CN107285354A - 铝业炭质危废低温熔融渗透连续分离方法及所得产品 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种铝业炭质危废低温熔融渗透连续分离方法及所得产品，包括步骤：S1：铝业炭质危废经过破碎除铁预处理；S2：对预处理后的炭质危废在1050～1200℃下进行低温电煅，使氟化盐熔融成液态并被渗透分离；S3:剩余的低氟碳粒经渗透除杂后进入高温电煅炉，经高温电煅后得到高纯碳素产品。本发明还提出一种铝业炭质危废低温熔融渗透连续分离系统。本发明提供的铝业炭质危废低温熔融渗透连续分离方法，适用于铝工业含氟化盐阳极残极、阳极碳渣和废阴极三种危废的无害化处置及资源化利用，投资少，效率高；本发明连续式低温熔融渗透除杂分离方法回收的氟化盐产品高白、高纯，各项性能指标达到国标二级品以上要求。

Description

铝业炭质危废低温熔融渗透连续分离方法及所得产品
技术领域
本发明属于固废处理技术领域，具体涉及一种铝电解含氟炭质固废的无害化处理与资源化利用的方法及系统。
背景技术
铝工业含氟化盐的阳极残极和废阴极约含30％的氟化盐，阳极碳渣约含70％的氟化盐，此外还含有0.01％～0.1％的氰化钠，属于危险固废，若处置不当，将给环境、空气、土壤或地下水带来严重污染，直接严重危害人体的健康；此外，这三种危险固废除含少量的氮化铝和少量的铁、铝、钙、镁的氧化物或硅铝酸盐杂质外，其余均为氟化盐和碳素，具有很高的资源化利用价值。近几年来，众多科研单位、企业及研究人员对铝工业炭质危险固废开展了许多无害化和资源化的研究，归纳起来主要有以下方法：
1、浮选法处置阳极碳渣：即通过破碎除铁-研磨除铁-捕收剂起泡剂浮选机的浮选方法使得炭与氟化盐、杂质分离；此法应用已久，其优点是投资少，工艺安全；缺点是选出来的氟化盐电解质品质不够理想，含杂含细碳粉较高，不能单独直接回用到电解铝的生产工艺，而且选出的碳粉中含有16％以上的氟化盐，仍属于危险固废；
2、燃烧法处置阳极碳渣或废阴极：把阳极碳渣或废阴极置于炉内燃烧，炭被烧掉，留下氟化盐等不燃物。此法的优点是无二次炭质危险固废产生；其缺点是所得氟化盐电解质与杂质共存，其纯度及白度均不高，不能直接回用到电解铝生产工艺；此外，燃烧炭时，除了存有大量CO2排空问题之外、还有一定量的CO、NOx及气态氟化盐或氟化盐固体微粒等有害物排空，无害化处置及资源化利用均不到位，并且有悖于节能减排、环境保护的国策；
3、熔炼法处置阳极碳渣：把阳极碳渣置于容器中加热熔炼，氟化盐和杂质融化留在容器的下部，炭飘浮到氟化盐和杂质熔融液的上面，将炭扒走，再将氟化盐和杂质熔融液倒出或排放出来，冷却收集；该法不足之处有两点：一是收集的氟化盐与杂质共存、白度及纯度均不高，不能单独直接回用到铝电解生产工艺；二是扒出来的炭中仍含15％左右的氟化盐，所得的炭仍为危险固废；
4、研磨-水浸-浮选-滤液蒸发结晶、或酸浸处置电解铝废阴极，该法的优点是水浸滤液蒸发结晶工艺所得氟化钠纯度较高；缺点是废阴极中的氟化铝及冰晶石不能被浸出回收，与碳共存，氟化钠也浸出不完全，碳产品仍属于危险固废，此外蒸发结晶系统投资大、耗能也大；
5、采用真空蒸馏炉进行碳渣中氟化盐和碳的分离：将碳渣置于真空蒸馏炉内进行真空蒸馏，在真空蒸馏炉上部冷凝收集被蒸馏出来的氟化盐和杂质，在真空蒸馏炉下部收集蒸馏后的残余碳渣。该法的优点是工艺比较简单，炭与杂质及氟化盐的分离效果较好；不足的是1)需蒸馏的量大(约70％)、耗能很高；2)氟化盐与杂质共存；3)间歇式生产，效率低，余热浪费大；
6、用电解铝废阴极炭块生产全石墨化碳素制品：将电解铝废阴极炭块高温煅烧，制为全石墨化碳素制品；高温炉产生的废气进入雾化喷淋装置，雾态的水对废气中的氟蒸气进行吸附，合格尾气从水雾喷淋装置顶部排放。该方法尚有工艺难于实现的问题，例如雾态的水对废气中的氟蒸气(氟蒸气温度极高)进行喷淋吸附时，将产生大量的水蒸气，水蒸气中夹带着较高浓度的氟化盐和HF气体，设在水雾喷淋装置顶部的尾气难以合格排放；由雾化喷淋装置到高温炉废气出口的温度梯度为110℃～气态氟化盐所需温度，此温度梯度下，通道内易生成浓稠液体及凝结成固体、导致通道被堵塞。
发明内容
针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的是提出一种铝业炭质危废低温熔融渗透连续分离方法。
本发明的第二个目的是提出所述方法得到的高品质产物。
本发明的第三个目的是提出一种铝业炭质危废低温熔融渗透连续分离系统。
实现本发明目的的技术方案为：
一种铝业炭质危废低温熔融渗透连续分离方法，包括步骤：
S1：铝业炭质危废经过破碎除铁预处理；
S2：对预处理后的炭质危废在1000～1200℃下进行低温电煅，使得氟化盐熔融成液态，并被渗透分离，获得高白高纯氟化盐产品，剩余的低氟碳粒经渗透除杂后进入高温电煅炉；
S3：控制高温电煅的电煅电压为10～36V、电流为15～100KA,高温电煅炉的高温烟气温度控制为1300～1600℃，低氟碳粒经高温电煅后得到碳素，经过梯度降温和介质循环冷却后，排入碳素收集仓；高温烟气经高温烟气通道进入高温烟气热能利用装置，热能被低温电煅步骤利用；
S4：低温烟气经冷却降尘，脉冲布袋收尘，氢氧化钠溶液喷淋处置，达标排放。
其中，所述铝业炭质危废包括铝电解废阴极、铝电解阳极碳渣(包括保护阳极的渣)和铝电解含氟化盐的阳极残极(大部分残极不含氟化盐)；步骤S1中首先将铝业炭质危废破碎至最大粒径≯变频碳素排料器直径的1/4，然后经过除铁。
变频碳素排料器采用市售的螺旋排料器，其入口为圆孔，本方法控制铝业炭质危废破碎至入口直径的1/4以下，就可以顺利排料、不会堵塞。
优选地，步骤S2低温电煅及氟化盐熔融渗透分离收集获得氟化盐产品的温度为1050～1200℃，氟化盐渗透分离后的物料控制温度在1200～1400℃，在此温度下物料中以Al2O3为主的杂质熔融液穿过杂质渗透分离器、落入液态杂质收集口并被铸成Al2O3杂锭，剩余的低氟碳粒进入高温电煅炉。
其中，步骤S3中，低氟碳粒经高温电煅后得到碳素，由变频碳素排料器控制在500～600kg碳素/h的速度向下自然移动，实现梯度降温，再由冷却介质冷却获得高纯碳素产品；所述冷却介质为油或水。
本发明中的高温电煅炉底部形状有类似于沙漏的锥形，颗粒自然降落至炉底、受变频碳素排料器的输送速度控制，向下自然移动。
进一步地，低温电煅阶段排出的烟气控温≯900℃，经过降温降尘后温度≯120℃，经过脉冲布袋除尘(降尘室和除尘器所收集的粉尘返到原料仓)，除尘后的烟气温度≯80℃，进入氢氧化钠溶液喷淋装置，被氢氧化钠溶液、双氧水、Na2S2O3溶液中的一种或多种喷淋吸收，对微量的氟和氰化物进行吸收和无害处置，达标烟气从达标尾气排放口安全排放。
当喷淋装置中的CN-被富集到一定浓度时，加H2O2或加Na2S2O3溶液进行消解。反应式如下：
NaCN+H2O2＝NaCNO+H2O(过氧化氢不足时)
NaCN+H2O2+H2O＝NaHCO3+NH3(过氧化氢过量时)
NaCN+Na2S2O3＝＝＝NaSCN+Na2SO3，
CN-+S2O3 2-＝＝＝SCN-+SO3 2-(成弱毒性的SCN-)]。
H2O2或Na2S2O3溶液的用量按计量关系，或稍过量投加，为本领域已知技术。
本发明所述铝业炭质危废低温熔融渗透连续分离方法分离得到的产品，所述产品包括氟化盐产品和碳素产品。
一种铝业炭质危废低温熔融渗透连续分离系统，包括：颚式破碎机、除铁器、低温电煅炉、高温电煅炉，
所述颚式破碎机用于破碎铝业炭质危废，所述颚式破碎机、除铁器和低温电煅炉顺序连接；
所述低温电煅炉下部设置有氟化盐熔融液渗透分离器，所述氟化盐熔融液渗透分离器包括炭质滤芯，炭质滤芯上开有孔径0.01～0.3mm的通孔；所述氟化盐熔融液渗透分离器上方设置有变频螺旋排料器，所述螺旋排料器连接有Al2O3杂质熔融液渗透分离器，所述杂质熔融液渗透分离器连接所述高温电煅炉；所述低温电煅炉顶部开有低温烟气出口，所述低温烟气出口通过管道顺次连接有降温降尘室、脉冲布袋除尘器、引风机、喷淋装置、达标气体排放口。
所述低温电煅炉的炉膛中部设置有高温烟气热能利用装置，所述高温烟气热能利用装置为抗1500℃以上氟化盐腐蚀的耐磨管(也可以是方管)，管材为AlN、SiC、SiN或SiC-SiN复合材质，所述耐磨管与高温电煅烟气通道相连接；
所述高温电煅炉具有圆筒形状的炉膛，炉膛膛壁从里到外分别设有耐火防腐层、保温层和炉壳，所述耐火防腐层采用碳质材料，高温电煅炉的炉膛顶部设有加热源，所述加热源为交流石墨电极组或直流石墨电极对；炉膛中下部为设有温度监测器的自然梯度降温区，炉膛底部设置有出口，出口外套设置有循环冷却器。
本发明提出的低温电煅炉、高温电煅炉都具有自密闭的结构，炉膛隔绝空气、不会有氧气进入。
进一步地，所述氟化盐熔融液渗透分离器包括厚度为3～50mm厚的炭质滤芯，在炭质滤芯的上下两侧均设置有厚度5～80mm、通孔孔隙率15～70％的耐腐耐磨保护板，所述耐腐耐磨保护板为SiC板、SiN板、AlN板或SiC-SiN复合板；在氟化盐熔融液渗透分离器下方设置有液态氟化盐收集口和盐锭铸造模。
其中，所述变频螺旋排料器的出料端连接有Al2O3杂质熔融液渗透分离器，所述Al2O3杂质熔融液渗透分离器连接高温电煅炉炉膛；所述高温电煅炉的侧壁上方开有高温烟气通道，所述通道与设置在自密闭低温电煅炉炉膛中部的高温烟气热能利用装置相连通，所述Al2O3杂质熔融液渗透分离器位于所述高温烟气通道的下方。
更优选地，所述Al2O3杂质熔融液渗透分离器包括连接高温电煅炉炉膛、且向下倾斜的输送部，所述输送部包括设有通孔的耐腐耐磨板，所述通孔的孔径为0.01～0.3mm，通孔孔隙率为15～70％，所述耐腐耐磨板为5～80mm厚的SiC板、SiN板、AlN板或SiC-SiN复合板；在所述输送部下方设置有液态杂质收集口及Al2O3杂锭铸造模。
可选地，在所述颚式破碎机上方设置有收尘罩，所述收尘罩通过管道连接所述脉冲布袋除尘器。
本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种铝业炭质危废低温熔融渗透连续分离方法，本方法采用一条工艺生产线实现铝工业含氟化盐阳极残极、阳极碳渣和废阴极三种危废的无害化处置及资源化利用，投资少，效率高；
本发明连续式低温熔融渗透除杂分离方法回收的氟化盐产品高白(白度≧90)、高纯(氟化盐含量≧98％)，各项技术性能指标达到国标二级品以上要求，可单独直接回用到铝电解生产工艺；
含氟化盐30-70％的炭质危废原料由低温电煅先分离出3/5以上的氟化盐及杂质，所得低杂低氟化盐碳素再从低温电煅系统直接送入高温电煅炉中电煅，且高温电煅烟气的热能通过热能利用装置回用到低温电煅工艺，因此节能功效显著，较连续式直接高温电煅工艺节能近40％，较间歇式直接高温电煅工艺节能60％以上；而且所得碳素产品的固定碳含量≧99.85％，明显高于各种现有工艺。
附图说明
图1是本发明铝业炭质危废低温熔融渗透连续分离方法的工艺结构示意图。
其中，1上料铲车；2颚式破碎机；3收尘罩；4斗式提升机；5原料仓；6低温电煅炉；7低温烟气出口；8高温电煅炉；9降温降尘室；10脉冲布袋除尘器；11引风机；12除铁器；13变频螺旋排料器；14高温烟气热能利用装置；15氟化盐熔融液渗透分离器；16液态氟化盐收集口；17高温烟气通道；18杂质熔融液渗透分离器；19液态杂质收集口；20自然梯度降温区；21循环冷却器；22变频碳素排料器；23碳素收集仓；24喷淋装置；25达标尾气排放口；26高温电煅区。
具体实施方式
本发明方法的主要步骤为：
S1：铝业炭质危废经过破碎机2破碎、除铁器12除铁预处理；
S2：对预处理后的炭质危废在1050～1200℃下进行低温电煅，使得氟化盐熔融成液态，并被渗透分离，获得氟化盐产品，剩余的低氟碳粒经渗透除杂后进入高温电煅炉8；
S3：控制高温电煅区26的电煅电压为15～20V/电流为35～40KA,高温烟气通道17优选控温为1300～1500℃，低氟碳粒经高温电煅后得到碳素，由碳素排料器22控速(550～600kg/h)向下自然移动，经过梯度降温20和循环冷却器21(油介质)冷却后，再由碳素排料器22排入碳素收集仓，高温烟气经高温烟气通道17到高温烟气热能利用装置14，热能被低温电煅利用，氟化盐熔融液及杂质熔融液分别穿过氟化盐熔融液渗透分离器15和杂质熔融液渗透分离器18被渗透分离回收；
S4：低温烟气经降温降尘，脉冲布袋收尘，氢氧化钠溶液喷淋处置，达标排放。低温电煅阶段排出的烟气从低温烟气出口(控温800～900℃)引到低温烟气降温降尘室，降温降尘后再从降尘室的出口(控温90～100℃)引到脉冲布袋除尘器(降尘室和除尘器所收集的粉尘返到原料仓)，除尘后的烟气(控温50～80℃)进入氢氧化钠溶液喷淋装置，对微量的氟和氰化物进行吸收和无害处置，达标尾气从达标尾气排放口安全排放。
以下以具体实施例来进一步说明本发明技术方案。本领域技术人员应当知晓，实施例仅用于说明本发明，不用于限制本发明的范围。
实施例中，如无特别说明，所用技术手段为本领域常规的技术手段。
实施例1：
本发明提出的工艺系统结构见图1，一种铝业炭质危废低温熔融渗透连续分离系统，包括：颚式破碎机2、除铁器12、低温电煅炉6、低温烟气出口7、高温电煅炉8，高温烟气热能利用装置14，氟化盐熔融液渗透分离器15，液态氟化盐收集口16，高温烟气通道17，杂质熔融液渗透分离器18，液态杂质收集口19，自然梯度降温区20，循环冷却器21，变频碳素排料器22，碳素收集仓23，喷淋装置24，高温电煅区26；
铝业炭质危废由上料铲车1输送至所述颚式破碎机2破碎，颚式破碎机连接有除铁器；破碎和除铁后的物料由斗式提升机4送至原料仓5，原料仓与低温电煅炉连接；在颚式破碎机2上方设置有收尘罩3，所述收尘罩3通过管道连接脉冲布袋除尘器10。
低温电煅炉炉体从外到内由炉壳、保温绝缘层、耐火防腐层组成，耐火防腐层采用C质材料。炉体顶部设有2个进料口。低温电煅炉6下部设置有氟化盐熔融液渗透分离器15，所述氟化盐熔融液渗透分离器包括炭质滤芯，炭质滤芯上开有通孔，孔径分布区间为0.02～0.2mm，厚度为5mm；在炭质滤芯的上下两侧均设置有厚度5mm、通孔孔隙率30％的SiC耐磨损保护板，在氟化盐渗透分离器下方设置有液态氟化盐收集口和盐锭铸造模。
在氟化盐渗透分离器上方设置有变频螺旋排料器13，螺旋排料器13的上方设有高温烟气热能利用装置14，所述螺旋排料器13连接高温电煅炉8，所述热能利用装置14与高温烟气通道17相连接；高温电煅炉8为自密封连续式交流电煅炉，具有圆筒形状的炉膛，高温电煅炉炉膛中部为高温电煅区26，炉膛中下部为设有温度监测器的自然梯度降温区20，炉膛底部设置有出口，出口外套置有循环冷却器21。高温电煅炉8底部连接有变频碳素排料器22，排料器出口端连接有碳素收集仓23。
上述的排料器由变频电机驱动，可变速推进物料。上述的低温电煅炉、高温电煅炉都具有自密闭的结构，炉膛隔绝空气、不会有氧气进入。
其中，变频螺旋排料器13的出料端连接有杂质熔融液渗透分离器18，分离器连接高温电煅炉炉膛；所述高温电煅炉的侧壁上方开有高温烟气通道，所述通道与设置在自密闭低温电煅炉炉膛中部的高温烟气热能利用装置相连通，所述杂质熔融液渗透分离器18位于所述通道的下方，该分离器包括连接高温电煅炉炉膛、且向下倾斜的输送部，所述输送部包括有通孔的耐磨板SiC板，所述耐磨板上通孔孔径分布区间为0.02～0.2mm；在输送部下方设置有液态杂质收集口19及杂锭铸造模。
高温电煅炉8炉体正上部位设有交流石墨电极组加热源，炉体从外到内由炉壳、保温绝缘层、耐火防腐层组成，耐火防腐层采用C质材料。高温电煅炉8的侧壁上方开有高温烟气通道17，通道与设置在低温电煅炉炉膛中部的高温烟气热能利用装置14相连通，该高温烟气热能利用装置为1根抗1500℃以上氟化盐腐蚀的耐磨圆管，管材为SiC材质，圆管内径Ф300mm，管壁厚45mm、管壁通透孔隙率35％。
低温电煅炉6的加热源为交流石墨电极组，炉顶部开有低温烟气出口7，所述低温烟气出口通过管道顺次连接有降温降尘室9、脉冲布袋除尘器10、引风机11、喷淋装置24、达标尾气排放口25。
本系统中，耐磨圆管、炭质滤芯、耐腐耐磨保护板、分离器的输送部等属于耗材类，可更换为其他材质(如SiC、SiN、AlN、SiC-SiN复合材质)、其他尺寸的元件。
实施例2
采用实施例1的系统，处理的铝业炭质危废为铝电解阳极碳渣，氟化盐质量含量69.8％；具体工艺如下：
S1：铝电解阳极碳渣经过破碎，至粒度0～30mm(本实施例排料器的入口孔径180mm)，经过除铁、送入低温电煅炉；
S2：对预处理后的阳极碳渣进行1050～1200℃下的低温电煅，阳极碳渣中的氟化物被熔融，熔融液被渗透分离，穿过氟化盐熔融液渗透分离器15进行盐锭铸造。
通过对阳极碳渣在1050～1200℃下的熔融渗透分离试验可知，阳极碳渣中69.8％(即氟化盐:碳≈69.8:30.2)的氟化盐大部分被分离出去。
本实施例中，氟化盐盐锭破碎至≤3mm即为氟化盐电解质产品，用白度仪测得其白度为90.3，按国标GB/T 4291-2007方法测得氟化盐含量为98.2％，其中含氟52.7％、铝13.2％、钠32.3％，测得氟化盐分离后的低氟碳渣中氟化盐质量含量为15.1％(即氟化盐:碳≈15.1:84.9)。
氟化盐熔融液被渗透分离后剩余的物料经过分离器18除杂(主要杂质为Al2O3)后进入高温电煅炉8。
粘稠状的杂质熔融液附着在碳渣表面，随着碳渣被螺旋排料器13推向杂质熔融液渗透分离器18，杂质熔融液因温度的升高(1200℃-1400℃)流动性增强，自流穿过杂质熔融液渗透分离器18，并继续自流到液态杂质收集口及杂锭铸造模19，被铸造成杂锭副产品，低氟化盐碳渣(测得氟化盐:碳≈13.5:86.5)被继续推进送入自密封连续式交流高温电煅炉8。
S3：控制高温电煅区26的电煅电压为22～28V/电流为30～35KA，高温烟气通道17控温为1300～1500℃，低氟碳渣经高温电煅后得到碳素，由碳素排料器22控速(550kg/h)向下自然移动，经过梯度降温20和循环冷却器21(油介质)冷却后，再由碳素排料器22排入碳素收集仓，高温烟气经高温烟气通道17到高温烟气热能利用装置14，热能被低温电煅利用，氟化盐熔融液及杂质熔融液被分别渗透分离回收。对得到的碳素产品进行元素分析，其中固定碳含量为99.87％。
低温电煅阶段排出的烟气从低温烟气出口7(控温800～900℃)引到低温烟气降温降尘室9，冷却降尘后再从降尘室的出口(控温75～95℃)引到脉冲布袋除尘器10(降尘室和除尘器所收集的粉尘返到原料仓5)，除尘后的烟气(控温40～50℃)进入氢氧化钠溶液喷淋装置24，对微量的氟和氰化物进行吸收和无害处置，达标烟气从达标尾气排放口25安全排放。
被氢氧化钠溶液喷淋装置所富集的氟化盐，经电煅余热烘干回用到铝电解生产工艺，氟化盐含量98.1％；当喷淋装置中的CN-被富集到一定浓度时，加H2O2或加Na2S2O3溶液进行消解。
实施例3
采用实施例1的系统，处理的铝业炭质危废为铝电解废阴极，其中氟化盐含量为30.5％(质量百分比，即氟化盐:碳≈30.5:69.5)，具体工艺如下：
S1：废阴极经过破碎，至粒度0～45mm(本实施例排料器的入口孔径180mm)，经过除铁、送入原料仓，原料仓5中的废阴极由电动阀门调控、自落到自密封交流低温电煅炉6内，
S2：对预处理后的阳极碳渣进行1050～1200℃下的低温电煅，废阴极炭块中的氟化盐被熔融，熔融液经过氟化盐熔融液渗透分离器15被渗透分离并被铸成盐锭。
通过对废阴极炭块在1050～1200℃下的熔融渗透分离试验可知，废阴极炭块中30.5％(即氟化盐:碳≈30.5:69.5)的大部分氟化盐被分离出去。氟化盐盐锭破碎至≤3mm即为氟化盐电解质产品，白度仪测得白度为90，按国标GB/T 4291-2007测得氟化盐含量为98.1％，测得氟化盐分离后的低氟炭块中氟化盐质量含量为15.2％(即氟化盐:碳≈15.2:84.8)。
氟化盐熔融液被渗透分离后剩余的物料经过分离器除杂(主要杂质为Al2O3)后进入高温电煅炉。
粘稠状的杂质熔融液附着在炭块表面，随着炭块被螺旋排料器13推向杂质熔融液渗透分离器18，杂质熔融液因温度的升高(1200℃-1400℃)流动性增强，自流穿过杂质熔融液渗透分离器18，并继续自流到液态杂质收集口及杂锭铸造模19被铸造成杂锭副产品，低氟化盐炭块(测得氟化盐:碳≈13:87)被螺旋排料器继续推进送入自密封连续式交流高温电煅炉8。
S3：控制高温电煅区26的电煅电压为26～33V/电流为29～35KA，高温烟气通道17控温为1300～1500℃，低氟碳粒经高温电煅后得到碳素，由碳素排料器22控速(600kg/h)向下自然移动，经过梯度降温20和循环冷却器21(油介质)冷却后，再由碳素排料器22排入碳素收集仓，高温烟气经高温烟气通道17到高温烟气热能利用装置14，热能被低温电煅利用，氟化盐熔融液及杂质熔融液被分别渗透分离回收。对得到的碳素产品进行元素分析，其中固定碳含量为99.89％。
低温电煅阶段排出的烟气从低温烟气出口7(控温800～900℃)引到低温烟气冷却降尘室9，冷却降尘后再从降尘室的出口(控温75～95℃)引到脉冲布袋除尘器10(降尘室和除尘器所收集的粉尘返到原料仓5)，除尘后的烟气(控温45～60℃)进入氢氧化钠溶液喷淋装置24，对微量的氟和氰化物进行吸收和无害处置，达标烟气从达标尾气排放口25安全排放。
被氢氧化钠溶液喷淋装置所富集的氟化盐，经水洗、过滤及电煅余热烘干回用到铝电解生产工艺，氟化盐含量98.1％；当喷淋装置中的CN-被富集到一定浓度时，加H2O2或加Na2S2O3溶液进行消解。
实施例4
采用实施例1的系统，处理的铝业炭质危废为铝电解含氟化盐阳极残极，其中氟化盐含量为29.7％(质量百分比)，具体工艺如下：
S1：残极经过破碎，至粒度0～45mm(本实施例排料器的入口孔径180mm)，经过除铁、送入原料仓5，原料仓5中的阳极残极由电动阀门调控、自落到自密封交流低温电煅炉内；
S2：对预处理后的阳极残极进行1100～1200℃下的低温电煅，阳极残极中的氟化盐被熔融成熔融液，氟化盐熔融液穿过渗透分离器15被收集铸成盐锭。
氟化盐盐锭破碎至≤3mm即为氟化盐电解质产品，测得白度90.1，氟化盐含量98.3％。
粘稠状的杂质熔融液附着在阳极残极碳粒表面，随着阳极残极碳粒被变频螺旋排料器13推向杂质熔融液渗透分离器18，杂质熔融液因温度的升高(1200℃-1400℃)流动性增强，自流穿过分离器，并继续自流到液态杂质收集口及杂锭铸造模19被铸造成杂锭副产品，低杂低氟化盐阳极残极碳粒(测得氟化盐:碳≈11:89)被螺旋排料器13继续推进送入自密封连续式交流高温电煅炉8。
S3：控制高温电煅区26的电煅电压为25～32V/电流为27～33KA,高温烟气通道17控温为1300～1500℃，低氟碳粒经高温电煅后得到碳素，由碳素排料器22控速(600kg/h)向下自然移动，经过梯度降温20和循环冷却器21(油介质)冷却后，再由碳素排料器22排入碳素收集仓，高温烟气经高温烟气通道17到高温烟气热能利用装置14，热能被低温电煅利用，氟化盐熔融液及杂质熔融液被分别渗透分离回收。对得到的碳素产品进行元素分析，其中固定碳含量为99.96％。
低温电煅阶段排出的烟气从低温烟气出口7(控温800～850℃)引到低温烟气冷却降尘室9，冷却降尘后再从降尘室的出口(控温70～90℃)引到脉冲布袋除尘器10(降尘室和除尘器所收集的粉尘返到原料仓5)，除尘后的烟气(控温45～55℃)进入氢氧化钠溶液喷淋装置24，对微量的氟和氰化物进行吸收和无害处置，达标烟气从达标尾气排放口25安全排放。
被氢氧化钠溶液喷淋装置所富集的氟化盐，经水洗、过滤及电煅余热烘干回用到铝电解生产工艺，氟化盐含量98.2％；当喷淋装置中的CN-被富集到一定浓度时，加H2O2或加Na2S2O3溶液进行消解。
以上的实施例仅仅是对本发明的具体实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，本领域技术人员在现有技术的基础上还可做多种修改和变化，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种铝业炭质危废低温熔融渗透连续分离方法，其特征在于，包括步骤：
S1：铝业炭质危废经过破碎除铁预处理；
S2：对预处理后的炭质危废在1000～1200℃下进行低温电煅，使得氟化盐熔融成液态，并被渗透分离，获得高白高纯氟化盐产品，剩余的低氟碳粒经渗透除杂后进入高温电煅炉；
S3：控制高温电煅的电煅电压为10～36V、电流为15～100KA,高温电煅炉的高温烟气温度控制为1300～1600℃，低氟碳粒经高温电煅后得到碳素，经过梯度降温和介质循环冷却后，排入碳素收集仓；高温烟气经高温烟气通道进入高温烟气热能利用装置，热能被低温电煅步骤利用；
S4：低温烟气经冷却降尘，脉冲布袋收尘，氢氧化钠溶液喷淋处置，达标排放。
2.根据权利要求1所述的铝业炭质危废低温熔融渗透连续分离方法，其特征在于，所述铝业炭质危废包括铝电解废阴极、铝电解阳极碳渣和铝电解含氟化盐的阳极残极；步骤S1中首先将铝业炭质危废破碎至最大粒径≯变频碳素排料器直径的1/4，然后经过除铁。
3.根据权利要求1所述的铝业炭质危废低温熔融渗透连续分离方法，其特征在于，步骤S2低温电煅及氟化盐熔融渗透分离收集获得氟化盐产品的温度为1050～1200℃，氟化盐渗透分离后的物料控制温度在1200～1400℃，在此温度下物料中以Al2O3为主的杂质熔融液穿过杂质渗透分离器、落入液态杂质收集口并被铸成Al2O3杂锭，剩余的低氟碳粒进入高温电煅炉。
4.根据权利要求1所述的铝业炭质危废低温熔融渗透连续分离方法，其特征在于，步骤S3中，低氟碳粒经高温电煅后得到碳素，由变频碳素排料器控制在500～600kg碳素/h的速度向下自然移动，实现梯度降温，再由冷却介质冷却获得高纯碳素产品；所述冷却介质为油或水。
5.根据权利要求1～4任一项所述的铝业炭质危废低温熔融渗透连续分离方法，其特征在于，低温电煅阶段排出的烟气控温≯900℃，经过降温降尘后温度≯120℃，经过脉冲布袋除尘，除尘后的烟气温度≯80℃，进入氢氧化钠溶液喷淋装置，被氢氧化钠溶液、双氧水、Na2S2O3溶液中的一种或多种喷淋吸收，对微量的氟和氰化物进行吸收和无害处置，达标烟气从达标尾气排放口安全排放。
6.权利要求1～5任一所述铝业炭质危废低温熔融渗透连续分离方法分离得到的产品，所述产品包括氟化盐产品和碳素产品。
7.一种铝业炭质危废低温熔融渗透连续分离系统，其特征在于，包括：颚式破碎机、除铁器、低温电煅炉、高温电煅炉，
所述颚式破碎机用于破碎铝业炭质危废，所述颚式破碎机、除铁器和低温电煅炉顺序连接；
所述低温电煅炉下部设置有氟化盐熔融液渗透分离器，所述氟化盐熔融液渗透分离器包括炭质滤芯，炭质滤芯上开有孔径0.01～0.3mm的通孔；所述氟化盐熔融液渗透分离器上方设置有变频螺旋排料器，所述螺旋排料器连接有Al2O3杂质熔融液渗透分离器，所述杂质熔融液渗透分离器连接所述高温电煅炉；所述低温电煅炉顶部开有低温烟气出口，所述低温烟气出口通过管道顺次连接有降温降尘室、脉冲布袋除尘器、引风机、喷淋装置、达标气体排放口；
所述低温电煅炉的炉膛中部设置有高温烟气热能利用装置，所述高温烟气热能利用装置为抗1500℃以上氟化盐腐蚀的耐磨管，管材为AlN、SiC、SiN或SiC-SiN复合材质，所述耐磨管与高温电煅烟气通道相连接；
所述高温电煅炉具有圆筒形状的炉膛，炉膛膛壁从里到外分别设有耐火防腐层、保温层和炉壳，所述耐火防腐层采用碳质材料，高温电煅炉的炉膛顶部设有加热源，所述加热源为交流石墨电极组或直流石墨电极对；炉膛中下部为设有温度监测器的自然梯度降温区，炉膛底部设置有出口，出口外套设置有循环冷却器。
8.根据权利要求7所述的铝业炭质危废低温熔融渗透连续分离系统，其特征在于，所述氟化盐熔融液渗透分离器包括厚度为3～50mm厚的炭质滤芯，在炭质滤芯的上下两侧均设置有厚度5～80mm、通孔孔隙率15～70％的耐腐耐磨保护板，所述耐腐耐磨保护板为SiC板、SiN板、AlN板或SiC-SiN复合板；在氟化盐熔融液渗透分离器下方设置有液态氟化盐收集口和盐锭铸造模。
9.根据权利要求7或8所述的铝业炭质危废低温熔融渗透连续分离系统，其特征在于，所述变频螺旋排料器的出料端连接有Al2O3杂质熔融液渗透分离器，所述Al2O3杂质熔融液渗透分离器连接高温电煅炉炉膛；所述高温电煅炉的侧壁上方开有高温烟气通道，所述通道与设置在自密闭低温电煅炉炉膛中部的高温烟气热能利用装置相连通，所述Al2O3杂质熔融液渗透分离器位于所述高温烟气通道的下方。
10.根据权利要求9所述的铝业炭质危废低温熔融渗透连续分离系统，其特征在于，所述Al2O3杂质熔融液渗透分离器包括连接高温电煅炉炉膛、且向下倾斜的输送部，所述输送部包括设有通孔的耐腐耐磨板，所述通孔的孔径为0.01～0.3mm，通孔孔隙率为15～70％，所述耐腐耐磨板为5～80mm厚的SiC板、SiN板、AlN板或SiC-SiN复合板；在所述输送部下方设置有液态杂质收集口及Al2O3杂锭铸造模。
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