CN105441979A - 利用铝电解废旧炭素阴极制备预焙阳极的方法 - Google Patents

Abstract

利用铝电解废旧炭素阴极制备预焙阳极的方法，是分离出铝电解废旧炭素阴极的内衬炭素材料并粗碎；将经粗碎后粒度小于70mm的炭素材料进行中碎，筛分出粒度不超过3mm的颗粒料；将铝电解后的残余阳极或阳极生产线焙烧后的废阳极粗碎得到粗残，将经粗碎后粒度小于70mm的粗残再进行中碎，筛分得到粒度不超过3mm的细残；将煅后石油焦粗焦、中焦、细焦、粉料、初残、细残、炭素材料进行配料，经预热后送入混捏机，再加入液体沥青混捏；混捏好的糊料经强力冷却后送入成型机，得到成型炭块后冷却；最后将成型炭块焙烧加热，至沥青转变为焦炭，形成牢固均匀的整体。本发明可对废旧炭素阴极进行无害化处理和资源化回收利用、制备工艺简单。

Description

利用铝电解废旧炭素阴极制备预焙阳极的方法

技术领域

本发明涉及铝电解废旧炭素阴极再利用技术领域，具体为采用铝电解废旧炭素阴极制备铝电解预焙阳极的方法。

背景技术

在铝电解生产过程中产生的废旧炭素阴极含有碳、氟化钠、冰晶石、氟化铝、氟化钙、氧化铝等物质，其中含碳量约60-80％、电解质(包括氟化盐和氧化铝)约为20-40％、氰化物约为0.2％。通常情况下，一个产量30万吨的电解铝厂，每年废旧阴极产生量达3000吨。如果不妥善处理，相当于每年丢弃600～1200吨电解质，丢弃能源材料阴极炭素1800～2400吨，同时有害氟化物和氰化物威胁着周围的生态环境安全，是电解铝厂造成环境污染的高风险因素。

废旧炭素阴极的综合利用国内外已有较多的文献报道，提出的主要方法有浮选、酸浸、碱浸或酸碱联合除灰及火法处理等，但以上方法只对废阴极炭块中的有害杂质进行分离，多集中在废阴极炭块的氟化盐提取技术领域。这些方法都是废旧炭素阴极的资源回收利用技术，处理工艺设备及处理方法复杂繁琐，投资成本高，目前国内很少见产业化应用的报道。直接利用废旧炭素阴极制备铝电解阳极炭块技术在国内外很少有报道，仅专利号为201110050389.7的中国专利公开了一种利用铝电解槽废旧阴极炭块生产铝用阳极的方法，此方法通过对废旧阴极进行破碎、磨粉、分离、干燥、配料等工序后，进入铝用阳极生产系统作为粉料进行配料生产预焙阳极，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。然而该方法提出的除灰步骤是采用浮选法、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，然后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。该方法虽然能达到阳极制备的要求，然而中间的除灰和干燥的操作需要浮选法、酸法、碱法、酸碱联合法等方法，无疑大幅度的加大的工艺难度，提高了制备成本，目前暂时未形成产业化应用。

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，提供一种可对废旧炭素阴极进行无害化处理和资源化回收利用、制备工艺简单、设备投入小的利用铝电解废旧炭素阴极制备预焙阳极的方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

利用铝电解废旧炭素阴极制备预焙阳极的方法，方法步骤如下：

(1)将铝电解废旧炭素阴极的内衬炭素材料、耐火材料及钢棒分离，并将炭素材料表面的铝电解质和其他杂质清理干净，用破碎机将炭素材料进行粗碎；

(2)将经粗碎后粒度小于70mm的炭素材料进行电磁除铁后用破碎机进行中碎，然后筛分出粒度不超过3mm的颗粒料，送入废旧阴极配料仓；

(3)将铝电解后的残余阳极或阳极生产线焙烧后的废阳极表面的铝电解质和其他杂质清理干净，用破碎机进行粗碎得到粗残，将经粗碎后粒度小于70mm的粗残再用破碎机进行中碎，筛分得到粒度不超过3mm的细残，并分别送入粗残配料仓和细残配料仓；

(4)将粗焦配料仓中粒度6～12mm的煅后石油焦粗焦、中焦配料仓中粒度3～6mm的煅后石油焦中焦、细焦配料仓中粒度不超过3mm的煅后石油焦细焦、粉料配料仓中低于200目的煅后石油焦粉料、粗残配料仓中粒度6～12mm的初残、细残配料仓中粒度3～6mm的细残、废旧阴极配料仓中粒度不超过3mm的炭素材料按工艺要求进行干料配料，经预热后送入混捏机，再加入液体沥青进行混捏；干料配料中，粗焦、中焦、细焦和粉料的总量占干料总重量的76～96％，粗残和细残的总量占干料总重量的0～20％，炭素材料配入量占干料总重量的4％；

(4)将混捏好的糊料经强力冷却后送入成型机，制做得到成型炭块，将成型炭块用冷却水冷却；

(5)将冷却后的成型炭块送入焙烧炉中加热，至其中的沥青转变为焦炭，使整个炭块形成牢固均匀的整体。

上述步骤(4)所述的干料配料中，粒度在6～12mm的干料占干料总重量的20±2％，粒度在3～6mm的干料占干料总重量的16±2％，粒度在0.5～3mm的干料占干料总重量的22±2％，粒度在0.075～0.5mm的干料占干料总重量的22±2％，-200目以下的粉料占干料总重量的20±2％。步骤(5)所述焙烧的升温速度按27h周期控制，焙烧终温为1170℃。所述沥青为改质沥青。

本发明与现有技术相比，具有下列有益效果：

(1)本发明有效解决了铝电解生产过程中含氟较高的危险固体废弃物回收处理的难题，是铝电解废旧炭素阴极无害化和资源化处理的理想选择。本发明工艺简单易操作，对废旧炭素阴极可直接回收利用，无需再做进一步的预处理，即可生产阳极炭块，可大幅度地降低废旧炭素阴极的处理成本。

(2)由于铝电解废旧阴极炭块在铝电解生产过程中已达到较高程度的石墨化，其比电阻、密度及强度指标均比煅后焦好，使制备得到的阳极材料无论是外观还是理化性能指标都大幅提升，电阻率降低1-2μΩ·m，体积密度增加0.01-0.02g/cm³，抗压强度提高1-1.5MPa。并大幅度的降低了阳极生产成本，沥青配入量较现有技术降低约0.5％。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

利用铝电解废旧炭素阴极制备预焙阳极的方法，方法步骤如下：

(1)将铝电解废旧炭素阴极的内衬炭素材料、耐火材料及钢棒分离，并将炭素材料表面的铝电解质和其他杂质清理干净，用破碎机将炭素材料进行粗碎；

(2)将经粗碎后粒度小于70mm的炭素材料输送至料仓，料仓下料后经电磁振动给料机及皮带输送机输送至电磁除铁器进行电磁除铁，然后用反击式破碎机进行中碎，中碎后经斗式提升机送至振动筛，筛分出粒度不超过3mm的颗粒料，通过电液三通阀选择进入废旧阴极配料仓；

(3)将铝电解后的残余阳极或阳极生产线焙烧后的废阳极(统称为残极)表面的铝电解质和其他杂质清理干净，用破碎机进行粗碎得到粗残，将经粗碎后粒度小于70mm的粗残再用破碎机进行中碎，筛分得到粒度不超过3mm的细残，并分别送入粗残配料仓和细残配料仓；

(4)煅后石油焦经过中砕筛分及球磨机磨粉后得到四种物料，即粗焦、中焦、细焦、粉料；将粗焦配料仓中粒度6～12mm的煅后石油焦粗焦、中焦配料仓中粒度3～6mm的煅后石油焦中焦、细焦配料仓中粒度不超过3mm的煅后石油焦细焦、粉料配料仓中低于200目的煅后石油焦粉料、粗残配料仓中粒度6～12mm的初残、细残配料仓中粒度3～6mm的细残、废旧阴极配料仓中粒度不超过3mm的炭素材料按工艺要求的配比进行干料配料，经配料秤称量后送入集合螺旋，经斗式提升机输送进入预热螺旋预热后进入混捏机，液体沥青计量后由沥青泵打入混捏机与干料进行混捏；所用沥青为改质沥青；干料配料中，粗焦、中焦、细焦和粉料的总量占干料总重量的76～96％，粗残和细残的总量占干料总重量的0～20％，炭素材料配入量占干料总重量的4％。整个干料配料中，粒度在6～12mm的干料占干料总重量的20±2％，粒度在3～6mm的干料占干料总重量的16±2％，粒度在0.5～3mm的干料占干料总重量的22±2％，粒度在0.075～0.5mm的干料占干料总重量的22±2％，200目以下的粉料占干料总重量的20±2％。合理的物料粒度组成决定着产品的质量好坏，在干料配方中，大颗粒起骨架支撑作用，中小粉料起填充空隙作用，此粒度范围通过合理的架构，形成堆积密度最大化，提高制品的密度、强度、抗氧化性能；

(4)将混捏好的糊料经强力冷却机冷却送入振动成型机，成型后的炭块经悬链输送进入冷却水池冷却，再由炭块输送机编组送至炭块仓库储存待用；

(5)将成型炭块在隔绝空气条件下，在焙烧炉中按一定的升温速度加热，至其中的沥青转变为焦炭，使整个炭块形成牢固均匀的整体。焙烧的升温速度按27h周期控制，6个炉室同时处在焙烧加热升温阶段，焙烧终温达到1170℃。

本发明工艺过程中所用设备如破碎机、筛分机、电磁除铁器、电磁振动给料机、集合螺旋，斗式提升机输送、预热螺旋、混捏机、强力冷却机、振动成型机、焙烧炉、各类输送机等均可采用现有技术设备，所述改质沥青可直接从市场购买。

Claims (4)

1.利用铝电解废旧炭素阴极制备预焙阳极的方法，其特征在于，方法步骤如下：

(1)将铝电解废旧炭素阴极的内衬炭素材料、耐火材料及钢棒分离，并将炭素材料表面的铝电解质和其他杂质清理干净，用破碎机将炭素材料进行粗碎；

(2)将经粗碎后粒度小于70mm的炭素材料进行电磁除铁后用破碎机进行中碎，然后筛分出粒度不超过3mm的颗粒料，送入废旧阴极配料仓；

(3)将铝电解后的残余阳极或阳极生产线焙烧后的废阳极表面的铝电解质和其他杂质清理干净，用破碎机进行粗碎得到粗残，将经粗碎后粒度小于70mm的粗残再用破碎机进行中碎，筛分得到粒度不超过3mm的细残，并分别送入粗残配料仓和细残配料仓；

(4)将粗焦配料仓中粒度6～12mm的煅后石油焦粗焦、中焦配料仓中粒度3～6mm的煅后石油焦中焦、细焦配料仓中粒度不超过3mm的煅后石油焦细焦、粉料配料仓中低于200目的煅后石油焦粉料、粗残配料仓中粒度6～12mm的初残、细残配料仓中粒度3～6mm的细残、废旧阴极配料仓中粒度不超过3mm的炭素材料按工艺要求进行干料配料，经预热后送入混捏机，再加入液体沥青进行混捏；干料配料中，粗焦、中焦、细焦和粉料的总量占干料总重量的76～96％，粗残和细残的总量占干料总重量的0～20％，炭素材料配入量占干料总重量的4％；

(4)将混捏好的糊料经强力冷却后送入成型机，制做得到成型炭块，将成型炭块用冷却水冷却；

(5)将冷却后的成型炭块送入焙烧炉中加热，至其中的沥青转变为焦炭，使整个炭块形成牢固均匀的整体。

2.根据权利要求1所述利用铝电解废旧炭素阴极制备预焙阳极的方法，其特征在于，步骤(4)所述的干料配料中，粒度在6～12mm的干料占干料总重量的20±2％，粒度在3～6mm的干料占干料总重量的16±2％，粒度在0.5～3mm的干料占干料总重量的22±2％，粒度在0.075～0.5mm的干料占干料总重量的22±2％，-200目以下的粉料占干料总重量的20±2％。

3.根据权利要求1或2所述利用铝电解废旧炭素阴极制备预焙阳极的方法，其特征在于，步骤(5)所述焙烧的升温速度按27h周期控制，焙烧终温为1170℃。

4.根据权利要求1或2所述利用铝电解废旧炭素阴极制备预焙阳极的方法，其特征在于，所述沥青为改质沥青。