CN105603216A - 铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置及其使用方法，属于冶金环保技术领域，装置包括炉体、炉体后端的低熔点物质结晶器和低熔点物质结晶器下方的液体低熔点物质集收器；炉体内的主料室用于放置作为电阻发热体的铝电解槽废阴极炭块碎块或石油焦；后端设有套筒与低熔点物质结晶器连通，低熔点物质结晶器底部通过阀门与液体集收器连通。使用方法主要为：主料室内放置电阻发热体；抽真空和通入冷却水；对电阻发热体通电加热；经真空高温分离后，停止抽真空和加热，充入氩气；加热使其低熔点物质结晶器凝结的物料熔化进入液体低熔点物质集收器。本发明的装置及方法操作简单，节省能源并降低污染。

Description

铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置及其使用方法

技术领域

本发明属于冶金环保技术领域，特别涉及一种铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置及其使用方法。

背景技术

金属铝是用冰晶石-氧化铝熔盐电解的方法生产的，在从原铝到原铝净化、制成金属锭和合金材料的整个生产过程中，产生如下几种废料：

1.在铝电解槽大修过程中产生的如下固体废料：(1)含钠和电解质的废阴极炭块；(2)含有渗透了电解质、金属钠与耐火材料反应生成硅铝酸钠的废耐火材料内衬；(3)含有电解质的氮化硅结合碳化硅的废阴极内衬；(4)阴极钢棒被铝侵蚀后生成的Fe-Al合金；

2.在铝电解生产过程中产生的含有电解质的阳极炭渣；

3.原铝净化、铸锭和合金材料制作过程中产生的铝灰渣。

这些铝工业中产生的固体废料，如果弃之，不仅对环境造成危害，而且也使这些废料中的许多有价值的资源被浪费，因此有许多研究者对其进行研究，提出了很多单项的处理这些废料的方法。最近我们的前一个专利“一种处理及回收铝电解固体废料的装置”（申请号2015105198314）发明了一种在同一炉内综合处理和回收铝电解固体废料的方法。

利用该专利技术可实现上述从原铝生产到铝的净化、铸造、合金材料制作全过程固体废料得到有效的分离和回收利用，但这一方法和装置也存在如下的缺点和不足：

1.该技术装置的真空电阻炉的整个上部结构的炉内壁、内衬没有保温措施，因此热损失较大，热效率低；

2.从废料分离回收处的金属钠或钠钾合金不容易从炉内取出，从钠结晶器上取下也很困难；

3.出炉时，碱金属钠或钠钾合金大面积暴露在空气中，碱金属钾钠非常容易被氧化，稍有不慎就可能引起氧化起火，且不容易被扑灭；

4.当从固体废料分离出来的碱金属为Na-K合金时，此钠钾合金在常温下就以液体形式存在，而这种液态的钠钾合金很难与结晶器剥离干净，即使是纯的金属钠在常温下也常以很软的状态与结晶器粘在一起。

石油焦是铝冶金工业铝电解炭阳极制造的基本原料和冶金工业制造石墨电极的基本原料，也就是说，冶金工业炼钢所用的石墨电极和铝电解所用炭阳极都是用石油焦制作的，石油焦的消耗量巨大。以铝电解为例，每电解生产一吨金属铝所消耗的炭阳极约在420~500kg，而消耗的石油焦约在600kg左右。一个年产量为50万吨的电解铝厂，其每年所消耗的石油焦约为30万吨左右。石油焦是石油冶炼后所剩渣油经焦化产生的，是石油冶炼工业的副产品，故称石油焦。

石油焦中硫含量变化范围较大，从低于0.5%到高于10%，主要取决于制作石油焦所用原料石油中的硫含量。石油焦按其含硫量大小划分可分为低硫焦和高硫焦，但高硫焦的划分没有统一的标准，一般把高于3%硫含量的石油焦认为是高硫焦，把低于1.5%硫含量的石油焦认为是低硫焦，把1.5~3.0%硫含量的石油焦认为是中硫焦。但硫含量低于1.5%的低硫焦量很少，市场上低硫焦越来越少，价格也很高，因此在我国电解铝厂目前只能将低硫焦与高硫焦进行混合配料使用，混合后的石油焦其硫含量在2~3%左右或以下，且有升高的趋势。在目前中等硫含量的范围内，似乎硫含量对铝电解阳极的质量没有什么太大的影响，但对电解铝厂和电极生产厂家来说，石油焦中硫对环境的影响是巨大的；以一个年产为50万吨的电解铝厂为例，若使用含硫量2%的石油焦制作生产出的炭阳极，则每年排放的由铝电解而产生的SO₂量为1万吨，而这些SO₂排放到大气中，与空气中的水分发生反应所生成的亚硫酸为1.2万吨，由此可见，石油焦中的硫对环境的影响是巨大的；然而到目前为止，还没有找到一种工业规模的石油焦脱硫的方法和技术。

目前，所有的关于石油焦的脱硫方法都是处于实验室研究阶段，在这些研究中，应该说高温脱硫是一种比较现实的脱硫方法；工业上无论是铝电解的炭阳极还是炼钢工业上用的石墨电极的制造，其所用石油焦都是经过1200~1250℃的温度煅烧的，在这样的煅烧温度下，不仅使石油焦的密度、强度和性能得到了提高，而且使石油焦中的硫含量降低20~25%，但更高的硫含量仍未得到有效的脱除，进一步提高温度，如提高到1500~1700℃，可以脱除石油焦中90%以上的硫，但如果将石油焦煅烧温度提高到1500~1700℃，不仅消耗很多的能量，而且装置设计也具有一定的难度，因此到目前为止，在工业上尚未开发出一种能在1500℃或1500℃以上的温度条件下进行高温脱硫的方法和装置。

发明内容

针对现有铝工业固体废料回收处理及石油焦高温脱硫存在的上述问题，本发明提供一种铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置及其使用方法，以铝工业固体废料当中的铝电解槽废阴极炭块的碎块料或石油焦作为电阻发热体，以耐火材料制成炉膛，在炉膛上方设置高熔点结晶室，在炉壳外设置低熔点物质结晶室和液体低熔点物质集收器，高熔点结晶室和低熔点物质结晶室分别与真空系统连接，通过高温真空分离回收的方式，达到高效分离铝工业固体废料的效果，或高效石油焦脱硫的效果。

本发明的铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置包括炉体、炉体后端的低熔点物质结晶器和低熔点物质结晶器下方的液体低熔点物质集收器；炉体外部为炉壳，炉壳上部的外壁上设有冷却水套，顶部设有与炉壳密封连接的炉盖，炉壳内设有保温材料层，保温材料层内设有槽型耐火材料墙体，槽型耐火材料墙体由四个侧墙板和一个底墙板构成；槽型耐火材料墙体内设有耐火混凝土内墙体；耐火混凝土内墙体由三个与底墙板垂直的内墙墙板构成，内墙墙板高度低于槽型耐火材料墙体高度，耐火混凝土内墙体与槽型耐火材料墙体靠近炉体前端的侧墙板的一部分围成一个长方体副料室，槽型耐火材料墙体内部的副料室以外的空间作为主料室；主料室用于放置作为电阻发热体的铝电解槽废阴极炭块的碎块料，或者用于放置作为电阻发热体的石油焦，所述的石油焦为生焦或煅后石油焦；主料室顶部设置有主料室上盖；耐火混凝土内墙体上设有通孔，耐火混凝土内墙体顶部还设有槽型开口，通孔和槽型开口将主料室和副料室连通；槽型耐火材料墙体靠近炉体前端的侧墙板上设有两个石墨电极，两个石墨电极位于副料室两侧，两个石墨电极的一端分别与一个金属电极装配在一起，金属电极密封固定在炉壳上，两个石墨电极的另一端与电阻发热体的两端连接；槽型耐火材料墙体顶部设置有预制板，预制板与炉盖之间设有耐火保温材料板；主料室上盖的上方和副料室的上方以及预制板下方空间作为高熔点物质结晶室；炉壳上设有带阀门的前端真空抽气管，前端真空抽气管位于两个石墨电极的上方，前端真空抽气管与保温材料层和槽型耐火材料墙体上的真空通道连通，真空通道与高熔点物质结晶室连通；槽型耐火材料墙体后端设有套筒，套筒与低熔点物质结晶器连通，低熔点物质结晶器底部通过阀门与液体低熔点物质集收器连通，液体低熔点物质集收器内设有抬包；低熔点物质结晶器设有带阀门的后端真空抽气管和氩气充气管。

上述的低熔点物质结晶器为卧式结构，或为竖式结构，外部交替缠绕有电阻丝加热装置和冷却水管；当低熔点物质结晶器为卧式结构时，其下部为倒置的锥形，倒置的锥形的底端连接一个集收管，该集收管通过阀门与液体低熔点物质集收器内部连通，低熔点物质结晶器远离炉体的一端设有端盖与低熔点物质结晶器密封连接；当低熔点物质结晶器为竖式结构时，低熔点物质结晶器由倾斜段与垂直段组成，倾斜段上方与套筒连通，倾斜段的下部连接一个集收管，该集收管通过阀门与液体低熔点物质集收器内部连通，垂直段的顶端设有端盖与低熔点物质结晶器密封连接。

上述装置中，低熔点物质结晶器内设有挡板，挡板上设有挡板通孔，后端真空抽气管和氩气充气管位于端盖和挡板之间。

上述装置中，液体低熔点物质集收器顶部设有集收器上盖，集收器上盖与液体低熔点物质集收器密封连接；集收器上盖与集收管固定在一起，集收管外交替缠绕有电阻丝和冷却水管。

本发明的铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置的使用方法，其中铝工业固体废料回收方法按以下步骤进行：

1、将铝电解槽废阴极炭块的碎块料置于主料室内作为电阻发热体；所述的铝电解槽废阴极炭块的碎块料的粒径≤8cm；

2、将阳极炭渣，或粒径≤8cm的废耐火材料内衬碎块，或废耐火材料内衬碎块磨细后与铝灰混合后压制形成的压团料，或废耐火材料内衬碎块磨细后与粒度小于100目的Fe-Al合金粉混合后压制形成的压团料，或粒径≤8cm的废氮化硅结合的碳化硅料块放置在副料室内；

3、在高熔点物质结晶室内放置或不放置栅格板，栅格板作为辅助结晶器增加结晶面积；

4、通过前端真空抽气管对炉体内抽真空至气压≤80Pa；

5、向冷却水套内通入冷却水，同时通过冷却水系统对金属电极进行冷却，通过冷却水系统对低熔点物质结晶器进行冷却；

6、通过两个金属电极以及石墨电极施加直流电，对电阻发热体通电加热；当电阻发热体温度达到500±10℃时，封闭前端真空抽气管，同时打开后端真空抽气管，对炉体抽真空至气压≤80Pa；继续对电阻发热体加热，并控制副料室内的温度在1100±30℃；

7、电阻发热体中的碱金属全部进入低熔点物质结晶室后，停止抽真空和加热，通过氩气充气管向炉体内充入氩气；

8、停止对低熔点物质结晶器冷却，对低熔点物质结晶器加热使其内壁上的凝结的物料熔化，并进入液体低熔点物质集收器内的抬包中。

上述的铝工业固体废料回收方法中，步骤7中且当炉体内温度降至700℃以下时，将高熔点物质结晶室内凝结的物料取出。

上述的铝工业固体废料回收方法中，低熔点物质结晶室内凝结的物料为碱金属或碱金属合金，碱金属合金为钠钾合金、含有金属锂的钠或含有锂的钠钾合金，高熔点物质结晶室内凝结的物料为氟化盐电解质。

上述的铝工业固体废料回收方法中，步骤8中对低熔点物质结晶器加热使其内壁上的凝结的物料熔化，控制低熔点物质结晶器内的温度高于低熔点物质的熔点30~100℃，所述的低熔点物质为碱金属或碱金属合金。

上述的铝工业固体废料回收方法中，步骤2中废耐火材料内衬碎块磨细后与铝灰混合后压制形成的压团料，或废耐火材料内衬碎块磨细后与粒度小于100目的Fe-Al合金粉混合后压制形成的压团料，其中废耐火材料内衬碎块与铝灰或Fe-Al合金粉配料所根据的化学反应式为：

3Na₂O+2Al=6Na+Al₂O₃

3K₂O+2Al=6K+Al₂O₃

其中的Al为铝灰中的Al或Fe-Al合金粉中的Al，Na₂O和K₂O为废耐火材料内衬碎块中的Na₂O和K₂O。

本发明的铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置的使用方法，其中石油焦高温脱硫的方法按以下步骤进行：

1、将石油焦置于主料室内作为电阻发热体；所述的石油焦的粒径≤8cm；

2、当采用生焦作为电阻发热体时，通过前端真空抽气管对炉体内抽真空至气压≤80Pa；当采用煅后石油焦作为电阻发热体时，通过后端真空抽气管对炉体内抽真空至气压≤80Pa；

3、向冷却水套内通入冷却水，同时通过冷却水系统对金属电极进行冷却，通过冷却水系统对低熔点物质结晶器进行冷却；

4、通过两个金属电极以及石墨电极施加直流电，对电阻发热体通电加热；当采用生焦作为电阻发热体时，且当电阻发热体的温度达到700~900℃时，关闭前端真空抽气管，通过后端真空抽气管对炉体内抽真空，至气压≤80Pa；

5、当电阻发热体温度达到1500~1700℃时，停止抽真空和加热，通过氩气充气管向炉体内充入氩气；

6、停止对低熔点物质结晶器冷却，对低熔点物质结晶器加热使其内壁上的凝结的单质硫熔化，并进入液体低熔点物质集收器内的抬包中。

上述的石油焦高温脱硫的方法中，步骤6中对低熔点物质结晶器加热使其内壁上的凝结的物料熔化，控制低熔点物质结晶器内的温度高于低熔点物质的熔点30~100℃，所述的低熔点物质为单质硫。

上述两种方法中，通过低熔点物质结晶器外的冷却水管对低熔点物质结晶器进行冷却，通过低熔点物质结晶器外的电阻丝加热装置对低熔点物质结晶器进行加热。

本发明的方法采用铝电解槽废阴极炭块的碎块料作为电阻发热体时，所处理的铝电解槽废阴极炭块中含有CaF₂，熔点为1402℃，从废阴极炭块中分离出CaF₂需要高于CaF₂的熔点；如果不需要从废阴极炭块中分离出CaF₂，以及副料室不放置除废阴极炭块的其他铝工业固体废料时，电阻发热体的温度控制在1100~1200℃温度之间。

上述两种方法中，金属电极内设置有冷却水腔，通过向冷却水腔内通入冷却水对金属电极进行冷却。

上述的石油焦高温脱硫的方法中，石油焦的脱硫率≥90%。

上述的石油焦高温脱硫的方法中，当炉体内的温度降至700℃以下时，停止通入氩气，从主料室中取出脱硫后的石油焦。

上述两种方法中，当采用铝电解槽废阴极炭块的碎块料作为电阻发热体时，高熔点物质在高熔点物质结晶室内凝结，低熔点物质在低熔点物质结晶室凝结；当采用生石油焦作为电阻发热体时，挥发分从前端真空管道中排出并收集，气态单质硫进入低熔点物质结晶室，并在低熔点物质结晶器上凝结。

本发明的装置及方法可实现工业铝电解槽废阴极炭块中的炭、碱金属和电解质的彻底分离，以及电解槽内衬耐火材料中电解质、碱金属与耐火材料组分的彻底分离，以及阳极炭渣中电解质和炭的分离，也使铝灰和被铝熔化的阴极钢棒所形成的Al-Fe合金中的铝得到有效利用，并使分离出来的碱金属得到很好的回收；整个过程无废渣、废气、废水产生，是一种节能环保的铝电解固体废料处理装置，非常适合在工业上大规模推广应用。

本发明的装置及方法可实现石油焦脱硫率达到90%以上，不仅可以减少冶金工业石油焦中的硫对环境的污染，并可有效回收石油焦中的硫；此外，石油焦高温脱硫后可减少石墨电极在石墨化过程中由硫引起的晶胀，这不仅可提高电极石墨化过程中的升温速度，而且可提高石墨电极的成品率，从而大大地降低石墨电极石墨化过程中的电能消耗。

附图说明

图1为本发明实施例中的低熔点物质结晶器为卧式结构的铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置结构示意图；

图2为图1的B-B面的剖视图；

图3为图1的C-C面的剖视图；

图4为图1的D-D面的剖视图；

图5为本发明实施例中的低熔点物质结晶器为竖式结构的铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置结构示意图；

图中，1、炉壳，2、保温材料层，3、槽型耐火材料墙体，4、炉盖，5、耐火保温材料板，6、预制板，7、耐火混凝土内墙体，8、通孔，9、槽型开口，10、石墨电极，11、金属电极，12、冷却水腔，13、密封装置，14、主料室，15、主料室上盖，16、副料室，17、前端真空抽气管，18、前端真空阀，19、前端真空压力表，20、高熔点物质结晶室，21、套筒，22、挡板，23、低熔点物质结晶器，24、端盖，25、后端真空抽气管，26、后端真空阀，27、氩气充气管，28、冷却水管，29、电阻丝，30、液体低熔点物质集收器，31、放料阀，32、集收器上盖，33、真空密封垫，34、冷却水套，35、抬包，36、炉壳上部法兰，37、后端真空压力表。

具体实施方式

本发明实施例中冷却水管与低熔点物质结晶器焊接固定在一起。

本发明实施例中槽型耐火材料墙体和耐火混凝土内墙体的材质为耐火材料。

本发明实施例中的套筒、低熔点物质结晶器、液体低熔点物质集收器、挡板和抬包的材质为不锈钢。

本发明实施例中金属电极的材质为铜。

本发明实施例中炉壳和炉盖的材质为钢质材料。

本发明实施例中的主料室上盖和预制板的材质为耐火混凝土预制板材料。

实施例1

铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置结构如图1所示，B-B面的剖视图如图2所示，C-C面的剖视图如图3所示，D-D面的剖视图如图4所示，包括炉体、低熔点物质结晶器23和液体低熔点物质集收器30；炉体外部为炉壳1，炉壳1上部的外壁上设有冷却水套34，顶部设有与炉壳1密封连接的炉盖4，炉壳1内设有保温材料层2，保温材料层2内设有槽型耐火材料墙体3，槽型耐火材料墙体3由四个侧墙板和一个底墙板构成；槽型耐火材料墙体3内设有耐火混凝土内墙体7；耐火混凝土内墙体7由三个与底墙板垂直的内墙墙板构成，耐火混凝土内墙体7与槽型耐火材料墙体3的靠近炉体前端的侧墙板的一部分围成一个长方体副料室16，槽型耐火材料墙体3内部的副料室16以外的空间作为主料室14；

主料室14用于放置作为电阻发热体的铝电解槽废阴极炭块的碎块料；主料室14顶部设置有主料室上盖15；耐火混凝土内墙体7上设有通孔8，耐火混凝土内墙体顶部还设有槽型开口9，通孔8和槽型开口9将主料室14和副料室16连通；

槽型耐火材料墙体3靠近炉体前端的侧墙板上设有两个石墨电极10，两个石墨电极10位于副料室16两侧，两个石墨电极10的一端分别与一个金属电极11装配在一起，金属电极11通过密封装置13密封固定在炉壳1上，两个石墨电极10的另一端与电阻发热体的两端连接；槽型耐火材料墙体3顶部设置有预制板6，预制板6与炉盖4之间设有耐火保温材料板5；

主料室上盖15和副料室16上方的以及预制板6下方空间作为高熔点物质结晶室20；炉壳1上设有带阀门（前端真空阀18）的前端真空抽气管17，前端真空抽气管17位于两个石墨电极10的上方，前端真空抽气管17与设置在保温材料层2和槽型耐火材料墙体3上的真空通道连通，真空通道与高熔点物质结晶室20连通；

槽型耐火材料墙体3后端设有套筒21，套筒21与低熔点物质结晶器23连通，低熔点物质结晶器23底部通过放料阀31与液体低熔点物质集收器30连通，液体低熔点物质集收器30内设有抬包35；低熔点物质结晶器23设有带阀门（后端真空阀26）的后端真空抽气管25和氩气充气管27；

低熔点物质结晶器23为卧式结构，外部交替缠绕有电阻丝29和冷却水管28；低熔点物质结晶器23下部为倒置的锥形结构，倒置的锥形的底端连接一个集收管，该集收管通过阀门（放料阀31）与液体低熔点物质集收器30内部连通，低熔点物质结晶器23远离炉体的一端设有端盖24与低熔点物质结晶器23密封连接；

低熔点物质结晶器23内设有挡板22，挡板22上设有挡板通孔，后端真空抽气管25和氩气充气管27位于端盖24和挡板22之间；

液体低熔点物质集收器30顶部设有集收器上盖32，集收器上盖32与液体低熔点物质集收器30密封连接；集收器上盖32与集收管固定在一起，集收管外交替缠绕有电阻丝29和冷却水管28；

使用方法为：

将铝电解槽阴极炭块的碎块料置于主料室内作为电阻发热体；所述的铝电解槽废阴极炭块的碎块料的粒径≤8cm；

将阳极炭渣放置在副料室内；

在高熔点物质结晶室内放置或不放置栅格板，栅格板作为辅助结晶器增加结晶面积；

通过前端真空抽气管对炉体内抽真空至气压≤80Pa；

向冷却水套内通入冷却水，同时通过冷却水系统对金属电极进行冷却，通过冷却水系统对低熔点物质结晶器进行冷却；

通过两个金属电极以及石墨电极施加直流电，对电阻发热体通电加热；当电阻发热体温度达到500±10℃时，封闭后端真空抽气管，同时打开前端真空抽气管，对炉体抽真空至气压≤80Pa；继续对电阻发热体加热，并控制副料室内的温度在1100±30℃；

待电阻发热体中的碱金属全部进入低熔点物质结晶室后，停止抽真空和加热，通过氩气充气管向炉体内充入氩气；

停止对低熔点物质结晶器冷却，对低熔点物质结晶器加热使其内壁上的凝结的物料熔化，并进入液体低熔点物质集收器内的抬包中；

当炉体内温度降至700℃以下时，将高熔点物质结晶室内凝结的物料取出；

低熔点物质结晶室内凝结的物料为碱金属或碱金属合金，碱金属合金为钠钾合金、含有金属锂的钠或含有锂的钠钾合金，高熔点物质结晶室内凝结的物料为氟化盐电解质。

实施例2

装置结构如图5所示，炉体及液体低熔点物质结晶器同实施例1，不同点在于：

主料室用于放置生焦；

低熔点物质结晶器23为竖式结构，由倾斜段与垂直段组成，低熔点物质结晶器23由倾斜段与垂直段组成，倾斜段上方与套筒连通，倾斜段的下部连接一个集收管，该集收管通过阀门（放料阀31）与液体低熔点物质集收器30内部连通，垂直段的顶端设有端盖24与低熔点物质结晶器23密封连接；

方法同实施例1，不同点在于：

（1）将生焦置于主料室内作为电阻发热体；所述的生焦的粒径≤8cm；

（2）副料室内不放置物料；

（3）高熔点物质结晶室内不放置栅格板；

（4）通过前端真空抽气管对炉体内抽真空至气压≤80Pa；

（5）当电阻发热体的温度达到700~900℃时，关闭前端真空抽气管，通过后端真空抽气管对炉体内抽真空，至气压≤80Pa；

（6）当电阻发热体温度达到1500~1700℃时，停止抽真空和加热，通过氩气充气管向炉体内充入氩气；当炉体内的温度降至700℃以下时，停止通入氩气，从主料室中取出脱硫后的石油焦；

（7）对低熔点物质结晶器加热使其内壁上的凝结的物料（单质硫）熔化，控制低熔点物质结晶器内的温度高于单质硫的熔点30~100℃；石油焦的脱硫率92.5%。

实施例3

装置结构同实施例1，其中主料室用于放置煅后石油焦；

方法同实施例2，不同点在于：

（1）将煅后石油焦置于主料室内作为电阻发热体；所述的煅后石油焦的粒径≤8cm；

（2）不开启前端真空抽气管，通过后端真空抽气管对炉体内抽真空至气压≤80Pa；石油焦的脱硫率91.4%。

实施例4

装置结构同实施例1；

方法同实施例1，不同点在于：

当采用铝电解槽废阴极炭块的碎块料作为电阻发热体时，将粒径≤8cm的废耐火材料内衬碎块放置在副料室内。

实施例5

装置结构同实施例1：

方法同实施例4，不同点在于：

当采用铝电解槽废阴极炭块的碎块料作为电阻发热体时，将废耐火材料内衬碎块磨细后与铝灰混合后压制形成的压团料放置在副料室内；废耐火材料内衬碎块与铝灰配料所根据的化学反应式为：

3Na₂O+2Al=6Na+Al₂O₃

3K₂O+2Al=6K+Al₂O₃

其中的Al为铝灰中的Al中的Al，Na₂O和K₂O为废耐火材料内衬碎块中的Na₂O和K₂O。

实施例6

装置结构同实施例2，其中主料室用于放置铝电解槽废阴极炭块的碎块料；

方法同实施例4，不同点在于：

当采用铝电解槽废阴极炭块的碎块料作为电阻发热体时，将废耐火材料内衬碎块磨细后与粒度小于100目的Fe-Al合金粉混合后压制形成的压团料放置在副料室内；废耐火材料内衬碎块与Fe-Al合金粉配料所根据的化学反应式为：

3Na₂O+2Al=6Na+Al₂O₃

3K₂O+2Al=6K+Al₂O₃

其中的Al为Fe-Al合金粉中的Al，Na₂O和K₂O为废耐火材料内衬碎块中的Na₂O和K₂O。

实施例7

装置结构同实施例1：

方法同实施例4，不同点在于：

当采用铝电解槽废阴极炭块的碎块料作为电阻发热体时，将粒径≤8cm的粘有电解质的废氮化硅结合的碳化硅料块放置在副料室内。

Claims (13)

1.一种铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置，其特征在于该装置包括炉体、炉体后端的低熔点物质结晶器和低熔点物质结晶器下方的液体低熔点物质集收器；炉体外部为炉壳，炉壳上部的外壁上设有冷却水套，顶部设有与炉壳密封连接的炉盖，炉壳内设有保温材料层，保温材料层内设有槽型耐火材料墙体，槽型耐火材料墙体由四个侧墙板和一个底墙板构成；槽型耐火材料墙体内设有耐火混凝土内墙体；耐火混凝土内墙体由三个与底墙板垂直的内墙墙板构成，内墙墙板高度低于槽型耐火材料墙体高度，耐火混凝土内墙体与槽型耐火材料墙体靠近炉体前端的侧墙板的一部分围成一个长方体副料室，槽型耐火材料墙体内部的副料室以外的空间作为主料室；主料室用于放置作为电阻发热体的铝电解槽废阴极炭块的碎块料，或者用于放置作为电阻发热体的石油焦，所述的石油焦为生焦或煅后石油焦；主料室顶部设置有主料室上盖；耐火混凝土内墙体上设有通孔，耐火混凝土内墙体顶部还设有槽型开口，通孔和槽型开口将主料室和副料室连通；槽型耐火材料墙体靠近炉体前端的侧墙板上设有两个石墨电极，两个石墨电极位于副料室两侧，两个石墨电极的一端分别与一个金属电极装配在一起，金属电极密封固定在炉壳上，两个石墨电极的另一端与电阻发热体的两端连接；槽型耐火材料墙体顶部设置有预制板，预制板与炉盖之间设有耐火保温材料板；主料室上盖的上方和副料室上方以及预制板下方空间作为高熔点物质结晶室；炉壳上设有带阀门的前端真空抽气管，前端真空抽气管位于两个石墨电极的上方，前端真空抽气管与保温材料层和槽型耐火材料墙体上的真空通道连通，真空通道与高熔点物质结晶室连通；槽型耐火材料墙体后端设有套筒，套筒与低熔点物质结晶器连通，低熔点物质结晶器底部通过阀门与液体低熔点物质集收器连通，液体低熔点物质集收器内设有抬包；低熔点物质结晶器设有带阀门的后端真空抽气管和氩气充气管。

2.根据权利要求1所述的铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置，其特征在于所述的低熔点物质结晶器为卧式结构，或为竖式结构，外部交替缠绕有电阻丝加热装置和冷却水管；当低熔点物质结晶器为卧式结构时，其下部为倒置的锥形，倒置的锥形的底端连接一个集收管，该集收管通过阀门与液体低熔点物质集收器内部连通，低熔点物质结晶器远离炉体的一端设有端盖与低熔点物质结晶器密封连接；当低熔点物质结晶器为竖式结构时，低熔点物质结晶器由倾斜段与垂直段组成，倾斜段上方与套筒连通，倾斜段下方与垂直段的下部连通，倾斜段的下部连接一个集收管，该集收管通过阀门与液体低熔点物质集收器内部连通，垂直段的顶端设有端盖与低熔点物质结晶器密封连接。

3.根据权利要求1所述的铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置，其特征在于所述的低熔点物质结晶器内设有挡板，挡板上设有挡板通孔，后端真空抽气管和氩气充气管位于端盖和挡板之间。

4.根据权利要求2所述的铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置，其特征在于所述的液体低熔点物质集收器顶部设有集收器上盖，集收器上盖与液体低熔点物质集收器密封连接；集收器上盖与集收管固定在一起，集收管外交替缠绕有电阻丝和冷却水管。

5.一种权利要求1所述的铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置的使用方法，其特征在于铝工业固体废料回收方法按以下步骤进行：

（1）将铝电解槽废阴极炭块的碎块料置于主料室内作为电阻发热体；所述的铝电解槽废阴极炭块的碎块料的粒径≤8cm；

（2）将阳极炭渣，或粒径≤8cm的废耐火材料内衬碎块，或废耐火材料内衬碎块磨细后与铝灰混合后压制形成的压团料，或废耐火材料内衬碎块磨细后与粒度小于100目的Fe-Al合金粉混合后压制形成的压团料，或粒径≤8cm的废氮化硅结合的碳化硅料块放置在副料室内；

（3）在高熔点物质结晶室内放置或不放置栅格板，栅格板作为辅助结晶器增加结晶面积；

（4）通过前端真空抽气管对炉体内抽真空至气压≤80Pa；

（5）向冷却水套内通入冷却水，同时通过冷却水系统对金属电极进行冷却，通过冷却水系统对低熔点物质结晶器进行冷却；

（6）通过两个金属电极以及石墨电极施加直流电，对电阻发热体通电加热；当电阻发热体温度达到500±10℃时，封闭前端真空抽气管，同时打开后端真空抽气管，对炉体抽真空至气压≤80Pa；继续对电阻发热体加热，并控制副料室内的温度在1100±30℃；

（7）电阻发热体中的碱金属全部进入低熔点物质结晶室后，停止抽真空和加热，通过氩气充气管向炉体内充入氩气；

（8）停止对低熔点物质结晶器冷却，对低熔点物质结晶器加热使其内壁上的凝结的物料熔化，并进入液体低熔点物质集收器内的抬包中。

6.一种权利要求1所述的铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置的使用方法，其特征在于石油焦高温脱硫的方法按以下步骤进行：

（1）将石油焦置于主料室内作为电阻发热体；所述的石油焦的粒径≤8cm；

（2）当采用生焦作为电阻发热体时，通过前端真空抽气管对炉体内抽真空至气压≤80Pa；当采用煅后石油焦作为电阻发热体时，通过后端真空抽气管对炉体内抽真空至气压≤80Pa；

（3）向冷却水套内通入冷却水，同时通过冷却水系统对金属电极进行冷却，通过冷却水系统对低熔点物质结晶器进行冷却；

（4）通过两个金属电极以及石墨电极施加直流电，对电阻发热体通电加热；当采用生焦作为电阻发热体时，且当电阻发热体的温度达到700~900℃时，关闭前端真空抽气管，通过后端真空抽气管对炉体内抽真空，至气压≤80Pa；

（5）当电阻发热体温度达到1500~1700℃时，停止抽真空和加热，通过氩气充气管向炉体内充入氩气；

（6）停止对低熔点物质结晶器冷却，对低熔点物质结晶器加热使其内壁上的凝结的单质硫熔化，并进入液体低熔点物质集收器内的抬包中。

7.根据权利要求5所述的铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置的使用方法，其特征在于步骤（7）中且当炉体内温度降至700℃以下时，将高熔点物质结晶室内凝结的物料取出。

8.根据权利要求5所述的铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置的使用方法，其特征在于低熔点物质结晶室内凝结的物料为碱金属或碱金属合金，碱金属合金为钠钾合金、含有金属锂的钠或含有锂的钠钾合金，高熔点物质结晶室内凝结的物料为氟化盐电解质。

9.根据权利要求5或6所述的铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置的使用方法，其特征在于通过低熔点物质结晶器外的冷却水管对低熔点物质结晶器进行冷却，通过低熔点物质结晶器外的电阻丝加热装置对低熔点物质结晶器进行加热。

10.根据权利要求5所述的铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置的使用方法，其特征在于步骤（2）中废耐火材料内衬碎块磨细后与铝灰混合后压制形成的压团料，或废耐火材料内衬碎块磨细后与粒度小于100目的Fe-Al合金粉混合后压制形成的压团料，其中废耐火材料内衬碎块与铝灰或Fe-Al合金粉配料所根据的化学反应式为：

3Na₂O+2Al=6Na+Al₂O₃

3K₂O+2Al=6K+Al₂O₃

其中的Al为铝灰中的Al或Fe-Al合金粉中的Al，Na₂O和K₂O为废耐火材料内衬碎块中的Na₂O和K₂O。

11.根据权利要求6所述的铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置的使用方法，其特征在于步骤（6）中对低熔点物质结晶器加热使其内壁上的凝结的物料熔化，控制低熔点物质结晶器内的温度高于低熔点物质的熔点30~100℃，所述的低熔点物质为单质硫。

12.根据权利要求5所述的铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置的使用方法，其特征在于步骤（8）中对低熔点物质结晶器加热使其内壁上的凝结的物料熔化，控制低熔点物质结晶器内的温度高于低熔点物质的熔点30~100℃，所述的低熔点物质为碱金属或碱金属合金。

13.根据权利要求6所述的铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置的使用方法，其特征在于石油焦的脱硫率≥90%。