细制成粒度为0.5mm的混合粉待用；

4)回转窑生产石灰时，将煤粉和上述混合粉按照100：1的重量比例，加入到喷吹罐，在生产石灰的工艺中喷吹；

5)生产的石灰，供应给炼钢、铁水脱硫专项工艺使用。