CN102530914A - 一种炼铝碳素材料制备方法和装置及采用的原料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种炼铝碳素材料制备方法和装置及采用的原料，将电解铝废料经过人工初选、粉碎后，再通过磁选、浮选工艺得到碳粉，碳粉与沥青、焦油进行捏合、压型，得到焙烧物料，其特征在于，焙烧物料放入中频感应焙烧炉炉体中，堆积在石墨加热环四周，通过石墨加热环发热对物料进行焙烧。本发明直接采用含碳废渣中的碳粉作为炼铝碳素材料的原材料，提高了铝厂废料的回收处理价值和处理量。同时，采用的中频感应焙烧炉焙烧时间短、温度高，降低了生产能耗，缩短了生产时间。

Description

一种炼铝碳素材料制备方法和装置及采用的原料

技术领域

本发明涉及一种炼铝碳素材料制备方法和装置及采用的原料，属于炼铝碳素材料制备技术领域。

背景技术

炼铝碳素材料分为两种，用作电解槽的阳极，把电流导入电解槽，并参与电化学反应；用作电解槽的阴极内衬，盛装铝液和电解质，并把电流导出电解槽外。现有的阳极和阴极，是将碳粉经过煅烧、破碎、分级、按-定的配方与沥青、焦油混捏，混捏后的糊料经成型、焙烧，根据采用碳粉的质量不同，最后得到阳极或阴极炭块。其中，沥青作为黏结剂，焦油作为浸润剂。由于现有铝工业的迅猛发展，消耗的碳素材料也迅速上升，而现有碳素材料焙烧工艺，整个焙烧时间在280小时左右，生产时间长，能耗高，原料中的沥青使用量大，通常在原料重量的20％以上。另一方面，电解槽废料，包括电解槽大修炉渣、火眼碳渣和阳极残极等含碳废渣，少量可以回收到碳素材料的制备当中，更多的是作为建筑填料等低价处理，回收利用程度不够。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种炼铝碳素材料制备方法和装置及采用的原料。采用中频感应焙烧炉炼制碳素材料，加热温度高，时间短，得到的碳素材料质量好，并能回收含碳废渣中的碳粉加工成碳素材料。

本发明的技术方案。炼铝碳素材料制备方法，将电解铝废料经过人工初选、粉碎后，再通过磁选、浮选工艺得到碳粉，碳粉与沥青、焦油进行捏合、压型，得到焙烧物料，焙烧物料放入中频感应焙烧炉炉体中，堆积在石墨加热环四周，通过石墨加热环发热对物料进行焙烧。

上述的炼铝碳素材料制备方法，中频感应焙烧炉上的烟气管道连接1个以上的烟气回收系统，根据炉体焙烧的温度，开启对应温度段的烟气回收系统。

上述的炼铝碳素材料制备方法，所述中频感应焙烧炉内采用活动底座，石墨加热环安装在活动底座上，焙烧物料先放置在石墨加热环四周后，再通过活动底座送入炉体，对焙烧物料进行加热，焙烧结束后活动底座从炉体中退出，使石墨加热环和焙烧物料在冷却系统内冷却。

上述的炼铝碳素材料制备方法，所述电解铝废料包括电解槽大修炉渣、火眼碳渣和阳极残极。

上述的炼铝碳素材料制备方法，所述焙烧温度为1400-1700℃，焙烧时间为1-3小时。

炼铝碳素材料制备装置，包括中频感应焙烧炉炉体，炉体上设有感应线圈和保温层，在炉体内设有石墨加热环。

上述的炼铝碳素材料制备装置，所述炉体设有活动底座，石墨加热环设置在活动底座上。

上述的炼铝碳素材料制备装置，所述活动底座设置在移动车架上，移动车架的轨道分别连接中频感应焙烧炉炉体和冷却系统。

上述的炼铝碳素材料制备装置，所述炉体上设有烟气管道，烟气管道连接1个以上的烟气回收系统。

炼铝碳素材料制备所用的原料，按重量计，原料配比如下，3-18％沥青、2-5％焦油，余量为电解铝废料回收碳粉。

上述炼铝碳素材料制备采用的原料，按重量计，原料配比如下，4-12％沥青、3-4％焦油，余量为电解铝废料回收碳粉。

上述炼铝碳素材料制备采用的原料，按重量计，原料配比如下，5-10％沥青、3-4％焦油，余量为电解铝废料回收碳粉。

申请人通过对电解槽废料，包括电解槽大修炉渣、火眼碳渣和阳极残极等含碳废渣的回收利用进行研究，将上述废料通过中国专利《电解铝废料分离提纯方法》(专利号201010168303.6)以及《电解铝废料磁选方法》(专利号201010168403.9)进行分离提纯处理后，电解槽大修炉渣回收的碳粉可以制备阴极炭块，火眼碳渣和阳极残极回收的碳粉可以制备阳极炭块。本发明的中频感应焙烧炉内采用石墨加热环作为加热源，加热温度高，可达1700℃以上，高温焙烧的优点，不仅是缩短焙烧时间，还能够将原料中的杂质气化逸出，因此，得到的碳素材料灰分更少，质量更高。中频感应焙烧炉的石墨加热环安装在活动底座上，能够在加热后将石墨加热环和焙烧物料退出，让物料在冷却系统内隔绝空气冷却，防止被氧化，而中频感应焙烧炉中还能放入下一个石墨加热环和焙烧物料进行焙烧，实现流水线生产，提高了生产效率。由于焙烧的温度大大提高，申请人对不同温度段焙烧逸出烟气的研究后，设计了不同的烟气回收系统，针对不同温度段，如1000℃以下主要是焦油、沥青逸出，1000-1700℃会有氟盐逸出，达到针对性回收再利用的目的。采用本发明的技术方案，还能降低原材料的要求，现有的炼铝碳素材料制备，通常是采用煤炭、石油焦等为原材料，分别制备阴极、阳极，而电解槽废料等铝电解工艺中产生的含碳废渣，只能少量掺入焙烧的原材料中，否则将影响产品的质量。大部分只能作为工业废料进行低价处理。本发明能够将含碳废渣中的碳粉收集后全部直接用于碳素材料的制备，为含碳废渣的回收处理提供了一条新的思路。申请人在实验中发现，由于电解槽废料中含有大量的氟化盐，如火眼碳渣中氟化盐和碳的含量几乎是各占一半，即使通过浮选、溶出反应等方法将氟化盐析出分离，在碳粉中仍然留有少量氟化盐。碳粉中的氟化盐能够填充碳粉中的空隙，起到黏结剂的作用，能够很好的保持焙烧物料在高温焙烧过程中不变形，因此不需要对焙烧的温度进行升温控制，直接上升至1700℃进行高温焙烧1-3小时即可，极大的缩短了焙烧时间。也不需要在焙烧时在焙烧物料上覆盖或填充焦碳颗粒作为保护介质。同时，由于氟化盐的作用，需要降低原材料中黏结剂沥青的使用量。经申请人试验，不同原材料的配比效果如表1。

表1：不同原材料的配比焙烧效果

由表一可知，当沥青用量大于20％时，焙烧物料在焙烧过程中会发现开裂、垮料的现象，无法得到成型的炭块，当沥青用量减少到18％以下，可以保证焙烧炭块基本成型，但质量难以保证，而且焙烧温度低、时间长，沥青用量在4-12％时，焙烧炭块成型好，可以提升焙烧温度，缩短焙烧时间。当沥青用量控制在5-10％时，能够进一步提升焙烧温度，使焙烧时间达到最短。其原因是沥青作为黏结剂，如果在焙烧时温度过高、升温过快，使得沥青熔化，导致焙烧物料开裂、垮料，而本发明中由于其黏结剂的作用由碳粉中的氟化盐代替，减少沥青的用量后，熔化的沥青不会影响焙烧物料的成型效果。

因此同现有技术相比，本发明直接采用含碳废渣中的碳粉作为炼铝碳素材料的原材料，提高了铝厂废料的回收处理价值和处理量。同时，采用的中频感应焙烧炉焙烧时间短、温度高，降低了生产能耗，缩短了生产时间。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图；

具体实施方式

本发明的实施例1。炼铝碳素材料制备装置，如图1所示，制作中频感应焙烧炉炉体1，炉体1上安装感应线圈2，在炉体1内砌筑保温层3，在炉体内安装石墨加热环4作为加热源。

进一步，炉体1安装活动底座5，石墨加热环4固定在活动底座5上。活动底座5还可以设置在移动车架6上，移动车架6的轨道连接中频感应焙烧炉炉体1和冷却系统，使得焙烧完成后的石墨加热环4和焙烧物料能够移动到冷却系统进行进行冷却，炉体1中装入下一炉石墨加热环4和焙烧物料进行焙烧，实现流水线生产，缩短了生产时间。活动底座5内设置冷却孔8，在焙烧时冷却孔8密封，冷却时通入氮气或惰性气体对石墨加热环4和焙烧物料进行冷却。冷却系统采用现有的热风回收冷却系统。

炉体1上方设置烟气管道7，烟气管道7连接1个以上的烟气回收系统。所述的烟气回收系统可以根据不同温度段逸出的物质进行回收。如在1000℃以下主要回收焦油和沥青，在1000℃以上还有氟化盐逸出需要回收。烟气回收系统采用现有技术制作。

炼铝碳素材料制备方法如下：将电解铝废料经过人工初选、粉碎后，再通过磁选、浮选工艺得到碳粉，将所得碳粉与沥青、焦油进行捏合、压型，得到焙烧物料，其重量配比为，3-18％沥青、2-5％焦油，余量为碳粉，焙烧物料放入中频感应焙烧炉炉体1中，堆积在石墨加热环4四周，通过石墨加热环4发热对物料进行焙烧，焙烧温度为1400-1700℃，焙烧时间为1-3小时。石墨加热环4的内外两侧，均可堆放焙烧物料。

磁选、浮选工艺具体如下：将电解铝废料通过湿式破碎，通过浮选系统后，在磁选设备中，第一次除去铁和硅，分离得到碳粉和其余原料，第一次浮选后的碳粉进行碱式溶出，利用二氧化碳碳化析出冰晶石，由于氟化物载体被破坏，析出后的碳粉重复浮选步骤，能够再次消除碳粉中的铁和硅，得到高纯度的碳粉。电解铝废料包括电解槽大修炉渣、火眼碳渣和阳极残极，电解槽大修炉渣回收的碳粉制备阴极，火眼碳渣和阳极残极回收的碳粉制备阳极。

中频感应焙烧炉炉体1上的烟气管道7连接1个以上的烟气回收系统，根据炉体1焙烧的温度，开启对应温度段的烟气回收系统。

中频感应焙烧炉的炉体1采用活动底座5，石墨加热环4安装在活动底座5上，焙烧物料先放置在石墨加热环4四周后，再通过活动底座5送入炉体1，对焙烧物料进行加热，焙烧结束后活动底座5从炉体1中退出，使石墨加热环4和焙烧物料在冷却系统内进行冷却。炉体1内加入下一炉物料进行流水化生产。

中频感应焙烧炉上的烟气管道7连接1个以上的烟气回收系统，根据炉体焙烧的温度，开启对应温度段的烟气回收系统。如1000℃以下应接通焦油沥青烟气回收系统，1000-1700℃接通氟盐烟气回收系统。其中，各段的烟气回收系统主要是针对主要逸出物质或者能回收再利用的物质，而不是代表各段逸出的物质仅仅是焦油、沥青或氟化盐等。同时，针对不同地方碳粉原料的焙烧，因针对其所含成分、杂质的不同，可选择不同的温度段以及对应的烟气回收系统。

本发明的实施例2。炼铝碳素材料制备装置，如图1所示，制作中频感应焙烧炉炉体1，炉体1上安装感应线圈2，在炉体1内砌筑保温层3，在炉体内安装石墨加热环4作为加热源。

炉体1上方设置烟气管道7，烟气管道7连接1个以上的烟气回收系统。所述的烟气回收系统可以根据不同温度段逸出的物质进行回收。

炼铝碳素材料制备方法如下：将电解铝废料经过人工初选、粉碎后，再通过磁选、浮选工艺得到碳粉，将所得碳粉与沥青、焦油进行捏合、压型，得到焙烧物料，焙烧物料放入中频感应焙烧炉炉体1中，堆积在石墨加热环4四周，在石墨加热环4的内侧和外侧均放置物料，通过石墨加热环4发热对物料进行焙烧，焙烧温度为1500-1600℃，焙烧时间为1.5-2小时。焙烧结束后物料和石墨加热环4在炉体1内进行冷却，出炉后得到炼铝用碳素材料。

本发明的实施例3。炼铝碳素材料制备装置如实施例1所述。按重量计，碳素材料原料较好的配比如下，4-12％沥青、3-4％焦油，余量为电解铝废料回收碳粉。将碳粉与沥青、焦油进行捏合、压型，得到焙烧物料，焙烧物料放入中频感应焙烧炉炉体1中，堆积在石墨加热环4四周，通过石墨加热环4发热对物料进行焙烧，焙烧温度为1500-1600℃，焙烧时间为1.5-2小时。

本发明的实施例4。炼铝碳素材料制备装置如实施例1所述。按重量计，碳素材料原料最好的配比如下，原料配比如下，5-10％沥青、3-4％焦油，余量为电解铝废料回收碳粉。将碳粉与沥青、焦油进行捏合、压型，得到焙烧物料，焙烧物料放入中频感应焙烧炉炉体1中，堆积在石墨加热环4四周，通过石墨加热环4发热对物料进行焙烧，焙烧温度为1700℃，焙烧时间为1.2小时。

本发明的实施例5。炼铝碳素材料制备装置如实施例1所述。按重量计，碳素材料原料配比如下，原料配比如下，6％沥青、3％焦油，91％电解铝废料回收碳粉。将碳粉与沥青、焦油进行捏合、压型，得到焙烧物料，焙烧物料放入中频感应焙烧炉炉体1中，堆积在石墨加热环4四周，通过石墨加热环4发热对物料进行焙烧，焙烧温度为1700℃，焙烧时间为1小时。

Claims (12)

1.一种炼铝碳素材料制备方法，将电解铝废料经过人工初选、粉碎后，再通过磁选、浮选工艺得到碳粉，碳粉与沥青、焦油进行捏合、压型，得到焙烧物料，其特征在于，焙烧物料放入中频感应焙烧炉炉体中，堆积在石墨加热环四周，通过石墨加热环发热对物料进行焙烧。

2.根据权利要求1所述的炼铝碳素材料制备方法，其特征在于：中频感应焙烧炉上的烟气管道连接1个以上的烟气回收系统，根据炉体焙烧的温度，开启对应温度段的烟气回收系统。

3.根据权利要求1所述的炼铝碳素材料制备方法，其特征在于：所述中频感应焙烧炉内采用活动底座，石墨加热环安装在活动底座上，焙烧物料先放置在石墨加热环四周后，再通过活动底座送入炉体，对焙烧物料进行加热，焙烧结束后活动底座从炉体中退出，使石墨加热环和焙烧物料在冷却系统内冷却。

4.根据权利要求1所述的炼铝碳素材料制备方法，其特征在于：所述电解铝废料包括电解槽大修炉渣、火眼碳渣和阳极残极。

5.根据权利要求1所述的炼铝碳素材料制备方法，其特征在于：所述焙烧温度为1400-1700℃，焙烧时间为1-3小时。

6.如权利要求1-5所述方法采用的炼铝碳素材料制备装置，其特征在于：包括中频感应焙烧炉炉体，炉体上设有感应线圈和保温层，在炉体内设有石墨加热环。

7.根据权利要求6所述的炼铝碳素材料制备装置，其特征在于：所述炉体设有活动底座，石墨加热环设置在活动底座上。

8.根据权利要求7所述的炼铝碳素材料制备装置，其特征在于：所述活动底座设置在移动车架上，移动车架的轨道分别连接中频感应焙烧炉炉体和冷却系统。

9.根据权利要求6所述的炼铝碳素材料制备装置，其特征在于：所述炉体上设有烟气管道，烟气管道连接1个以上的烟气回收系统。

10.如权利要求1-5所述方法所用的原料，其特征在于：按重量计，原料配比如下，3-18％沥青、2-5％焦油，余量为电解铝废料回收碳粉。

11.如权利要求10所述炼铝碳素材料制备采用的原料，其特征在于：按重量计，原料配比如下，4-12％沥青、3-4％焦油，余量为电解铝废料回收碳粉。

12.如权利要求11所述炼铝碳素材料制备采用的原料，其特征在于：按重量计，原料配比如下，5-10％沥青、3-4％焦油，余量为电解铝废料回收碳粉。