CN103415596B - 对用过的含碳阴极材料进行加工的方法 - Google Patents

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Abstract

在对源自铝制造的用过的含碳阴极材料、尤其是用过的阴极槽进行加工的方法中，其中将所述阴极材料置于竖炉中，并为了将碳气化，使所述阴极材料在竖炉中在高于所述碳燃点并高于所述用过的阴极材料中含有的有毒物质的蒸发温度的温度下经历热处理，所述反应气体以与所述竖炉的第一纵向部分中的碳并流并与所述竖炉的第二纵向部分中的碳逆流的方式传导，其中从所述纵向部分之间的具有扩大横断面的竖炉区域抽取所述反应气体并优选进行后处理。

Description

对用过的含碳阴极材料进行加工的方法
技术领域
本发明涉及对源自铝制造的用过的含碳阴极材料、尤其是用过的阴极槽进行加工的方法，其中将所述阴极材料置于竖炉中，并为了将碳气化，使所述阴极材料在竖炉中在高于碳燃点并高于用过的阴极材料中含有的有毒物质的蒸发温度的温度下经历热处理。
背景技术
在根据Hall-Heroult工艺的铝制造中，在熔体电解期间将氧化铝还原。所述电解池最通常地由包覆有碳材料（石墨/无烟煤）和耐火材料例如耐火土的钢槽构成。碳覆层在电解期间充当阴极，同样地，随后将其称作阴极槽。用过的阴极槽，也称作废锅衬，在根据Hall-Heroult工艺的制造铝期间大量累积，并由于其有毒物质含量高而始终造成关于处理的问题。所述有毒物质包括：氰化物，其由阴极槽中的碳和空气中的氮形成；和多种金属氟化物例如氟化钠和氟化铝，其由矾土中包含的金属物质与用于Hall-Heroult工艺中的冰晶石的氟化物形成。当对用过的阴极槽进行更换时，将后者从电解池中与耐火围绕壁一起移出，使得以此方式清洁的废锅衬主要仍含有源自耐火材料的铝、硅、钙、和镁的氧化物。
例如，根据加拿大专利申请CA2308545A1，在开始时所述的类型的方法是已知的。在这种方法中，将源自铝制造的用过的阴极槽在竖炉中气化，并将形成的反应气体除去。然而，根据这种现有技术的方法的劣势在于，在用过的阴极槽中也包含的碱金属易于在这种竖炉中形成回路，由此在竖炉中浓缩，导致形成炉瘤和斜坡且同时耐火材料的磨损和粉尘的排放增多，并导致可能由原料形成的炉渣的量减少。
发明内容
因此，本发明的目的是指出一种改进的方法，利用所述方法能够从用过的阴极材料中完全分离并得到上述有毒物质，同时防止碱性回路的形成。
为了实现该目的，根据本发明进一步发展了在开始时所述的方法，以使得所述反应气体以与所述竖炉的第一纵向部分中的碳并流并与所述竖炉的第二纵向部分中的碳逆流的方式传导，并使得从指定的纵向部分之间的具有扩大的横断面、尤其是扩大的直径的竖炉区域中抽取反应气体，并优选进行后处理。因为在沿竖炉纵轴上的中心区域（中心气体出口）中抽取反应气体，所以碱性回路中断，且除了合成气（CO+H2）之外还含有氟化钠（NaF）、氟化铝（AlF3）、氢氟酸（HF）、氮气（N2）和潜在的其它碱金属和碱土金属的氟化物形式的上述有毒物质的反应气体，能够进行传送以进一步再加工。
碳一旦达到燃点且存在用于气化目的的足够的氧气，就由于C含量高而使得所述工艺自身自热地发生。然而，为了引发所述工艺或在所述工艺期间提供支持，根据另一个实施方案的设想，对炉子进行加热以将用过的阴极材料的碳加热至反应温度。这种加热能够基本上以本领域普通技术人员已知的任何一种方式进行。在一个实施方案中，可例如通过电感应将用于热处理的能量引入待再加工的碳中。在此情况中，可将感应线圈设置在竖炉分配端区域中竖炉外周周围，并用于建立感应场，并由此进行加热，其中用过的阴极材料的引入的碳耦合到所述感应场。根据上述实施方案的可选实施方案，通过化石燃料燃烧例如通过将燃烧室置于竖炉中，优选放置在竖炉的第一纵向部分中并特别是在第一纵向部分的上部区域中，也能够完成加热，其中，由此将任选地与氧化气体例如氧气或空气混合的燃料例如天然气、石油、煤粉、由用过的阴极槽产生的粉尘等引入竖炉中。在这种实施方案的另一个变体中，可提供一种供应管线，所述供应管线注入竖炉的第一纵向部分中，优选注入竖炉的第一纵向部分的上部区域中，通过所述供应管线向竖炉供应燃料，所述燃料任选地与氧化气体混合。在这种实施方案的另一个变体中，竖炉的第一纵向部分、优选竖炉的第一纵向部分的上部区域能够并入一个或多个优选基本上在竖炉纵向延伸的方向上延伸的喷枪，通过所述喷枪向竖炉供应单独的或混合在一起的燃料和氧化气体。作为通过感应或化石燃料燃烧进行加热的可选方式，通过将部分量的已经炽热的焦炭或石墨放置在引入竖炉中的用过的阴极材料上，或通过在将其引入竖炉期间或之前将部分量的已经炽热的焦炭或石墨添加至用过的阴极材料，也能够使用过的含碳阴极材料的碳达到反应温度。
关于各个纵向部分的绝对或相对尺寸，本发明基本没有限制。然而，当第一纵向部分的长度占竖炉总长度的40至80%、优选50至70%且尤其优选60至70%时，获得了特别好的结果。
根据所述发明理念的进一步发展，提出第二纵向部分的长度优选占竖炉总长度的20至60%、尤其优选30至50%且特别优选30至40%。
所述竖炉或其纵向部分在此处可显示圆形横断面。然而，优选将矩形横断面用于感应加热的竖炉。这特别是在集肤效应方面是优选的，集肤效应结果是限制了电磁场的穿透深度。
为了保持碳的碳化，本发明的优选实施方案提出，将氧鼓入竖炉的第一和/或第二纵向部分中。在其中氧撞击至少加热至燃点的碳的区域中，碳被氧化成CO2，但后者在竖炉中的碳填充物中再次被还原成CO，由此满足Boudouard平衡。结果，碳不完全燃烧，而仅是气化，从而能够得到具有热值的一氧化碳。在主要的反应条件下，用过的阴极材料中含有的氰化物（CN-化合物）也转化成一氧化碳和氮气，由此被完全破坏。
为了分离出碱金属、其化合物和氟化物，优选以使得水或蒸汽被鼓入竖炉的第一和/或第二纵向部分中的方式进一步发展根据本发明的方法。氟化物和碱金属化合物例如作为氟化钠存在的那些物质在水或蒸汽存在下根据如下反应流程发生挥发，由此转化成气相：
2NaF+H2O→Na2O+2HF
Na2O+C→2Na+CO
Na2O+CO→2Na+CO2
元素钠是气体，并通过中心气体出口除去，然后在向下穿过炉子的更冷填充材料上冷凝，使得在竖炉中形成回路。在还含有氢氟酸（HF）的气相中，再次形成氟化钠，并可在相继发生的废气处理期间将所述氟化钠分离出。
关于除去氟化物的另一种选项是使其按如下与二氧化硅反应：
SiO2+4NaF→SiF4+2Na2O。
在优选实施方案中，以使得利用喷枪将氧气和水或蒸汽鼓入竖炉中的方式实施根据本发明的方法。这种措施解决了如下问题：当仅通过在竖炉壁处注入的喷嘴鼓入氧气或水/蒸汽时，仅供应至竖炉或竖炉中的碳填充物的边界区域，而未供应至碳填充物横断面的内部区域，因此，在这些区域中反应速率非常低，或根本不可能实现自热工艺。通过借助于喷枪引入氧气和水/蒸汽，能够将所述物质精确引入位于感应加热区域中的那些位置，由此产生对于所述方法足够热以随后沿整个竖炉自热地进行其进程的反应空间。在此时，还可以以粉末或粉尘的形式鼓入用过的含碳阴极材料，尤其是阴极槽。
如果用过的阴极材料的碳在竖炉中未完全气化，则优选通过将未气化的碳溶于铁浴中来进一步发展所述方法。例如，此处铁浴能够感应加热。所述铁浴确保碳的突出的溶解动力学，并通过鼓入氧气而易于再生即所谓的精制。由于这种精制是放热反应，所以以此方式改进所述方法的热平衡。所述氧气还能够连续鼓入，从而保持铁浴始终C不饱和。
在发明理念的进一步发展中，在本发明尤其优选的实施方案的框架内提出，在将用过的阴极材料引入竖炉期间或之前，将添加剂并入用过的含碳阴极材料中，从而使得耐火材料即如上所述的特别是铝、硅和镁的氧化物成为炉渣，所述耐火材料作为耐火内衬的残渣存在于用过的含碳阴极材料中。可能的添加剂包括元素钙和所有含钙的化合物（其在下文中也称作Ca载体）、元素镁以及所有含镁的化合物（其在下文中也称作Mg载体）。合适的Ca载体的实例例如是CaO和CaCO3，其可以以钢厂炉渣、石灰石或无水石灰的形式得到，并优选以粗糙块的方式引入所述工艺中，以确保碳填充物或柱能够始终被彻底气化。合适的Mg载体的实例是MgO和MgCO3，其也优选以粗糙块的方式引入所述工艺中，以确保碳填充物或柱能够始终被彻底气化。在这种实施方案中，添加剂即优选Ca载体或Mg载体与耐火材料铝、硅和镁的氧化物之间的反应能够制得高品质的炉渣，具体地，当添加Ca载体时，能够制得高品质的铝酸钙炉渣，其显示突出的水硬性，并由此能够有利地用于水泥工业中以制造水硬性粘结剂。添加Mg载体制造高品质的铝酸镁炉渣或尖晶石炉渣，例如其能够用作耐火混凝土。
在上述实施方案中，在将用过的阴极材料引入竖炉期间或之前将足量的Ca载体且尤其优选氧化钙添加至用过的含碳阴极材料，以确保在竖炉中产生具有50至70%、优选55至60%重量/重量且尤其优选约60%重量/重量的Al2O3含量的铝酸钙炉渣。此处在1600℃下产生熔体相。作为其可选方案，同样优选在将用过的阴极材料引入竖炉期间或之前，将足量的Ca载体且尤其优选氧化钙添加至用过的含碳阴极材料，以确保在竖炉中产生具有超过70至90%重量/重量、优选75至85%重量/重量且尤其优选约80%重量/重量的Al2O3含量的铝酸钙炉渣。炉渣的高熔点在此处造成烧结相。根据其组成和品质，这些铝酸钙特别适合用于产生快凝水泥，提高复合元件的早期强度，或处于硫酸盐诱发的炉渣水泥或石膏-炉渣水泥的形式。因此，将这些铝酸钙用于水泥中是特别有利的，因为其能够明显降低制造水泥期间的熟料因子，即明显降低每吨水泥的波特兰水泥熟料的百分比。这在气候政策方面是有利的，因为在制造1吨波特兰水泥熟料期间产生约1吨二氧化碳。而且，以此方式制造的铝酸钙能够用于制造耐火材料并制造1/3的炉渣即由CaF2、Al2O3和CaO构成的混合物，其又用于得到重载钢构件。除了上述之外，以此方式制造的铝酸钙还能够用于生铁脱硫或二次冶金的领域中，这在其它方面也是有利的，因为其避免了成问题的氟化钙的使用。
根据本发明的方法优选使用具有10至45%、尤其优选15至30%的氧化铝含量的用过的含碳阴极材料。
还能够将其中在将用过的含碳阴极材料引入竖炉期间或之前将添加剂并入所述用过的含碳阴极材料中的上述实施方案与如下的实施方案组合，即，其中用过的含碳阴极材料的碳未完全气化并将未气化的碳溶于铁浴中。
然而，作为实施用铁浴的方法的可选方案，还能够以根据另一个优选实施方案将阴极材料中的碳完全气化并将剩余的煅烧产物除去的方式实施所述方法。同样，在此情况中，在将用过的含碳阴极材料引入竖炉期间或之前，能够但不是必须地将添加剂、尤其优选Ca载体和/或Mg载体并入所述用过的含碳阴极材料中。如果不并入添加剂，则将干燥的由铝和硅氧化物构成的基本不含碳的煅烧产物排出，其也能够应用于水泥工业中。
观察到不完全的煅烧产物能够碎裂成含碳粉末。然而，关于粉末形式，后者则不再透过气体，且相应的竖炉断面不再能被彻底气化。可想到如下的后处理选项。如上文所述，可在铁浴中实施后处理。可选地，可通过用于脱碳目的的蒸汽对粉末进行处理，结果由于吸热的、非均相的水-气反应而同时实现了冷却。
如上文已经进一步示出的，元素钠连同氧化钠（Na2O）在氢氟酸（HF）存在下在气相中重组成氟化钠（NaF）。关于氧化钠，将反应方程式书写为如下：
Na2O+2HF→2NaF+H2O
关于气体钠，此处必须将反应方程式书写为如下：
Na+HF→NaF+1/2H2
可观察到如下副反应：
2Na+H2O→Na2O+H2
如果现在的目的是得到有问题的、但经济上吸引人的在气相中的氢氟酸，则优选使用强酸性炉渣实施所述方法。如果存在强酸性炉渣，其中可通过氧化硅和/或氧化铝形成该酸性组分，则例如根据如下反应方程式再生氢氟酸：
2NaF+SiO2+H2O→Na2SiO3+2HF
或
NaF+Al2O3+H2O→NaAl2O4+HF
为了如分别期望地控制在气相中得到的产物，由此优选以使得通过添加碱性或酸性成分、尤其是CaO或SiO2能够对竖炉中的碱度进行调节的方式进一步发展所述方法。
根据尤其优选的方法，提出交替添加碱性和酸性成分。以此方式，交替得到氟化钠和氢氟酸。氢氟酸能够与氧化铝（Al2O3）反应以形成氟化铝（AlF3）和水，其中可利用在基本方法期间得到的氟化钠（NaF）对氟化铝进一步进行加工以形成冰晶石（Na3AlF6），从而可将其用于根据Hall-Heroult工艺的铝制造中。
12NaF+4AlF3→4Na3AlF6
如果有毒物质例如氰化物、碱金属及其氟化物的含量过高，则可能出现如下现象：当按上述进行加热时，用过的阴极材料的碳不能通过电感应而进行耦合。在此情况中，优选以使得还将未使用的石墨或焦炭引入用过的阴极材料的碳的方式进一步发展根据本发明的方法。在合适频率下，将未使用的碳耦合到感应场并加热，其中待再加工的实际的碳也通过与炽热石墨或焦炭接触而提升温度。
优选以如下方式实施所述方法：在800℃至1200℃、特别是900℃至1100℃且尤其1000℃的温度下抽取反应气体并传送至后处理，由此防止反应气体或有毒物质在管线系统中冷凝，并确保受控的废气处理。
炉膛中的最高温度在此处优选为1200至1700℃，尤其优选1400至1700℃且特别优选1500至1600℃。该最高温度因吸热反应和热损失而降至直至中心气体出口的最高1200℃。
在发明理念的进一步发展中提出，从竖炉中抽取的反应气体的后处理采用不含废水的废气处理的形式。例如，这能够通过将从竖炉抽取的反应气体导入冷却的并优选等温运行的流化床反应器中而进行，除了从反应器中排放的一氧化碳、二氧化碳、氢气、可能的水和粉尘之外，所述反应气体还含有挥发的化合物，特别是包括氢氟酸、氟化钠、氟化铝等，所述流化床反应器含有由氧化铝、氟化钠、氟化铝、碳酸钙、氢氧化铝等构成的粒子。此处，例如利用水驱动的换热器或水蒸发器，能够将流化床的温度容易地设定为例如约1000℃、约1100℃或约1200℃的合适值，其中流化床的强湍流确保竖炉中的温度均匀。废气的挥发化合物被快速冷却、冷凝并可能在流化的氧化铝粒子上反应，结果在氧化铝粒子上形成冰晶石或类似化合物。从流化床反应器中抽取以此方式净化的废气，其中在位于反应器下游的旋风分离器中或在低温下以逆流方式在氧化铝或铝氧化物上的另一种干吸附工艺中，将载有反应产物的所有剩余的氧化铝粒子从废气中分离。任选地也能够将氟化硅（SiF4）从以此方式得到的废气中分离出去。除了不含废水之外，这种后处理还具有仅需要比较小的装置的优势。这种后处理的另一个优势是在所述工艺中产生热，能够将其用于对竖炉中所需要的工艺蒸汽进行加热。另外，能够将由粒子和废气构成的产物用于制造铝。
附图说明
下面参考附图，利用基于有利实施方案的实施例对本发明进行具体说明。
在下图中显示：
图1是基于第一示例性实施方案的适用于实施根据本发明方法的竖炉的示意图；
图2是基于另一个示例性实施方案的适用于实施根据本发明方法的竖炉的示意图，所述竖炉具有铁浴；
图3是基于又另一个示例性实施方案的适用于实施根据本发明方法的竖炉的示意图，所述竖炉具有铁浴；
图4是适用于实施根据本发明方法的整个系统的示意图；
图5是基于另一个示例性实施方案的适用于实施根据本发明方法的竖炉的示意图；
图6是基于又另一个示例性实施方案的适用于实施根据本发明方法的竖炉的示意图；
图7是基于另一个示例性实施方案的适用于实施根据本发明方法的竖炉的上部局部部件的示意图，所述竖炉使用化石燃料加热；
图8是基于另一个示例性实施方案的适用于实施根据本发明方法的竖炉的上部局部部件的示意图，所述竖炉使用化石燃料加热；
图9是基于另一个示例性实施方案的适用于实施根据本发明方法的竖炉的上部局部部件的示意图，所述竖炉使用化石燃料加热。
具体实施方案
将竖炉标记为图1上的1，并同时在位置2处实施根据本发明的方法，在竖炉中已经放置了用过的、压碎的阴极槽，所述阴极槽也称作废锅衬。利用旋转阀3使得碳块进入竖炉1的井筒4中，其中通过环状管线5已经将氧气引入以高达旋转阀3的高度。使用标记为6的感应环路在竖炉1的横断面中引入感应场，从而对用过的阴极槽的碳进行耦合，并加热至高达例如600℃至800℃的燃点。在竖炉的区域7中，井筒显示出比第一轴向纵向部分8和第二轴向纵向部分9更大的直径，从而能够从环形空间10抽取反应气体，如箭头11所标记的。如已经描述的，反应气体含有一氧化碳、二氧化碳、氟化钠、钠、氮气、氢氟酸、氢气和可能的氟化铍作为主要组分。因为用过的阴极槽的碳因气化反应而消耗，所以存在于竖炉中的终究由用过的阴极材料的碳构成的碳柱或填充物12在箭头13的方向上脱落。由于从环形空间10抽取区域7中的反应气体，所以反应气体以与竖炉的第一纵向部分8中的碳并流并与第二纵向部分9中的碳逆流的方式传导。所述逆流过程优选相对于Boudouard反应是动力学不平衡的，由此使得废气中二氧化碳的百分比最大化，从而仅需要短的逆流填充物。除了用于在竖炉的上部区域中供应氧气和/或水/蒸汽的环状管线5之外，为竖炉的第二纵向部分9提供另外的喷嘴14，通过所述喷嘴也能够鼓入氧气和/或水/蒸汽。具有相同功能的另外的喷嘴位于位置15处。将另一个旋转阀标记为16，并能够用于排出煅烧产物。
尽管显示出喷嘴14的第二纵向部分9的上部表示逆流加热部分，但必须将下部区域17理解为冷却部分，因为喷嘴15旨在引入主要液体形式以及可能的蒸汽或湿蒸汽形式的水。
图2显示了图1所描绘方法的可选方案。尽管在图1上碳被完全气化，但在根据图2的方法中能够将任何未气化的碳溶于铁浴18中。另外，竖炉具有基本相同的结构设计，并特别地还显示出具有扩大直径的区域7，可在位置11处从所述区域7抽取废气。如果铁浴18已经对碳饱和，则通过喷枪19将氧气鼓入铁浴中，从而在位置20处逸出纯的一氧化碳，并可在随后进行热利用。不含氟化物的炉渣能够在位置21处分接，并传送以用于水泥工业中。
在根据图3的竖炉的可选构造中，将铁浴18布置在竖炉1中，其中在位置22处从不含氟化物的炉渣中分接炉渣。竖炉的区域23具有熔化区域，其中将铁再碳化。如在上述实施例中，在位置11处从具有扩大直径的区域7将反应气体从环形空间10抽出。
从图4可得出，对用过的阴极槽进行再加工的系统由与竖炉1一起运行的急冷器24、苛性钠吸收器25和气溶胶去雾器26构成。竖炉1展示出已经描述的特征，其中在此情况中不通过旋转阀进行排放，而是通过旋转锥27进行排放，所述旋转锥27是中空的并可例如通过管线28填充蒸汽，从而所述锥和喷枪一样将蒸汽释放入碳填充物内部。在位置11处再次抽取反应气体，其中在进入急冷器24之前将气体进料至第一步骤中的气体冷却器29中。其在所述位置与气溶胶形式的水反应并减压。然后可在位置30处抽取氟化钠。在苛性钠吸收器25中利用苛性钠中和氢氟酸。在位置31处从苛性钠吸收器25中抽取氟化铍。在气溶胶去雾器26中，从气体流中分离出残余的氟化钠和氟化铍，随后所述气体流表示由一氧化碳和氢气构成的纯合成气。
根据图5可明显得出，由内部管道34和外部管道35构成的喷枪33注入竖炉1的井筒4的下端32中。两个管道34和35可相对于竖炉相互发生位移或叠缩，其中例如通过内部管道将氧气引入竖炉1的井筒4中，并通过外部管道引入水/蒸汽。因为喷枪33能够相对于井筒发生位移，所以能够对竖炉1的井筒4中的填充物12进行机械操作，由此使得机械桥接断裂并确保在区域36中的排放。在区域36中安装绕轴旋转的翻板37，在所述翻板37上在自然卸料角α下放下煅烧产物。一达到该卸料角，就不会再从井筒4排放煅烧产物，在此情况中这造成翻板37绕轴旋转至由虚线表示的位置38处，从而煅烧产物落入排放闸39。于是翻板37再次升起以再次收集煅烧产物。
如基于图5的实施例所进一步描绘的，竖炉1通常还可显示矩形横断面而不是圆形横断面。这在图5上由用虚线表示的壁43表示，其中第一纵向部分和第二纵向部分两者中的至少部分可显示矩形横断面。600至800nm的净宽在此处证明是有利的。为了实现中心气体出口所需要的扩大的横断面，竖炉的第二纵向部分显示出在图5右侧上显示的壁44，其朝向排放开口扩展。
图6描绘了可选实施方案，其中利用振动板40在螺旋传送器41的方向上传送煅烧产物，从而以此方式也传送至排放闸42。振动板40此处显示了用于喷枪33的开口。
图7介绍了根据可选实施方案的竖炉1的上部局部部件，其中不是通过包括感应环路的感应加热器，而是通过化石燃料燃烧将原料即用过的阴极材料的碳加热至反应温度，这与图1至6中显示的实施方案相反。为此，竖炉1的第一、上部纵向部分8包括燃烧室45，通过所述燃烧室在竖炉1运行期间将诸如天然气的燃料供应至所述竖炉1。另外，在燃烧室45下端的高度处将围绕竖炉1的环状管线5布置在竖炉1的第一、上部纵向部分8的下部区域中，通过所述环状管线5将用于燃料燃烧和碳气化的氧气供应至竖炉1。在通过燃烧室45从第一、上部纵向部分8隔离出的环形井筒46上方还设置排放区域2，通过所述排放区域2向竖炉供应压碎的、用过的阴极槽与一种或多种添加剂的混合物，所述添加剂具体地并优选地为氧化钙。出于计量的目的，竖炉1的这种区域具有双钟闸47，所述双钟闸47的上部能够在竖直方向上发生位移，从而打开或关闭闸47。竖炉1在运行时，压碎的、用过的阴极槽和氧化钙的混合物因此通过双钟闸47从排放区域2传送入环形井筒46中，其中该混合物遇到已经加热的碳填充物。图7未描绘的竖炉的下部区域能够以图1至6所示的任一实施方案的方式进行构造。优选以在气体出口11处抽取温度约1200℃的反应气体的方式运行该实施方案中的竖炉1。作为上述步骤的可选步骤，还能够通过燃烧室45将燃料和氧化气体的混合物添加至竖炉1，并通过环状管线5引入水或蒸汽，所述水或蒸汽可能混合有氧气或空气。
图8介绍了图7描绘的实施方案的可选实施方案，其中竖炉1也燃烧化石燃料。作为图7的竖炉1中设置的燃烧室45的可选方案，图8的竖炉1并入燃料供应管线48以将燃料引入其第一、上部纵向部分的上部区域中，通过所述管线向竖炉1供应燃料，特别是天然气或燃料和氧化气体例如氧气或空气的混合物。如果通过燃料供应管线48仅将燃料进料至竖炉1，则通过环状管线5将氧化气体进料至竖炉1。特别地，如果通过燃料供应管线48将燃料和氧化气体的混合物进料至竖炉1，则可通过环状管线5将水或蒸汽进料至竖炉1，所述水或蒸汽可能与氧气或空气混合。利用排放区域2对竖炉1进行装料，出于计量的目的，所述排放区域可任选地具有如图1所示的配置的旋转阀。图8未显示的竖炉的下部区域能够正如同图1至6所示的任一实施方案的方式进行设计。
图9介绍了图7和图8描绘的实施方案的可选实施方案，其中竖炉1也燃烧化石燃料。作为图7所示的燃烧室45或图8所示的燃料供应管线48的可选方案，在图9的竖炉1的上部区域中设置了用于引入燃料的在竖炉1的纵向上延伸的喷枪19、19’，通过所述喷枪19、19’将氧气供应至竖炉1，以及喷枪49、49’，通过所述喷枪49、49’将燃料供应至竖炉1。这些喷枪均匀地同中心布置在竖炉1的纵轴周围。还设置环状管线5，通过所述环状管线5可向竖炉1供应氧气或空气和/或水/蒸汽。图9未显示的竖炉的下部区域能够如图1至6所描绘的任一实施方案的方式进行设计。
附图标记列表
1 竖炉
2 用于压碎的用过的阴极槽和可能的一种或多种添加剂的排放区域
3 旋转阀
4 井筒
5 环状管线
6 感应环
7 具有扩大的横断面的区域
8 第一（上部）纵向部分
9 第二（下部）纵向部分
10 环形空间
11 气体出口
12 碳柱/填充物
13 碳柱/填充物的沉降方向
14 喷嘴（一个或多个）
15 喷嘴（一个或多个）
16 用于排放煅烧产物的旋转阀
17 竖炉的下部区域
18 铁浴
19、19’ 用于引入氧气的喷枪
20 用于一氧化碳的气体出口
21 炉渣出口
22 炉渣出口
23 区域/熔化区域
24 急冷器
25 苛性碱液吸收器
26 气溶胶去雾器
27 旋转锥
28 用于蒸汽的管线
29 气体冷却器
30 用于分离出氟化钠的位置
31 用于抽取氟化铍的位置
32 下部井筒端
33 喷枪
34 喷枪的内部管道
35 喷枪的外部管道
36 排放区域
37 翻板
38 翻板的绕轴旋转位置
39 排放闸
40 振动板
41 螺旋传送器
42 排放闸
43 壁
44 壁
45 燃烧室
46 环形井筒
47 双钟闸
48 燃料供应管线
49、49’ 用于引入燃料的喷枪
α 自然卸料角

Claims (22)

1.一种对源自铝制造的用过的含碳阴极材料进行加工的方法，其中将所述阴极材料置于竖炉中，并为了将碳气化，使所述阴极材料在竖炉中在高于所述碳燃点并高于所述用过的阴极材料中含有的有毒物质的蒸发温度的温度下经历热处理，所述方法的特征在于如下事实：反应气体以与所述竖炉的第一纵向部分中的碳并流并与所述竖炉的第二纵向部分中的碳逆流的方式传导，且从所述纵向部分之间的具有扩大横断面的竖炉区域抽取所述反应气体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法用于对源自铝制造的用过的阴极槽进行加工。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在从所述竖炉抽取之后，使所述反应气体经历后处理。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，所述第一纵向部分的长度占所述竖炉总长度的40至80％。
5.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，所述第二纵向部分的长度占所述竖炉总长度的20至60％。
6.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，通过电感应将用于所述热处理的能量引入待再加工的碳中。
7.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，通过化石燃料燃烧对所述竖炉进行加热。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，利用位于所述第一纵向部分上部区域的燃烧室、注入所述第一纵向部分上部区域中的供应管线和/或一个或多个设置在所述第一纵向部分上部区域中的喷枪，将燃料或燃料和氧化气体的混合物引入所述竖炉中。
9.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，将氧气鼓入所述竖炉的所述第一和/或第二纵向部分中。
10.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，将水或蒸汽鼓入所述竖炉的所述第一和/或第二纵向部分中。
11.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，借助于喷枪将氧气和水/蒸汽鼓入所述竖炉中。
12.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，将未气化的碳溶于铁浴中。
13.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，在将用过的含碳阴极材料引入所述竖炉期间或之前，将添加剂并入所述用过的含碳阴极材料中，从而使得耐火材料成为炉渣。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述添加剂为钙化合物和/或镁化合物。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述添加剂为选自氧化钙、碳酸钙、氧化镁、碳酸镁的化合物和两种或更多种上述化合物的任意混合物。
16.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，所述阴极材料的碳被完全气化，并将剩余的煅烧产物排出。
17.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，通过添加碱性或酸性成分对所述竖炉中的碱度进行调节。
18.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，通过添加CaO或SiO2对所述竖炉中的碱度进行调节。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述碱性和酸性成分交替引入。
20.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，除了所述用过的阴极材料的碳之外，还引入未使用的石墨或焦炭。
21.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，在800℃至1200℃的温度下抽取所述反应气体并传送至后处理。
22.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，将从所述竖炉抽取的所述反应气体导入冷却的流化床反应器中，所述流化床反应器含有由氧化铝构成的粒子，且特征在于，从所述流化床反应器中抽取净化的废气。
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