CN106433850B - 一种用铝电解废旧阴极制备水泥窑燃料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用铝电解废旧阴极制备水泥窑燃料的方法，将废旧阴极破碎至3mm～10mm，启动真空泵，开启加热系统，当温度达到500℃～700℃时，保温0.5h～3h，然后停止加热，在坩埚内得到蒸馏残渣，在氟化物收集器中得到氟化物；将蒸馏残渣破碎，入球磨机湿磨，加入抑制剂水玻璃和捕收剂油酸进行调浆，入浮选机经过粗选、扫选和精选分别得到精矿和尾矿，过滤干燥后，精矿作为水泥窑燃料从热端加入，尾矿配入水泥窑生料从冷端加入。本发明解决了铝电解废旧阴极作为燃料直接添加在水泥回转窑中存在的设备腐蚀、降低水泥强度及添加量不能超过5％，废旧阴极从热端加入，其中氧化铝、硅酸盐与生料不能充分反应的问题。

Description

一种用铝电解废旧阴极制备水泥窑燃料的方法
技术领域
本发明属于水泥领域及废弃资源二次利用领域，尤其涉及一种用铝电解废旧阴极制备水泥窑燃料的方法。
背景技术
铝电解废旧阴极是铝电解槽大修产生的一种固体废弃物，其主要成分为碳、氟化物、氧化铝及硅酸盐。水泥回转窑进行熟料烧结过程中采铝电解废旧阴极替代部分煤作为燃料可以减少煤的消耗，同时其中氟化钠、冰晶石及氟化钙等氟化物可以降低烧成温度。
但是，直接添加废旧阴极作为燃料仍然存在以下问题：①氟化钠、冰晶石等氟化物含钠较高，容易对水泥质量造成影响，降低其强度；②氟化钠、冰晶石在700℃左右大量挥发、分解，对水泥回转窑内衬造成腐蚀；③基于问题①和②，废旧阴极作为燃料添加在水泥回转窑中，其添加量不能超过燃料总量的5％，使其在水泥烧结中的应用受到限制；④废旧阴极作为燃料，从热端加入，其中所含的氧化铝、硅酸盐与生料不能充分反应，不能成为熟料的有用成分。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用铝电解废旧阴极制备水泥窑燃料的方法，旨在解决铝电解废旧阴极作为燃料直接添加在水泥回转窑中存在的设备腐蚀、降低水泥强度及添加量不能超过5％，废旧阴极从热端加入，其中氧化铝、硅酸盐与生料不能充分反应等问题。
本发明是这样实现的，一种用铝电解废旧阴极制备水泥窑燃料的方法，包括以下步骤：
将铝电解废旧阴极破碎至3mm～10mm，装入真空蒸馏炉内坩埚中，坩埚上设有氟化物收集器，密封真空蒸馏炉后接通冷却水；
启动真空泵，使炉内压力降至1Pa～30Pa，开启加热系统进行加热，当温度达到500℃～700℃时，保温0.5h～3h，然后停止加热，真空炉自然冷却，冷却后在坩埚内得到蒸馏残渣，在氟化物收集器中得到氟化物；
将蒸馏残渣破碎至小于3mm，入球磨机湿磨至小于0.074mm，控制矿浆浓度为25％～35％，加入抑制剂水玻璃和捕收剂油酸进行调浆，入浮选机经过粗选、扫选和精选分别得到泡沫产品和尾矿。
进一步，铝电解废旧阴极应破碎至3mm～10mm，粒度小于3mm，在抽真空过程中容易发生喷料；粒度大于10mm，蒸馏过程中不利于氟化物挥发。
进一步，真空蒸馏过程中，温度控制在500℃～700℃之间，低于500℃不利于氟化钠和冰晶石的挥发，高于700℃不利于氟化钙保留在蒸馏残渣中。
进一步，得到泡沫产品和尾矿后对泡沫产品和尾矿分别进行过滤、干燥，获得精矿粉和尾矿粉；含碳量高的精矿粉用作水泥回转窑燃料；含氧化铝及硅酸盐的尾矿粉配入水泥烧结生料后，用作水泥回转窑燃料。
进一步，氟化物收集器内的氟化物成分为氟化钠和冰晶石。
进一步，所述蒸馏残渣的成分为碳、氧化铝、硅酸盐和氟化钙。
进一步，抑制剂水玻璃用量为2kg/t·蒸馏残渣～5kg/t·蒸馏残渣；捕收剂油酸用量为100g/t·蒸馏残渣～200g/t·蒸馏残渣。
进一步，所述含碳量高的精矿粉用作水泥回转窑燃料时，从水泥回转窑的热端加入；所述含氧化铝及硅酸盐的尾矿粉配入水泥烧结生料后，用作水泥回转窑燃料时从水泥回转窑的冷端加入。
本发明废旧阴极中的氟化钠和冰晶石通过真空蒸馏预先脱除，使废旧阴极中的钠含量降低至0.1wt％以下，不会对水泥强度造成影响；废旧阴极中的氟化钠和冰晶石通过真空蒸馏预先脱除，燃料中保留了不易挥发的氟化钙，可以降低烧成温度10～30℃，同时，不会因为氟化物挥发而对回转窑内衬造成腐蚀；通过浮选将蒸馏残渣中的碳、氟化钙与氧化铝、硅酸盐分离，解决了直接在热端添加废旧阴极，其中的氧化铝、硅酸盐与生料不能充分反应成为熟料有用成分的问题；通过本发明所制备的燃料在水泥烧结窑中的添加量不受5％的限制，可以100％替代煤；由于氟化钙不易挥发，且能够降低水泥窑烧成温度，因此，控制蒸馏温度在700℃以下，是为了最大限度地将氟化钙保留在蒸馏残渣中。烧成温度以油酸而非煤油、轻柴油等烃类油为捕收剂，是为了使氟化钙与碳一起进入到浮选精矿中。
本发明相对于直接在水泥回转窑中添加废旧阴极作为燃料，能够更显著地缓解煤炭资源日益枯竭的问题，通过真空蒸馏脱除含钠较高的氟化钠和冰晶石，解决了铝电解废旧阴极作为燃料直接添加在水泥回转窑中存在的设备腐蚀、降低水泥强度及添加量不能超过5％等问题，通过浮选将蒸馏残渣中的碳和氟化钙与氧化铝、硅酸盐分离，解决废旧阴极从热端加入，其中氧化铝、硅酸盐与生料不能充分反应的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的用铝电解废旧阴极制备水泥窑燃料的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的用铝电解废旧阴极制备水泥窑燃料的方法，包括以下步骤：
S101：将铝电解废旧阴极破碎至3mm～10mm，装入真空蒸馏炉内坩埚中，坩埚上设有氟化物收集器，密封真空蒸馏炉后接通冷却水。
S102：启动真空泵，使炉内压力降至1Pa～30Pa，开启加热系统进行加热，当温度达到500℃～700℃时，保温0.5h～3h，然后停止加热，真空炉自然冷却，冷却后在坩埚内得到蒸馏残渣，在氟化物收集器中得到氟化物。
S103：将蒸馏残渣破碎至3mm以下，入球磨机湿磨至0.074mm以下，控制矿浆浓度为25％～35％，加入抑制剂水玻璃和捕收剂油酸进行调浆，入浮选机经过粗选、扫选和精选分别得到泡沫产品和尾矿。
S104：对泡沫产品和尾矿分别进行过滤、干燥，获得精矿粉和尾矿粉，精矿粉含碳量高，可用作水泥回转窑燃料，尾矿粉中主要含氧化铝及硅酸盐，可配入水泥烧结生料，作为原料使用。
废旧阴极破碎粒度小于3mm，在真空炉抽真空过程中容易发生“喷料”，破碎粒度大于10mm，不利于氟化物挥发。
收集器内的氟化物主要成分为氟化钠和冰晶石。
蒸馏残渣的主要成分为碳、氧化铝、硅酸盐和氟化钙。
真空炉温度应控制在500～700℃，低于500℃，氟化钠和冰晶石不易挥发，超过700℃，废旧阴极中的氟化钙容易挥发，控制蒸馏温度在700℃以下，是为了最大限度地将氟化钙保留在蒸馏残渣中。氟化钙不易挥发，且能够降低烧成温度。
以油酸而非煤油、轻柴油等烃类油为捕收剂，是为了使氟化钙与碳一起进入到浮选精矿中。
水玻璃用量为2～5kg/t·蒸馏残渣，油酸用量为100～200g/t·蒸馏残渣。
精矿用作燃料，从水泥回转窑的热端加入，尾矿配入生料，从水泥回转窑的冷端加入。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
实施例1：
(1)取废旧阴极100kg，经检测，其中碳量为64.1wt％，NaF含量为6.45wt％，Na3AlF6含量为2.01wt％，含CaF2含量为2.17wt％，Al2O3含量为10.25wt％，SiO2含量为2.24wt％，钠含量为4.71wt％，将其破碎至3～10mm，装入真空蒸馏炉内坩埚中，坩埚上设有氟化物收集器，密封真空蒸馏炉后接通冷却水。
(2)启动真空泵，使炉内压力降至10Pa，开启加热系统进行加热，当温度达到600℃时，保温2h，然后停止加热，真空炉自然冷却，冷却后在坩埚内得到蒸馏残渣91.5kg，在氟化物收集器中得到氟化物8.5kg，其主要成分为氟化钠和冰晶石。
(3)将蒸馏残渣破碎至3mm以下，入球磨机湿磨至0.074mm以下，控制矿浆浓度为25％，加入水玻璃2.5kg/t·蒸馏残渣和油酸200g/t·蒸馏残渣，入浮选机经过粗选、扫选和精选分别得到泡沫产品和尾矿。
(4)对泡沫产品和尾矿分别进行过滤、干燥，得到精矿粉66.55kg，含碳量为91.5wt％，含氟化钙3.49wt％，钠含量降低至0.05wt％，可用作水泥回转窑燃料，得到尾矿粉24.95kg，主要含氧化铝及硅酸盐，可配入水泥烧结生料，作为原料使用。
(5)将精矿粉作为燃料，分别按照添加比例占燃料质量分数0％，30％，50％，80％，100％加入水泥回转窑，浮选尾矿粉按照质量分数为5％的比例加入生料，所得熟料性能检测如下表所示。由表中数据可知，水泥熟料性能不受浮选碳粉添加量的影响。由于燃料中氟化钙的存在，根据添加量不同，可以降低烧成温度10～30℃。
Figure BDA0001117880820000051
实施例2：
(1)取废旧阴极100kg，经检测，其中碳量为49.5wt％，NaF含量为7.22wt％，Na3AlF6含量为2.52wt％，含CaF2含量为2.5wt％，Al2O3含量为11.79wt％，SiO2含量为2.58wt％，钠含量为5.42wt％，将其破碎至3～10mm，装入真空蒸馏炉内坩埚中，坩埚上设有氟化物收集器，密封真空蒸馏炉后接通冷却水。
(2)启动真空泵，使炉内压力降至5Pa，开启加热系统进行加热，当温度达到550℃时，保温2h，然后停止加热，真空炉自然冷却，冷却后在坩埚内得到蒸馏残渣91.1kg，在氟化物收集器中得到氟化物9.9kg，其主要成分为氟化钠和冰晶石。
(3)将蒸馏残渣破碎至3mm以下，入球磨机湿磨至0.074mm以下，控制矿浆浓度为30％，加入水玻璃4kg/t·蒸馏残渣和油酸150g/t·蒸馏残渣，入浮选机经过粗选、扫选和精选分别得到泡沫产品和尾矿。
(4)对泡沫产品和尾矿分别进行过滤、干燥，得到精矿粉51.6kg，含碳量为92.1wt％，含氟化钙4.8wt％，钠含量降低至0.07wt％，可用作水泥回转窑燃料，得到尾矿粉39.5kg，主要含氧化铝及硅酸盐，可配入水泥烧结生料，作为原料使用。
Figure BDA0001117880820000061
实施例3：
(1)取废旧阴极100kg，经检测，其中碳量为37.5wt％，NaF含量为11.25wt％，Na3AlF6含量为3.41wt％，含CaF2含量为3.78wt％，Al2O3含量为17.84wt％，SiO2含量为3.9wt％，钠含量为8.2wt％，将其破碎至3～10mm，装入真空蒸馏炉内坩埚中，坩埚上设有氟化物收集器，密封真空蒸馏炉后接通冷却水。
(2)启动真空泵，使炉内压力降至10Pa，开启加热系统进行加热，当温度达到700℃时，保温1h，然后停止加热，真空炉自然冷却，冷却后在坩埚内得到蒸馏残渣85.2kg，在氟化物收集器中得到氟化物14.8kg，其主要成分为氟化钠和冰晶石。
(3)将蒸馏残渣破碎至3mm以下，入球磨机湿磨至0.074mm以下，控制矿浆浓度为33％，加入水玻璃5kg/t·蒸馏残渣和油酸100g/t·蒸馏残渣，入浮选机经过粗选、扫选和精选分别得到泡沫产品和尾矿。
(4)对泡沫产品和尾矿分别进行过滤、干燥，得到精矿粉40.73kg，含碳量为89.3wt％，含氟化钙9.1wt％，钠含量降低至0.08wt％，可用作水泥回转窑燃料，得到尾矿粉44.47kg，主要含氧化铝及硅酸盐，可配入水泥烧结生料，作为原料使用。
(5)将精矿粉作为燃料，分别按照添加比例占燃料质量分数0％，30％，50％，80％，100％加入水泥回转窑，浮选尾矿粉按照质量分数为10％的比例加入生料，所得熟料性能检测如下表所示。由表中数据可知，水泥熟料性能不受浮选碳粉添加量的影响。由于燃料中氟化钙的存在，根据添加量不同，降低烧成温度10～30℃。
Figure BDA0001117880820000071
本发明废旧阴极中的氟化钠和冰晶石通过真空蒸馏预先脱除，大大降低了燃料中的钠含量，不会对水泥强度造成影响；废旧阴极中的氟化钠和冰晶石通过真空蒸馏预先脱除，燃料中保留了不易挥发的氟化钙，可以降低烧成温度，同时，不会因为氟化物挥发而对回转窑内衬造成腐蚀；通过浮选将蒸馏残渣中的碳、氟化钙与氧化铝、硅酸盐分离，解决了直接在热端添加废旧阴极，其中的氧化铝、硅酸盐与生料不能充分反应成为熟料有用成分的问题；
通过本发明所制备的燃料在水泥烧结窑中的添加量不受限制，可以节约更多的煤资源。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用铝电解废旧阴极制备水泥窑燃料的方法，其特征在于，该用铝电解废旧阴极制备水泥窑燃料的方法包括以下步骤：
将铝电解废旧阴极破碎至3mm～10mm，装入真空蒸馏炉内坩埚中，坩埚上设有氟化物收集器，密封真空蒸馏炉后接通冷却水；
启动真空泵，使炉内压力降至1Pa～30Pa，开启加热系统进行加热，当温度达到500℃～700℃时，保温0.5h～3h，然后停止加热，真空炉自然冷却，冷却后在坩埚内得到蒸馏残渣，在氟化物收集器中得到氟化物；
将蒸馏残渣破碎至小于3mm，入球磨机湿磨至小于0.074mm，控制矿浆浓度为25％～35％，加入抑制剂水玻璃和捕收剂油酸进行调浆，入浮选机经过粗选、扫选和精选分别得到泡沫产品和尾矿；
铝电解废旧阴极应破碎至3mm～10mm，粒度小于3mm，在抽真空过程中容易发生喷料；粒度大于10mm，蒸馏过程中不利于氟化物挥发；
真空蒸馏过程中，温度控制在500℃～700℃之间，低于500℃不利于氟化钠和冰晶石的挥发，高于700℃不利于氟化钙保留在蒸馏残渣中；
得到泡沫产品和尾矿后分别进行过滤、干燥，获得精矿粉和尾矿粉；含碳量高的精矿粉用作水泥回转窑燃料；含氧化铝及硅酸盐的尾矿粉配入水泥烧结生料后，用作水泥回转窑原料；
氟化物收集器内的氟化物成分为氟化钠和冰晶石；
所述蒸馏残渣的成分为碳、氧化铝、硅酸盐和氟化钙。
2.如权利要求1所述的用铝电解废旧阴极制备水泥窑燃料的方法，其特征在于，抑制剂水玻璃用量为2kg/t·蒸馏残渣～5kg/t·蒸馏残渣；捕收剂油酸用量为100g/t·蒸馏残渣～200g/t·蒸馏残渣。
3.如权利要求1所述的用铝电解废旧阴极制备水泥窑燃料的方法，其特征在于，所述含碳量高的精矿粉用作水泥回转窑燃料时，从水泥回转窑的热端加入；所述含氧化铝及硅酸盐的尾矿粉配入水泥烧结生料后，用作水泥回转窑原料时从水泥回转窑的冷端加入。
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