CN102146570A - 一种铝电解槽废阴极炭块生产铝用阳极的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用铝电解槽废阴极炭块生产铝用阳极的方法，属有色金属冶金环保技术领域。此方法包括如下步骤：(1)将铝电解槽废阴极炭块破碎，分捡其中钢棒、耐火材料、电解质等。(2)将经过分捡的铝电解槽废阴极炭块粗碎。(3)磨粉成为小于0.075毫米的粉料。(4)采用浮选法、酸法、碱法、酸碱联合法等方法分离铝电解槽废阴极炭块中所含杂质。(5)对经处理的铝电解槽废阴极炭块粉料干燥。(6)按铝用阳极生产配方要求配料。(7)进入铝用阳极生产系统做为粉料进行配料生产预焙阳极。本发明将铝电解槽废阴极炭块做为铝用阳极配料粉料，实现了铝电解槽废阴极炭块的无害化处理和综合利用，减小了石油焦的使用，节约了资源、降低了生产成本。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种铝电解槽废阴极炭块的应用方法，属有色金属冶金环保技术领域。
二、背景技术
铝电解工艺所用废阴极炭块一般含有碳、氟化钠、冰晶石、氟化铝、氟化钙、氧化铝等，其中含碳量约50-70％、电解质(包括氟化盐和氧化铝)约为50-30％、氰化物含量约在0.2％；电解铝阴极筑炉材料固体废弃物(主要为阴极炭块和耐火材料)浸出液氟含量可达6000毫克/升，CN-含量可达10-40毫克/升，超出国家《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》标准要求(F-＜50毫克/升，CN-＞1毫克/升)，故属于危险废物，必须按照危险废物相关处置要求进行处理。
目前对于此类危险废物的处理方法包括废阴极炭块的无害化处理、贮存处置、综合利用三种，以贮存处置方法为主。对于废阴极炭块的综合利用，国内外已有较多文献报道铝电解槽废阴极炭块的综合利用，提出的主要方法有浮选、酸浸、碱浸或酸碱联合除灰等，但以上方法只对废阴极炭块中有害杂质进行分离，多集中在废阴极炭块的氟化盐提取技术领域(除灰)，未明确提到处置后阴极的具体应用方法，只部分文献提到了废阴极炭块的用途方法。
专利申请(200810017152.7)铝电解槽废旧阴极炭块应用于电解槽焙烧两极导电材料及方法，提到了将废旧阴极炭块破碎后应用于电解槽焦粒焙烧时两极导电材料，是一种较好的综合利用方法。
专利(200610021585.0)铝电解槽阴极侧部内衬及废阴极在制备其侧部内衬中的应用，提到将废旧阴极炭块做为异型侧块配料原料，是一种有意义的探讨方向。
《矿产保护与利用》2001年第4期发表的“铝电解槽废阴极内衬的回收利用”文章中提到：国外有利用废阴极做为铝电解生产中阳极糊配料的尝试，文中提到用废阴极做为阳极糊配料骨料、废阴极炭块经破碎后未经除灰处理直接进行阳极糊配料、废阴极炭块掺配比例在4.5％(wt)以下，并不能充分利用废阴极炭块，且用做骨料，由于和粘结剂、石油焦、沥青焦活性差异较大，废阴极炭块骨料掉渣严重。
三、发明内容
本发明的目的在于解决上述已有技术存在的不足，提供一种废阴极炭块的综合应用方法，一种能够将危险废阴极炭块废物变为有价值成份，替代石油焦等资源的铝电解槽废阴极炭块生产铝用阳极的方法。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明是将铝电解槽废阴极炭块经过筛选、破碎、降灰等处理后的废阴极炭块粉料加入到阳极炭块配料中，替代石油焦粉料(或其它粉料)。
本发明将废阴极炭块做为预焙阳极配料粉料和其它粒度料(煅后焦、生碎、熟碎)及煤沥青进行配料、混捏、成型、焙烧生产铝用阳极。本发明要点为将废阴极炭块除灰后以粉料形式进行预焙阳极配料，掺配比例不大于45％(wt)。
一种铝电解槽废阴极炭块生产铝用阳极的方法，其中包括以下具体步骤：
(1)分捡：将铝电解槽废阴极炭块破碎，分捡出其中钢棒、耐火材料、电解质等。
(2)粗碎：将经过分捡的铝电解槽废阴极炭块利用破碎机破碎至10-50mm粒度料。
(3)磨粉：经过粗破的铝电解槽废阴极炭块通过磨粉机破碎成粒度小于0.075毫米的粉料。
(4)除灰：采用浮选法、酸法、碱法、酸碱联合法等方法分离磨粉机磨好的铝电解槽废阴极炭块粉料中所含氟化钠、氟化铝等杂质。
(5)干燥：上述经过处理的铝电解槽废阴极炭块粉料通过干燥机进行干燥处理，使水分达到预焙阳极配料用原料水分含量要求。
(6)配料：干燥后的铝电解槽废阴极炭块粉料按照铝用阳极生产配方要求进入铝用阳极生产配料系统做为粉料(≯45％)进行配料。
(7)铝电解槽废阴极炭块粉料加入配料系统后，配料、混捏、成型、焙烧工序均按现有预焙阳极生产配料和工艺要求进行。
所说铝电解槽废阴极炭块粉料，其粒度小于0.075mm。
所说经过除灰和干燥处理后的铝电解槽废阴极炭块粉料，其碳含量在80％(wt)以上，即包括添加剂及其它杂质在内的物质质量总和应不大于20％。
所说加入铝用阳极中经处理的铝电解槽废阴极炭块粉料的质量百分比小于阳极配料总量的45％。
本发明的积极效果：将危险废物、难以实际处置应用的废阴极炭块进行了循环利用，实现了铝电解槽废阴极炭块的无害化处理和综合利用，变废为宝，减小了石油焦的使用，节约了资源、降低了生产成本。
四、具体实施方式
以下给出本发明的具体实施方式，用来对本发明的构成进行进一步说明。
实施例1
一种铝电解槽废阴极炭块生产铝用阳极的方法，其操作步骤为：
(1)分捡：将铝电解槽废阴极炭块破碎，分捡出其中钢棒、耐火材料、电解质等。
(2)粗碎：将经过分捡的铝电解槽废阴极炭块利用鄂式破碎机破碎至10-50mm粒度料。
(3)磨粉：经过粗破的铝电解槽废阴极炭块通过磨粉机破碎成粒度小于0.075毫米的粉料。
(4)除灰：将磨粉机磨好的铝电解槽废阴极炭块粉料与苛性碱溶液反应，然后过滤，在所得滤渣中加入浓盐酸，再过滤，分离铝电解槽废阴极炭块粉料中所含氟化钠、氟化铝等杂质。
(5)干燥：对过滤所得的经过处理的铝电解槽废阴极炭块粉料通过干燥机进行干燥，干燥温度设定250-300℃，时间15-25分钟。干燥处理后的铝电解槽废阴极炭块粉料要求碳含量纯度在80％(wt)以上，即包括添加剂及其它杂质在内的物质质量总和应不大于20％，水分含量不大于0.3％。
所说铝电解槽废阴极炭块粉料，其粒度小于0.075mm。
所说经过除灰和干燥处理后的铝电解槽废阴极炭块粉料，其碳含量在80％(wt)以上，即包括添加剂及其它杂质在内的物质质量总和应不大于20％。
所说加入铝用阳极中经处理的铝电解槽废阴极炭块干粉料的质量百分比小于阳极配料总量的45％。
(6)配料：按质量百分比含量将以下物料：石油焦大骨料(10-4mm)28％、石油焦中骨料(4-0mm)36％、石油焦粉料(0.075mm、纯度40％)20％、处理干燥后的废阴极炭块粉料(0.075mm、颗粒纯度80％)16％混合，改质沥青加入量为以上配料总量的16.5％。
(7)混捏：将配制好的阳极配料加入混捏设备进行混捏。
(8)成型：将混捏好的糊料通过挤压或振动成型生产所需预焙阳极生块。
(9)焙烧：将成型后的阳极生块进行焙烧后成为所需预焙阳极炭块。
实施例2
本实施例的操作步骤为：
(1)分捡：将铝电解槽废阴极炭块破碎，分捡出其中钢棒、耐火材料、电解质等。
(2)粗碎：将分捡过的铝电解槽废阴极炭块用鄂式破碎机进行粗破，破碎至10-50mm粒度料。
(3)磨粉：经过粗破的铝电解槽废阴极炭块通过磨粉机破碎成粒度小于0.075毫米的粉料。
(4)除灰：将磨粉机磨好的铝电解槽废阴极炭块粉料加入浓盐酸并不停搅拌，反应25-35分钟后将浸出可溶物滤掉。
(5)干燥：对过滤所得的经过处理的铝电解槽废阴极炭块粉料通过干燥机进行干燥，干燥温度设定270-290℃，时间18-22分钟。干燥处理后的铝电解槽废阴极炭块粉料要求碳含量纯度在80％(wt)以上，即包括添加剂及其它杂质在内的物质质量总和应不大于20％，水分含量不大于0.3％。
(6)配料：按质量百分比含量将以下物料：石油焦大骨料(8-4mm)27％、石油焦中骨料(4-0mm)35％、石油焦粉料(0.075mm、纯度80％)32％、处理干燥后的铝电解槽废阴极炭块粉料(0.075mm、粒度纯度60％、含有0.2％氧化铝和0.6％氟化铝)6％，再加入占以上配料总量16.6％的改质沥青。
(7)混捏：将配制好的阳极配料加入混捏设备进行混捏。
(8)成型：将混捏好的糊料通过挤压或振动成型生产所需预焙阳极生块。
(9)焙烧：将成型后的阳极生块进行焙烧后成为所需预焙阳极炭块。
以上实施例一种利用铝电解槽废阴极炭块生产铝用阳极的方法，是根据原料性质，对降灰过程进行调灰处理，合理保持能够降低沥青焦在铝电解槽内反应活性成份的含量，尽量降低易导致阳极掉渣成份的含量。由于铝电解槽废阴极炭块中所含多为氟化盐、氧化铝等杂质，通过阳极进入电解质中后不会有不良反应，部分物质还有助于削弱阳极在电解槽中的选择性氧化、减小阳极掉渣，对改进阳极质量有利。我们只需要关注部分对产品质量有不良影响的或是造成电流效率下降的元素，如铁、硅、钒、磷、钠等金属。
由于铝电解槽废阴极炭块在电解生产过程进行了石墨化过程，故铝电解槽废阴极炭块粉未比电阻远低于煅后石油焦粉未比电阻。经测定含30％灰份的废阴极炭块粉未比电阻比煅后石油焦低10％以上。故阳极生产中掺配铝电解槽废阴极炭块粉可降低阳极电压，利于提高电流效率和节电。
一个30万吨电解系列，年均产生铝电解槽废阴极炭块在2500多吨，考虑槽大修不均衡性，年产铝电解槽废阴极炭块可能达7500多吨。但一个30万吨电解系列，年阳极净消耗在12万吨。如果采用铝电解槽废阴极炭块生产铝用阳极的方法，阳极中添加铝电解槽废阴极炭块粉质量百分含量7％左右，即采用该技术，本厂完全可消耗自身产生危险废弃物。如果阳极中按20％掺配铝电解槽废阴极炭块粉，则全国2000万吨电解铝，按年均产生铝电解槽废阴极炭块17万吨计，只需要84万吨阳极即可消耗完这些铝电解槽废阴极炭块(考虑残极回用，年产105万吨铝用炭素阳极厂可使用全国年均产生的废阴极炭块)。
本发明最重要意义在于将难以实际处置应用的铝电解槽废阴极炭块进行了循环利用。同时，按每吨石油焦2500元计，年取代约17万吨石油焦计算，年节约4.25亿元。考虑生石油焦到煅后焦85％实收率，实际节约生石油焦数量为20万吨，年节约金额在5亿元以上。
由于采用铝电解槽废阴极炭块粉料，通常铝电解槽废阴极炭块在铝电解生产过程中已石墨化，其比电阻通常比煅后焦低10％以上，故以其为原料生产阳极电阻率较低，有利于节约电能。
Claims (4)
1.一种利用铝电解槽废阴极炭块生产铝用阳极的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)分捡：将铝电解槽废阴极炭块破碎，分捡出其中钢棒、耐火材料、电解质等；
(2)粗碎：将经过分捡的铝电解槽废阴极炭块利用破碎机破碎至10-50mm粒度料；
(3)磨粉：经过粗破的铝电解槽废阴极炭块通过磨粉机破碎成粒度小于0.075毫米的粉料；
(4)除灰：采用浮选法、酸法、碱法、酸碱联合法分离磨粉机磨好的铝电解槽废阴极炭块粉料中所含氟化钠、氟化铝等杂质；
(5)干燥：上述经过处理的铝电解槽废阴极炭块粉料通过干燥机进行干燥处理，使水分达到预焙阳极配料用原料水分含量要求；
(6)配料：干燥后的铝电解槽废阴极炭块粉料按照铝用阳极生产配方要求进入铝用阳极生产配料系统做为粉料(≯45％)进行配料；
(7)铝电解槽废阴极粉料加入配料系统后，配料、混捏、成型、焙烧工序均按现有预焙阳极生产配料和工艺要求进行。
2.按照权利要求1所述一种利用铝电解槽废阴极炭块生产铝用阳极的方法，其特征在于所说铝电解槽废阴极炭块粉料的粒度小于0.075mm。
3.按照权利要求1所述一种利用铝电解槽废阴极炭块生产铝用阳极的方法，其特征在于所说经过干燥的铝电解槽废阴极炭块粉料，其碳含量纯度在80％(wt)以上。
4.按照权利要求1所述一种利用铝电解槽废阴极炭块生产铝用阳极的方法，其特征在于所说加入铝用阳极中经处理的铝电解槽废阴极炭块粉料的质量百分比小于阳极配料总量的45％。
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