CN108585564A - 水泥窑协同处置电解铝废渣联产双快水泥的系统及方法 - Google Patents

水泥窑协同处置电解铝废渣联产双快水泥的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种水泥窑协同处置电解铝工业废渣联产双快水泥的系统和方法，其中系统包括：依次连接的废渣预处理系统、转化反应系统、碱金属盐提取系统以及水泥窑并联生产双快水泥系统；系统内的所有设备均为密封连接，并设置抽吸机用于形成微负压。方法包括废渣预处理；转化反应；碱金属盐的提取及水泥窑并联生产双快水泥四个步骤。本发明可一次将电解铝工业废渣集中统一处理，消除其毒性危害，实现电解铝废渣无害化、资源化和终极化处置。本发明还低能耗、低成本生产特种双快水泥，且无三废排放，不产生二次污染。

Description

水泥窑协同处置电解铝废渣联产双快水泥的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种电解铝工业废渣的处置系统及方法，尤其涉及一种利用水泥窑协同处置电解铝工业废渣联产双快水泥的系统及方法，属于电解铝工业废渣回收再利用技术领域。
背景技术
电解铝工业废渣是电解铝生产过程中产生的工业废渣，包括铝电解槽维修及废弃产生的废渣即铝电解槽大修渣(含废旧耐火砖渣、废阴极炭块)和冶炼过程中产生的炉渣、盐渣和浮渣等其他废渣(铝灰)。这些废渣因含有HF、Cl-、CN-等强毒害性物质，在《国家危险废物名录》中规定为危险固体废弃物(类别：HW48)。2017年我国电解铝产量为3630万吨，每年电解铝工业产生的危险废物超过200万吨。
铝电解槽大修渣是铝电解槽定期排出的固体废弃物，是对铝电解槽大修时清除的所有废旧耐火砖渣及含废阴极材料的统称，主要包括阴极炭块、阳极糊、耐火砖、保温砖、防渗料及绝热板等，由于含有毒物质氟化物和少量剧毒的氰化物，因此铝电解槽大修渣属于危险废物，是国家明令禁止随意丢弃的I类废物。铝电解槽每3～5年必须进行大修，据统计每生产1吨电解铝将产生30kg左右的铝电解槽大修渣。目前，我国累积堆存铝电解槽大修渣超过700万吨，同时年新增铝电解槽大修渣约超过100万吨。
铝灰是电解铝、铸造铝和再生铝生产过程中，漂浮在铝熔体表明的不溶物和其他杂质。根据统计生产1吨电解铝产生30kg左右的铝灰，我国年新增铝电解槽大修渣约也超过100万吨。初出炉铝灰中含有20-70％的金属铝，电解铝厂一般是从熔炼炉用铁耙将铝灰扒出，融化铝液冷却后采取粉磨、重力分选回收其中的金属铝，剩余的大部分铝灰为二次铝灰。铝厂铝灰铝灰以前基本交由个体户采取炒锅回收金属铝，产生的二次铝灰少量作为建筑材料，大部分填埋或露天堆存。随着环保的严格管理，这些小厂被全部关停。目前电解铝厂为了处理铝灰，一般采取简单熔炼方式回收金属铝后，将二次铝灰一般继续返回电解槽作为原料使用。但是由于铝灰的成分波动大，特别是铸造铝合金时掺入了其他金属元素，同时铝灰渣中的铝氧化物是以α-Al2O3形式存在，随着参量的加大会对铝电解槽的正常运行和节能降耗产生不利影响，因此仍能有大部分二次铝灰渣需要对外排放和处理。
现有技术条件下，电解铝厂大多采用露天堆放或直接土壤填埋的方法处理电解铝固体废弃物，这种方式不仅占用了大量土地，同时还含有AlN，Al2O3、SiO2和NaCl、KCl、Na3AlF6、AlF6、NaF等，由于这些物质水解还产生NH3、HF、HCl等有毒气体，而且其中含有的可溶性氟化物、氰化物还会随雨水流入江河，渗入地下污染土壤和地下水、地表水，对周围生态环境、人类健康和动植物生长造成极大危害。
随着环保要求和环保监管的快速提高，危险废物必须在具有“三防”功能的场地进行临时储存，同时必须进行无害化的最终处置。否则生产单位不仅承担巨额的环保罚款，还会处于随时关停的风险。要实现电解铝行业的环境友好发展，必须依靠科技进步对铝电解槽大修渣进行无害化处理。
国内对电解铝工业废渣的研究起步较晚，电解铝企业对电解槽废槽衬无害化处理还没有大规模工业化应用，少数企业进行过一些小型试验，其中浮选法获得碳素和HF、冰晶石等有用物质和通过焚烧处理有害物质等方法实验取得了一定的成功，但是由于电解铝工业废渣难于粉磨和氟化物、氰化物、氯盐等的转化反应难于控制，有可能造成二次污染，无法达到无害化处置目标。而且处置投资大、处理费用高，经济性差，项目可持续性不好。
从目前发表的有关专利技术和研发报告看，对电解铝工业废渣的处置一般都是分类处置的，这些处置方法都试图将废渣先进行消毒处置、然后从废渣中提取有价值的物质，有湿法处理方式和火法处理方式，其中湿法处理又包括酸化和碱化处理。这些处置方式都可能存在以下难题：
(1)二次污染问题。无论采用上述哪种方法都可能产生大量的HF气体，HF气体具有强腐蚀性和强毒性危害。仍然存在三废危害。湿法处理还会产生大量的废水，特别是提取氟化盐的工艺，由于氟化盐的溶解度低，废水量巨大，这些废水中存在少量的F-离子，仍能存在污染环境的风险；提取有用物质后还有大量的固体废渣，仍然存在F-等毒害强的物质，难以作为一般固体废弃物处理，即使能做到也不能做到对其的终极化处理。
(2)处置过程繁琐，工艺十分复杂，过程造价高，生产成本和生产能耗高。处置技术的经济性和可持续性有待进一步的评估。
(3)在利用电解铝废渣作为水泥和建材原料方面，Na+和F-对于建材产品的影响也有待进一步评估。
(4)电解铝工业废渣阴极炭块为石墨材料，由于废阴极炭块大部分为石墨化炭，同时还掺杂由冰晶石类的物质，其燃烧性能非常差，一般情况下难以完全燃烧。并且废阴极炭块韧性大，表面光滑，粘度大，难以粉碎。废弃耐火砖为碳化硅质，硬度大，粉磨也比较困难。在处理过程中必须选择合适的粉磨工艺对其进行破碎和粉磨、分选。
对比文件1：CN105293536B公开一种电解铝废渣提锂方法，包括下列步骤：将含锂电解铝废渣与浓硫酸在200～400℃条件下进行反应，得混合物A；将混合物A加水浸取后过滤得滤液A和滤渣A；将滤液A加入碳酸钠在20～40℃条件下进行碱解反应，后过滤得滤液B和滤渣B；将滤渣B加水制成料浆再加入石灰进行苛化反应，后过滤得滤液C和滤渣C；将步骤4)滤液C中通入CO2进行碳化反应，后过滤、洗涤、干燥，即得。
对比文件2：CN105692676A公开一种铝电解槽废渣综合处理系统，该铝电解槽废渣综合处理系统包括下面四种处理系统中的至少两种：A：包括浸出仓、反应仓，所述浸出仓的出料口与反应仓的加料口相连；B：包括依次相连的浸出仓、固液分离装置、反应仓单元；C：包括浸出仓、浮选装置、固液分离装置，所述浸出仓的出料口与浮选装置的加料口相连，浮选装置的出料口与固液分离装置的加料口相连；D：包括浸出仓以及与浸出仓相连的固液分离装置，所述浸出仓的出料口与固液分离装置的加料口相连。
对比文件3：CN205667980U公开一种电解铝废渣综合处理系统，包括破碎设备、块料仓、粉碎设备、反应仓单元，其特征在于，所述电解铝废渣综合处理系统包括输料区和综合处理区，所述输料区与综合处理区横向依次布置，所述输料区纵向依次布置有所述破碎设备、块料仓、粉碎设备，所述综合处理区内设置有所述反应仓单元。
对比文件1提供的是一种从电解铝废渣中提取锂的方法，其提取有用锂之后的废渣仍然会存在二次污染；对比文件2和对比文件3虽然都是公开的能对电解铝废渣进行综合处理的系统，但是也都不能实现对电解铝废渣的终极化处理。实现对电解铝废渣有用物质的高效回收和利用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种水泥窑协同处置电解铝废渣联产双快水泥的系统及方法，能够实现对电解铝废渣(包括铝电解槽大修渣和二次铝灰)的统一大型工业化处理，实现电解铝废渣的终极化处理。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
本发明解决上述问题的总体解决思路如下：
1、双快特种水泥是主要矿物成分为氟铝酸钙(11CaO·7Al2O3·CaF2)，利用电解铝工业废渣包括铝电解槽大修渣和二次铝灰含有铝和氟元素的共同特点，将氟化物全部转化为CaF2，将铝氧化成Al2O3作为双快水泥提供主要成分；同时利用阴极炭块中的炭质作为水泥烧成燃料，通过加入校正料按双快水泥成分要求的配合后烧制得到双快水泥熟料。
2、为烧制优质双快水泥必须控制原料中的K2O、Na2O成分含量，在原料废渣的预处理中利用碱金属盐易溶于水的特性通过水洗过滤去除。利用水泥窑窑尾余热蒸发碱金属盐得到碱金属盐产品。这些盐可以作为水泥助磨剂和混凝土早强剂使用，也可以返回铝厂作为铝灰处理的助剂。
3、转化粉磨时废渣中的Al、AlN、AlC在水中转化产生的H2、NH3、CH4等还原性可燃气体，将其收集直接进入水泥窑可作为燃料和脱硝剂使用。可以将转化粉磨产生的废气和煅烧废气全部引入水泥窑窑尾烟室进入水泥窑烟气处理系统共同处理，以达到无害化、资源化和终极化处理目标。通过无害化转化后得到稳定废渣，可进一步从废渣中提出价值较高的石墨材料、CaF2、SiC-Si3N4粉、铝盐，最后将残渣作为水泥原材料使用。
4、在水泥窑旁路并联设置立式焙烧炉直接煅烧氟铝酸盐双快水泥熟料，从水泥窑引入热风并将烟气返回水泥窑系统，有利于保持立式炉内较好的通风条件，补充石墨化阴极炭块所需的高温和和燃烧氧气，同时也可以将其产生的富余热量被水泥窑吸收，减少了能耗损失。将其产生的废气进入水泥窑高温强碱性系统处理，彻底消除了环保风险。同时，由于使用旁路系统不会对水泥窑系统造成影响，还可以生产特种水泥品种，满足生产需求。
本发明解决上述问题的具体技术方案如下：
提供一种水泥窑协同处置电解铝废渣联产双快水泥的系统，具体包括：依次连接的废渣预处理系统、转化反应系统、碱金属盐提取系统以及水泥窑并联生产双快水泥系统；
所述废渣预处理系统包括依次连接的：破碎系统、若干原料仓、第一计量配合系统、废渣粉磨系统、若干粉料仓；还包括助剂A仓，破碎系统用于破碎电解槽大修渣中的废阴极炭块、废耐火砖渣，若干原料仓用于分别存放经破碎后的废阴极炭块、废耐火砖渣，及二次铝灰；第一计量配合系统用于将助剂A仓内的助剂A和原料仓内的物料计量配合后输送至废渣粉磨系统；若干粉料仓用于分别存放经粉磨后的废阴极炭块、废耐火砖渣及二次铝灰；
所述转化反应系统包括：转化磨、料浆池(料浆池可设置2-3个)助剂B仓、清水池，转化磨的进料口通过第二计量配合系统与废渣预处理系统的粉料仓连接，第二计量配合系统用于将粉料仓内的粉料、助剂B仓内助剂B及清水池内的水计量配合后输送至转化磨，转化磨的出料口连接料浆池；
所述碱金属盐提取系统包括：依次连接的过滤装置、若干清液(盐水)池(清液池可设置3-4个)、仓式蒸发机、若干固体渣仓，所述过滤装置与转化反应系统的料浆池的料浆出口通过管路连接，过滤装置设有清液出口、固体渣出口，清液出口与清液池连接、清液池与仓式蒸发机连接，固体渣出口连接固体渣仓；若干清液池、固体渣仓用于分别存放废阴极炭块、废耐火砖渣及二次铝灰经转化后的清液、固体渣；
所述水泥窑并联生产双快水泥系统包括：依次连接的混料搅拌装置、挤压成型机、立式焙烧炉、特种水泥熟料仓、水泥粉磨设备，还包括水泥窑系统，水泥窑系统与立式焙烧炉连接，水泥窑系统还与碱金属盐提取系统的仓式蒸发机连接；特种水泥熟料仓用于存储经立式焙烧炉焙烧冷却后的双快水泥熟料；混料搅拌装置的进料口通过第三计量配合系统与碱金属盐提取系统的固体渣仓连接，第三计量配合系统用于将分别存放在若干固体渣仓内的不同转化滤渣(包括碳质滤渣、砖粉滤渣和铝灰滤渣)与石灰石粉仓内的石灰石粉、校正料仓内的校正料计量配合后输送至混料搅拌装置；水泥粉磨设备的进料口通过第四计量配合系统与特种水泥熟料仓连接，第四计量配合系统用于将特种水泥熟料仓内的水泥熟料与石膏仓内的石膏计量配合后输送至水泥粉磨设备；
系统内的所有设备均为密封连接，并设置抽吸机用于形成微负压。
本发明中，在废渣预处理过程中是将电解铝工业废渣按照电解槽大修渣和二次铝灰分别进料存放，铝电解槽大修渣又将废旧耐火砖渣、废阴极炭块分别进行预处理，废旧耐火砖渣、废阴极炭块经破碎系统破碎后进入原料仓(分别设有废耐火砖渣原料仓和废阴极炭块原料仓)；二次铝灰不需要破碎，直接进入原料库(二次铝灰原料仓)，然后依次连接粉磨系统、粉料仓(粉料仓也是按照废耐火砖渣、废阴极炭块和二次铝灰分别设置的)。
进一步地，
第一计量配合系统包括设置在各原料仓底部及助剂A仓底部的喂料计量装置；所述第二计量配合系统包括设置在各粉料仓底部的喂料计量装置，具体为螺旋喂料计量机构，以及设置在助剂B仓、清水池底部的流量计；第三计量配合系统包括设置在各固体渣仓(包括碳质滤渣仓、砖粉滤渣仓和铝灰滤渣仓)底部的喂料计量装置与石灰石粉仓、校正料仓底部的喂料计量装置；第四计量喂料装置包括设置在特种水泥熟料仓、石膏仓底部的喂料计量装置，具体可以为皮带计量秤，所述第一至第四计量配合系统均与计算机控制系统连接。
进一步地，
破碎系统包括：卸料坑、喂料机、一级破碎机和二级破碎机；一级破碎机通过喂料机均匀给料；
废渣粉磨系统包括：电解槽大修渣粉磨系统和二次铝灰粉磨系统，电解槽大修渣粉磨系统和二次铝灰粉磨系统均包括依次连接的废渣粉磨设备、选粉设备、振动筛。
二次铝灰粉磨系统中，由于金属铝通过高压挤压后不会碎裂，只会延伸增大面积的特点，因此通过风选选粉机选出的粗粉还需通过振动筛筛分后选出金属铝，另行存放，返回电解铝厂处理。
优选地，上述一级破碎机采用颚式破碎机或圆锥式破碎机，一级破碎机的进料口尺寸至少为600×900mm。
优选地，上述一级破碎机具体通过板式喂料机或振动给料机均匀给料。
优选地，上述二级破碎机为柱式破碎机、双轴破碎机或冲击式细碎机。
优选地，上述废渣粉磨设备为粉磨效率高、能耗低的柱磨机、雷蒙磨、立式磨、风扫磨或辊压机。
所述水泥粉磨设备和成品发出系统可以共用水泥厂现有水泥制成系统设施。
优选地，上述转化磨采用改造后的球磨机，其进料口、出料口分别设置进料锁气阀、出料闸阀，磨内研磨体为陶瓷或合金材料研磨体，且转化磨的磨尾设置气体出口，气体出口设有抽吸机，用于及时将磨内气体收集排出。
优选的，所述混料搅拌装置包括双轴搅拌机、回转式搅拌机、轮辗均质机、挤压成型机、盘式成球机的一种或几种的组合。
进一步地，
所述料浆池内设有搅拌装置，用于对出磨料浆进行洗涤；
所述混料搅拌装置内也设有搅拌机构。
进一步地，所述立式焙烧炉具体包括：
炉本体，所述炉本体为由外部机壳构成的一个立式整体，包括由中间隔墙分隔而成的左炉体和右炉体；
左炉体由上往下包括预热干燥室、焚烧分解室；左炉体的上部设有进料口和低温烟气出口；左炉体的下部设有高温烟汽入口和固定炉篦子；右炉体包括由倾斜隔板分隔而成的上部的烟气室和下部的炉膛；
所述中间隔墙包括上隔墙和下隔墙，上隔墙的底端与倾斜隔板的上端面之间为上部隔墙开口，用于高温烟气进入烟气室；下隔墙的顶端与倾斜隔板的下端面之间为下部隔墙开口，用于焙烧渣(即：双快水泥熟料)卸出；
所述固定炉箅子倾斜设置，其一端固定在机壳上，另一端固定在下隔墙的顶端；
右炉体的烟气室通过上部隔墙开口与左炉体相连，便于引出烟气；烟气室的上部设置烟气出口，烟气进入烟气室进行粉尘的沉降分离后从烟气出口排出炉外；
右炉体的炉膛通过下部隔墙开口与左炉体相连，炉膛右侧设有燃料入口，炉膛底部设置出渣机构和冷空气入口，沉积分离后的粉尘顺着倾斜隔板的表面从下部隔墙开口落入出渣机构。
优选地，
所述固定炉箅子覆盖整个左炉体截面，所述固定炉箅子两侧边也与机壳相连。
优选地，
所述炉膛右侧还设有人工监视门和操作台。
进一步地，
所述出渣机构包括：可转动的塔式炉篦子、传动立轴、驱动机构、渣料斗、卸料管、出料口、耐磨环形钢衬；塔式炉篦子与驱动机构通过传动立轴相连；渣料斗与炉体机壳相连，渣料斗下部与卸料管相连，渣料斗上部与耐磨环形钢衬相连，卸料管连通渣料斗和出料口，冷空气入口设置在渣料斗上，冷空气入口通过穿过渣料斗的冷风管道连通至塔式炉篦子底部。
优选地，
所述驱动机构包括减速机和电动机，驱动机构直接固定安装在外部的混凝土支座上。
优选地，所述固定炉箅子为特种陶瓷多孔板或特种耐高温防腐不锈钢多孔板。
优选地，所述固定炉箅子的倾斜角度优选为为35-60°。
进一步地，
所述机壳包括钢制机壳本体、覆盖在机壳本体上的保温材料层和覆盖在保温材料层上的耐火砖层。具体生产制作时，即在钢制机壳本体上贴加保温材料后再砌筑耐火材料，并根据窑内物质性能可选择耐火材料。
本发明还提供一种采用上述水泥窑协同处理电解铝废渣生产双快水泥的系统的处理方法，具体步骤如下：
步骤(1)、废渣预处理：对于电解铝废渣包括铝电解槽大修渣(包括废耐火砖渣、废阴极炭块)和二次铝灰分别进行预处理，其中铝电解槽大修渣(包括废耐火砖渣、废阴极炭块)依次通过破碎系统破碎后进入原料仓，然后通过第一计量配合系统与助剂A计量配合后进入废渣粉磨系统进行粉磨、选粉后制得的粉状物料，粉状物料存放在粉料仓待用；二次铝灰直接进入原料仓也通过第一计量配合系统与助剂A计量配合后进入废渣粉磨系统进行粉磨、选粉后制得粉状物料，粉状物料存放在粉料仓待用，同时选粉选出的粗粉通过振动筛选出金属铝，另行存放，返回电解铝厂处理；原料仓、粉料仓均按照铝电解槽大修渣(包括废耐火砖渣、废阴极炭块)和二次铝灰分别设置；
预处理过程中，铝电解槽大修渣与二次铝灰粉磨的过程中加入助剂A共同粉磨，可以防止HF的外泄；
步骤(2)、固氟转化：将步骤(1)经预处理后得到的铝电解槽大修渣粉料(包括废耐火砖渣粉料、废阴极炭块粉料)和二次铝灰粉料分别通过第二计量配合系统按计量比例加入清水和助剂B后，均匀稳定喂料进入转化磨，各物料分别进行转化，采用间隙式运行，转化过程中进行湿法粉磨，物料经过充分转化反应后，卸出磨外分别存储在不同的料浆池内进行洗涤；
步骤(3)、碱金属盐的提取：将步骤(2)经洗涤后出料浆池的不同料浆分别通过污泥泵送到过滤装置进行过滤，分别得到不同的清液(包括炭渣滤液、耐材滤液、铝灰滤液)和固体渣(包括炭质滤渣、砖粉滤渣和铝灰滤渣)，分别存放在不同的清液池(包括炭渣滤液仓、耐材滤液仓、铝灰滤液仓)和固体渣仓(包括炭质滤渣仓、砖粉滤渣仓和铝灰滤渣仓)内待用，然后清液池的清液送到仓式蒸发机蒸发水分，得到固体盐；
步骤(4)、水泥窑并联生产双快水泥：将步骤(3)过滤后得到的不同固体渣(包括炭质滤渣、砖粉滤渣和铝灰滤渣)，按照双快水泥要求的成分和燃料要求加入石灰石粉、校正料后进行计量配比，在混合搅拌装置内搅拌均匀然后通过挤压成型机成球后，进入立式焙烧炉内煅烧成双快水泥熟料，然后配入石膏粉粉磨得到双快水泥产品；
进一步地，
步骤(1)中，铝电解槽大修渣通过两级破碎，一级破碎机采用颚式破碎机或圆锥式破碎机，一级破碎机进的料口尺寸不小于600×900mm，保证大块阴极炭块的进料，一级破碎机采用板式喂料机或振动给料机均匀给料；通过二级破碎机使铝电解槽大修渣物料小于10mm。
进一步地，
步骤(1)中，铝电解槽大修渣通过废渣粉磨系统粉磨后，选出100-300目以下粉料，进入下一工序。
进一步的，
步骤(1)中，二次铝灰经粉磨后的出磨物料通过风选选粉机选出轻颗粒物料，然后通过振动筛筛分得到粒径较大的含金属铝物料，筛下的二次铝灰粉料进入下道工序。
进一步的，
步骤(1)中的助剂A为碳酸钙、硫酸钙、硝酸钙、醋酸钙、氯化钙的一种和/或几种组合，转化助剂A添加质量为固体物料中氟离子含量的0.8-2倍。
进一步地，
步骤(2)中转化反应时间为0.5-5小时，湿法粉磨加入的清水量为固体物料的0.3～5倍。
进一步地，
步骤(2)中转化助剂B为双氧水、高锰酸钾、次氯酸钾、次氯酸钠的一种或几种组合的水溶液，通过管道直接用泵送入转化磨内，添加量为固体物料重量的0.1-0.5％。
进一步地，
步骤(2)中，料浆池采用气力搅拌方式搅拌，并根据需要加水调整料浆的浓度，每次洗涤水量为固体物料的1-3倍。
进一步地，
步骤(3)中仓式蒸发机采用方形料仓结构，仓内设置热风管道，并通入100-200℃热风，仓内加满需蒸发的液体，水分加热后形成气体从蒸发机顶部排出，被浓缩的液体结晶后沉入仓底排出仓外。
进一步地，
步骤(3)中仓式蒸发机的热风采用高温风机抽吸，热风从水泥窑尾高温风机出风口处引入，通过蒸发机后再回到水泥窑尾收尘器进风管道，烟气不与蒸发液体接触。
进一步地，
步骤(3)中仓式蒸发机排出的水蒸汽用抽吸机抽取，并用冷凝器冷凝，冷凝水回到清水池用于洗涤，少量不凝气体进入水泥窑。
进一步地，
步骤(4)中，为保证熟料烧成，立式焙烧炉内的煅烧反应温度为1200-1350℃。
进一步地，
步骤(4)中所述校正料为煤炭、粘土、石灰石、电石渣、石膏、脱硫石膏、粉煤灰的一种或几种，校正料为100-300目以下的粉体或通过粉磨制成100-300目以下的粉体
进一步地，
步骤(4)中，为配制双快水泥熟料主要成分符合CaO的质量百分比为38-44％、Al2O3的质量百分比为10-30％、SiO2的质量百分比为10-20％、Fe2O3的质量百分比为1-5％、CaF2的质量百分比为2-8％的要求，废耐火砖渣和/或废阴极炭块固体渣：二次铝灰固体渣：石灰石的质量比为10-30:10-30:20-50，熟料烧成热耗为2800-4180kJ/kg的熟料。
进一步地，
步骤(4)中，经挤压成球后的球料从立式焙烧炉炉体上部的进料口进入炉内，料球在自身重力的作用下，从炉体上部缓慢往下部移动，渣料自上而下通过预热干燥、氧化分解、烧结和冷却过程，烧结成双快水泥熟料从出料口卸出；立式焙烧炉的烟气从右炉体上部的烟气出口排出进入水泥窑系统的窑尾烟室；从左炉体顶部的低温烟气出口排出的低温烟气中的水蒸汽经冷凝器冷凝后，冷凝水回到清水池作为洗涤水使用，不凝气体与从烟气出口排出的立式焙烧炉本身产生的烟气一起进入或水泥窑系统的窑尾烟室或引入鼓风机进口作为立式焙烧炉的冷却风使用。
进一步的，
按照熟料烧成要求，在立式焙烧炉的烧成段可以补入燃料，确保烧成温度，即通过炉膛右侧的燃料入口补入燃料；同时为保证碳质全部燃烧，即保证阴极炭块的富氧和高温燃烧，从水泥窑系统的三次风管系统引入850-950℃的热风直接进入立式焙烧炉中部，物料在立式焙烧炉内停留时间为1-4个小时，多余热量通过烟气进入水泥窑系统。
上述处理过程中，所有物料转运、粉碎、储存过程均密封进行，系统内的所有设备、料仓之间固体物料采用皮带输送机、提升机、螺旋输送机、风送斜槽、链式输送机等输送设备连接，并设置抽吸机用于形成微负压。所有气体用风管送入袋式除尘器进行净化处理后排放。所述各种液态物料(包括清水、盐水和泥浆)从储存池到设备间的输送采用污水泵、清水泵、泥浆泵输送，通过水煤气管(镀锌钢管)链接，并选用各种管道阀门和计量装置控制流量，采取科学的密封装置防止跑冒泄露。
通过本发明可以实现电解铝废渣无害化、资源化的最终处置，本发明具有以下有益效果：
1、本发明是提供一种能同时针对电解铝工业所产两种危废集中资源化处理方案，采用本方案可一次将电解铝工业废渣(包括废耐火砖渣、废阴极炭块和二次铝灰)集中统一处理，消除其毒性危害，废渣中的氟和铝成为水泥的基本原料，一般的，1吨电解铝废渣可以生产3-5吨具有性价比高的特种双快水泥和0.1-0.3吨碱金属盐。废渣中的炭能全部燃烧转化成为水泥生产所需的燃料，一般的处理每吨铝电解槽大修渣可以节约0.3-0.4吨煤炭，基本满足双快水泥生产所需的燃料通过无害化转化后得到稳定废渣，可进一步从废渣中提出价值较高的石墨材料、CaF2、SiC-Si3N4粉、含铝化合物，最后将残渣作为水泥原材料使用。因此，本发明能节约资源、降低能耗、节约生产成本，符合发展循环经济和可持续发展的要求。
2、本发明通过科学和系统的方法对电解铝工业废渣进行无害转化，废渣预处理和水泥粉磨过程中全部在密闭设备和负压环境下操作，并采用高效除尘设备进行处理，没有粉尘污染；转化和焙烧过程中的废水、废气和废渣可以得到循环使用和有效利用，无二次排放，彻底消除了二次污染的可能。其中，转化中产生的H2、NH3、CH4等还原性可燃气体，将其收集直接进入水泥窑可作为燃料和脱硝剂使用；产生的微量含氟化合物气体在水泥窑CaO强碱性条件下完全可以吸收固化成CaF2固体物质进入水泥熟料，不会对外排放。所有水蒸汽蒸发后通过冷凝回收实现循环使用，不需要对外排放。所有废渣全部用于水泥生产原料。
3、本发明采用水泥窑旁路并联煅烧方式，石墨化阴极炭块在立式焙烧窑焚烧可以根据需要设置停留时间，可以通过热烟气与水泥窑有效地交换热量，满足其所需的高温和和燃烧氧气，同时也可以将在立式焙烧窑焚烧产生的富余热量被水泥窑吸收，减少了能耗损失。同时，将其产生的废气进入水泥窑高温强碱性系统处理，彻底消除了环保风险，特别是转化中产生的H2、NH3、CH4等还原性可燃气体，将其收集直接进入水泥窑可作为燃料和脱硝剂使用，变害为宝。利用水泥窑为余热发电后的低温烟气对盐水蒸发结晶，可以节约蒸发能耗。利用水泥窑协同处理的技术优势还在于利用水泥厂的水泥生产的技术力量和水泥行业经营管理经验，有利于特种水泥的生产和销售。
4、本发明针对物料特性采用独特的工艺装备，完全可以组织大型化工业生产：
①本发明针对电解铝废渣的特性设计专门的立式焙烧炉作为煅烧设备，不仅设备构造简单独特，操作方便、造价低，而且通过分段抽取烟气可以实现水蒸气低温分离和回收，降低因为大量水蒸气进入水泥窑对水泥生产的影响；同时采取中部加强通风和外加煤燃烧补充能量等独特工艺，可以确保石墨化阴极碳的完全燃烧；还能防止在窑体预热段产生结块而影响安全运转；通过分段通风也可以降低通风阻力，有利于节能降耗和改善窑内通风，为生产优质水泥创造条件。
②本发明针对利用低温烟气余热蒸发盐水采用仓式蒸发机，改蒸发机结构简单，通过的烟气量大，阻力小，可以多级串联，蒸发效率高，没有二次污染。
③本发明采用球磨机改造的转化磨，可以实现的固体废渣物料的消毒和转化，还可以提取转化气体。通过转化磨和过滤装置可以实现电解铝工业废渣无害转化后气体、液体和固体三相的有效分离。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例水泥窑协同处置电解铝废渣生产双快水泥的整体工艺流程图；
图2为本发明实施例立式焙烧炉的整体结构示意图；
图3为本发明实施例立式焙烧炉的出渣机构的结构示意图；
上述附图标记：
1、破碎系统；2、原料仓；3、助剂A仓；4、第一计量配合系统；5、废渣粉磨设备；6、选粉设备；7、筛分机；8、粉料仓；9、第二计量配合系统；10、立式焙烧炉；11、清水池；12、转化磨；13、料浆池；14、过滤装置；1501、炭渣滤液池；1502、耐材滤液池；1503、铝灰滤液池；1601、炭质滤渣仓；1602、砖粉滤渣仓；1603、铝灰滤渣仓；17、第三计量配合系统；18、混料搅拌装置；19、挤压成型机；20、助剂B仓；21、第一冷凝器；22、水泥窑系统；23、仓式蒸发机；24、第二冷凝器；25、特种水泥熟料仓；26、第四计量配合系统；27、水泥粉磨设备；28、包装机；29、石灰石粉仓；30、校正料仓；31、煤粉仓；32、石膏仓；
1001、进料口；1002、出料口；1003、高温烟气入口；1004、冷空气入口；1005、低温烟气出口；1006、烟气出口；1007、燃料入口；1008、预热干燥室；1009、烟气室；1010、焚烧分解室；1011、炉膛；1012、上隔墙；1013、倾斜隔板；1014、上部隔墙开口；1015、下部隔墙开口；1016、固定炉箅子；1017、观察门；1018、耐磨环形钢衬；1019、操作台；1020、传动立轴；1021、驱动机构；1022、渣料斗；1023、塔式炉篦子；1024、下隔墙；1025、卸料管。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对发明进一步说明，但不用来限制本发明的范围。
如图1-3所示，本实施例提供一种水泥窑协同处置电解铝废渣生产双快水泥的系统，具体包括：依次连接的废渣预处理系统、转化反应系统、碱金属盐提取系统以及水泥窑并联生产双快水泥系统；
所述废渣预处理系统包括依次连接的：破碎系统1、若干原料仓2(包括废阴极炭块原料仓、废耐火砖渣原料仓、二次铝灰仓原料仓)、第一计量配合系统4、废渣粉磨系统、若干粉料仓8(包括废阴极炭块粉料仓、废耐火砖渣粉料仓、二次铝灰仓粉料仓)；还包括助剂A仓3，破碎系统1用于破碎电解槽大修渣中的废阴极炭块、废耐火砖渣，若干原料仓2用于分别存放经破碎后的废阴极炭块、废耐火砖渣及二次铝灰；第一计量配合系统4用于将助剂A仓3内的助剂A和原料仓2内的物料计量配合后输送至废渣粉磨系统；若干粉料仓8用于分别存放经粉磨后的废阴极炭块、废耐火砖渣及二次铝灰；
破碎系统1包括：卸料坑、板式喂料机、一级破碎机和二级破碎机；
废渣粉磨系统具体包括废渣粉磨设备5、选粉设备6、振动筛7；选粉设备6包括依次设置的风选选粉机、电选机。二次铝灰经过粉磨设备粉磨后，由于金属铝通过高压挤压后不会碎裂，只会延伸增大面积的特点，因此通过风选选粉机选出的粗粉还需通过振动筛筛分后选出金属铝，另行存放，返回电解铝厂处理。
作为优选实施例，上述一级破碎机采用颚式破碎机，其进料口尺寸为600×900mm。上述作为其他优选实施例，一级破碎机还可以采用圆锥式破碎机，一级破碎机采用板式喂料机或振动给料机均匀给料。
作为优选实施例，上述二级破碎机采用双轴破碎机。作为其他优选实施例，二级破碎机还可以采用柱式破碎机或冲击式细碎机。
作为优选实施例，废渣粉磨设备5采用粉磨效率高、能耗低的柱磨机、雷蒙磨、立式磨、风扫磨或辊压机。
所述转化反应系统包括：转化磨12、料浆池13(料浆池可设置2-3个)、助剂B仓20、清水池11，转化磨12的进料口通过第二计量配合系统9与废渣预处理系统的粉料仓8连接，第二计量配合系统9用于将粉料仓8内的粉料、助剂B仓20内助剂B及清水池11内的水计量配合后输送至转化磨12，转化磨12的出料口连接料浆池13；
所述碱金属盐提取系统包括：依次连接的过滤装置14、若干清液(盐水)池(包括炭渣滤液池1501、耐材滤液池1502、铝灰滤液池1503)、仓式蒸发机23、若干固体渣仓(包括炭质滤渣仓1601、砖粉滤渣仓1602、铝灰滤渣仓1603)，过滤装置14与转化反应系统的料浆池13的料浆出口通过管路连接，过滤装置14设有清液出口、固体渣出口，清液出口与清液池连接、清液池与仓式蒸发机23连接，固体渣出口连接固体渣仓；若干清液池(包括炭渣滤液池1501、耐材滤液池1502、铝灰滤液池1503)、固体渣仓(包括炭质滤渣仓1601、砖粉滤渣仓1602、铝灰滤渣仓1603)用于分别存放废阴极炭块、废耐火砖渣及二次铝灰经转化后的清液、固体渣；
所述水泥窑并联生产双快水泥系统包括：依次连接的混料搅拌装置18、挤压成型机19、立式焙烧炉10、特种水泥熟料仓25、水泥粉磨设备27，还包括水泥窑系统22，水泥窑系统22与立式焙烧炉10连接，水泥窑系统22还与碱金属盐提取系统的仓式蒸发机23连接；特种水泥熟料仓25用于存储经立式焙烧炉10焙烧冷却后的双快水泥熟料；混料搅拌装置18的进料口通过第三计量配合系统17与碱金属盐提取系统的固体渣仓连接，第三计量配合系统17用于将分别存放在若干固体渣仓内的不同转化滤渣(包括碳质滤渣、砖粉滤渣和铝灰滤渣)与石灰石粉仓内29的石灰石粉、校正料仓30内的校正料计量配合后输送至混料搅拌装置18；水泥粉磨设备27的进料口通过第四计量配合系统26与特种水泥熟料仓25连接，第四计量配合系统27用于将特种水泥熟料仓25内的水泥熟料与石膏仓32内的石膏计量配合后输送至水泥粉磨设备27；
系统内的所有设备均为密封连接，并设置抽吸机用于形成微负压。
本发明中，在废渣预处理过程中是将电解铝工业废渣按照电解槽大修渣和二次铝灰分别进料存放，铝电解槽大修渣又将废旧耐火砖渣、废阴极炭块分别进行预处理，废旧耐火砖渣、废阴极炭块经破碎系统破碎后进入原料仓2(分别设有废耐火砖渣原料仓和废阴极炭块原料仓)；二次铝灰不需要破碎，直接进入原料仓2(二次铝灰原料仓)，然后依次连接粉磨系统、粉料仓8(粉料仓也是按照废耐火砖渣、废阴极炭块和二次铝灰分别设置的)。
本实施例中第一计量配合系统4包括设置在各原料仓底部及助剂A仓3底部的喂料计量装置；所述第二计量配合系统9包括设置在各粉料仓8底部的喂料计量装置，具体为螺旋喂料计量机构，以及设置在助剂B仓20、清水池11底部的流量计；第三计量配合系统17包括设置在各固体渣仓(包括碳质滤渣仓1601、砖粉滤渣仓1602和铝灰滤渣仓1603)底部的喂料计量装置与石灰石粉仓29、校正料仓30底部的喂料计量装置；第四计量喂料装置26包括设置在特种水泥熟料仓25、石膏仓32底部的喂料计量装置，具体可以为皮带计量秤，所述第一至第四计量配合系统均与计算机控制系统连接。
所述水泥粉磨设备和成品发出系统可以共用水泥厂现有水泥制成系统设施。
作为优选实施例，转化磨12采用改造后的球磨机，其进料口、出料口分别设置进料锁气阀、出料闸阀，磨内研磨体为陶瓷或合金材料研磨体，且转化磨的磨尾设置气体出口，气体出口设有抽吸机，用于及时将磨内气体收集排出。
作为优选实施例，所述混料搅拌装置采用双轴搅拌机，还可以采用回转式搅拌机、轮辗均质机、挤压成型机、盘式成球机的一种或几种的组合。
料浆池13内设有搅拌装置，用于对出磨料浆进行洗涤；混料搅拌装置18内也设有搅拌机构。
本发明的实施例中，立式焙烧炉10具体包括：
炉本体，所述炉本体为由外部机壳构成的一个立式整体，包括由中间隔墙分隔而成的左炉体和右炉体；
左炉体由上往下包括预热干燥室1008、焚烧分解室1010；左炉体的上部设有进料口1001和低温烟气出口1005；左炉体的下部设有高温蒸烟入口1003和固定炉篦子1016；右炉体包括由倾斜隔板1013分隔而成的上部的烟气室1009和下部的炉膛1011；
所述中间隔墙包括上隔墙1012和下隔墙1015，上隔墙1012的底端与倾斜隔板1013的上端面之间为上部隔墙开口1014，用于高温烟气进入烟气室1009；下隔墙1015的顶端与倾斜隔板1013的下端面之间为下部隔墙开口1015，用于焙烧渣卸出；
固定炉箅子1016倾斜设置，其一端固定在机壳上，另一端固定在下隔墙1015的顶端；
右炉体的烟气室1009通过上部隔墙开口1014与左炉体相连，便于引出烟气；烟气室1009的上部设置烟气出口1006，烟气进入烟气室1009进行粉尘的沉降分离后从烟气出口1006排出炉外；
右炉体的炉膛1011通过下部隔墙开口1015与左炉体相连，炉膛1011右侧设有燃料入口1007，炉膛1011底部设置出渣机构和冷空气入口1004，沉积分离后的粉尘顺着倾斜隔板1013的表面从下部隔墙开口落入出渣机构。
固定炉箅子1016覆盖整个左炉体截面，固定炉箅子1016两侧边也与机壳相连。
炉膛1011右侧还设有人工监视门和操作台。
所述出渣机构包括：可转动的塔式炉篦子1023、传动立轴1020、驱动机构1021、渣料斗1022、卸料管1025、出料口1002、耐磨环形钢衬1018；塔式炉篦子1023与驱动机构1021通过传动立轴1020相连；渣料斗1022与炉体机壳相连，渣料斗1022下部与卸料管1025相连，渣料斗1022上部与耐磨环形钢衬1018相连，卸料管1025连通渣料斗1022和出料口1002，冷空气入口1004设置在渣料斗1022上，冷空气入口1004通过穿过渣料斗1022的冷风管道连通至塔式炉篦子1023底部。
驱动机构1021包括减速机和电动机，驱动机构1021直接固定安装在外部的混凝土支座上。
固定炉箅子1016为特种陶瓷多孔板或特种耐高温防腐不锈钢多孔板。固定炉箅子1016的倾斜角度优选为35-60°。
所述机壳包括钢制机壳本体、覆盖在机壳本体上的保温材料层和覆盖在保温材料层上的耐火砖层。具体生产制作时，即在钢制机壳本体上贴加保温材料后再砌筑耐火材料，并根据窑内物质酸碱性能可选择耐酸或耐碱耐火材料。
本实施例中水泥窑协同处理电解铝废渣生产双快水泥的系统的处理方法，具体如下：
步骤(1)、废渣预处理：对于电解铝废渣包括铝电解槽大修渣(包括废耐火砖渣、废阴极炭块)和二次铝灰分别进行预处理，其中铝电解槽大修渣(包括废耐火砖渣、废阴极炭块)依次通过破碎系统1破碎后进入原料仓2，然后通过第一计量配合系统4与助剂A仓3内的助剂A计量配合后进入废渣粉磨系统进行粉磨、选粉后制得的粉状物料，粉状物料存放在粉料仓8待用；二次铝灰直接进入原料仓2也通过第一计量配合系统4与助剂A计量配合后进入废渣粉磨系统的废渣粉磨设备5进行粉磨、选粉设备6选粉后制得粉状物料，粉状物料存放在粉料仓待用，同时选粉选出的粗粉通过振动筛7选出金属铝，另行存放，返回电解铝厂处理；原料仓2、粉料仓8均按照铝电解槽大修渣(包括废耐火砖渣、废阴极炭块)和二次铝灰分别设置；
预处理过程中，铝电解槽大修渣与二次铝灰粉磨的过程中加入助剂A共同粉磨，可以防止HF的外泄；
步骤(1)中，铝电解槽大修渣(包括废耐火砖渣、废阴极炭块)通过两级破碎，一级破碎机保证大块阴极炭块的进料，二级破碎机使铝电解槽大修渣物料小于10mm；铝电解槽大修渣通过废渣粉磨系统粉磨后，选出100-300目以下粉料，进入下一工序。
二次铝灰经粉磨后的出磨物料通过风选选粉机选出轻颗粒物料，然后通过振动筛筛分得到粒径较大的含金属铝物料，筛下的二次铝灰粉料进入下道工序。
转化剂A为碳酸钙、硫酸钙、硝酸钙、醋酸钙、氯化钙的一种和/或几种组合。添加量为固体物料重量的0.8-2倍。
步骤(2)、固氟转化：将步骤(1)经预处理后得到的铝电解槽大修渣粉料(保留废耐火砖渣粉料、废阴极炭块粉料)和二次铝灰粉料分别通过第二计量配合系统9按计量比例加入清水和助剂B后，均匀稳定喂料进入转化磨12，各物料分别进行转化，采用间隙式运行，转化过程中进行湿法粉磨，物料经过充分转化反应后，卸出磨外分别存储在不同的料浆池13内进行洗涤；
步骤(2)中，转化反应时间为0.5-5小时，湿法粉磨加入的清水量为固体物料的0.3～5倍。转化剂B为双氧水、高锰酸钾、次氯酸钾、次氯酸钠的一种或几种组合的水溶液，本实施例中采用次氯酸钠，转化剂B通过管道直接用泵送入转化反应磨内，添加量为固体物料重量的0.1-0.5％。料浆池13采用气力搅拌方式搅拌，并根据需要加水调整料浆的浓度，每次洗涤水量为固体物料的1-3倍。
步骤(3)、碱金属盐的提取：将步骤(2)经洗涤后出料浆池13的不同料浆分别通过污泥泵送到过滤装置14进行过滤，分别得到不同的清液(包括炭渣滤液、耐材滤液、铝灰滤液)和固体渣(包括炭质滤渣、砖粉滤渣和铝灰滤渣)，分别存放在不同的清液池(包括炭渣滤液仓1501、耐材滤液仓1502、铝灰滤液仓1503)和固体渣仓(包括炭质滤渣仓1601、砖粉滤渣仓1602和铝灰滤渣仓1603)内待用，然后清液池的清液送到仓式蒸发机23蒸发水分，得到固体盐；
步骤(3)中，仓式蒸发机23采用方形料仓结构，仓内设置热风管道，并通入100-200℃热风，仓内加满需蒸发的液体，水分加热后形成气体从蒸发机顶部排出，被浓缩的液体结晶后沉入仓底排出仓外。仓式蒸发机23的热风采用高温风机抽吸，热风从水泥窑尾高温风机出风口处引入，通过仓式蒸发机23后再回到水泥窑尾收尘器进风管道，烟气不与蒸发液体接触。仓式蒸发机23排出的水蒸气用抽吸机抽取，并用第二冷凝器24冷凝，冷凝水回到清水池用于洗涤，少量不凝气体进入水泥窑系统22。
步骤(4)、水泥窑并联生产双快水泥：将步骤(3)过滤后得到的不同固体渣(包括炭质滤渣、砖粉滤渣和铝灰滤渣)，按照双快水泥要求的成分和燃料要求加入石灰石粉、校正料后进行计量配比，在混合搅拌装置18内搅拌均匀然后通过挤压成型机19成球后，进入立式焙烧炉10内煅烧成双快水泥熟料，然后配入石膏粉粉磨得到双快水泥产品。
步骤(4)中，为保证熟料烧成，立式焙烧炉10内的煅烧反应温度为1200-1350℃；所述所述校正料为煤炭、粘土、石灰石、电石渣、石膏、脱硫石膏、粉煤灰的一种或几种，校正料为100-300目以下的粉体或通过粉磨制成100-300目以下的粉体。
为配制双快水泥熟料主要成分符合CaO的质量百分比为38-44％、Al2O3的质量百分比为10-30％、SiO2的质量百分比为10-20％、Fe2O3的质量百分比为1-5％、CaF2的质量百分比为2-8％的要求，废耐火砖渣和/或废阴极炭块固体渣(即：炭质滤渣和/或砖粉滤渣)：二次铝灰固体渣(即铝灰滤渣)：石灰石的质量比为10-30:10-30:20-50，熟料烧成热耗为2800-4180kJ/kg的熟料。
步骤(4)中，经挤压成球后的球料从立式焙烧炉10炉体上部的进料口1001进入炉内，料球在自身重力的作用下，从炉体上部缓慢往下部移动，渣料自上而下通过预热干燥、氧化分解、烧结和冷却过程，烧结成双快水泥熟料从出料口1002卸出；立式焙烧炉10的本身产生的烟气从右炉体上部的烟气出口1006排出进入水泥窑系统22的窑尾烟室；从左炉体顶部的低温烟气出口1005排出的低温烟气的水蒸汽经第一冷凝器21冷凝后，冷凝水回到清水池11作为洗涤水使用，不凝气体与从烟气出口1006排出的烟气一起进入或水泥窑系统22的窑尾烟室或引入鼓风机进口作为立式焙烧炉10的冷却风使用。
按照熟料烧成要求，在立式焙烧炉10的烧成段可以补入燃料，从煤粉仓31补入煤粉，确保烧成温度，即通过炉膛右侧的燃料入口1007补入燃料；同时为保证碳质全部燃烧，即保证阴极炭块的富氧和高温燃烧，从水泥窑系统22的三次风管系统引入850-950℃的热风(图1中的高温烟气)直接进入立式焙烧炉10中部，物料在立式焙烧炉10内停留时间为1-4个小时，多余热量通过烟气(图1中的中部烟气)排出进入水泥窑系统22。
上述处理过程中，所有物料转运、粉碎、储存过程均密封进行，系统内的所有设备、料仓之间固体物料采用皮带输送机、提升机、螺旋输送机、风送斜槽、链式输送机等输送设备连接，并设置抽吸机用于形成微负压。所有气体用风管送入袋式除尘器进行净化处理后排放。所述各种液态物料(包括清水、盐水和泥浆)从储存池到设备间的输送采用污水泵、清水泵、泥浆泵输送，通过水煤气管(镀锌钢管)链接，并选用各种管道阀门和计量装置控制流量，采取科学的密封装置防止跑冒泄露。
通过本发明可以实现电解铝废渣无害化、资源化的最终处置。本发明能同时针对电解铝工业所产两种危废集中资源化处理，可一次将电解铝工业废渣(包括废耐火砖渣、废阴极炭块和二次铝灰)集中统一处理，消除其毒性危害，废渣中的氟和铝成为水泥的基本原料，一般的，1吨电解铝废渣可以生产3-5吨具有性价比高的特种双快水泥和0.1-0.3吨碱金属盐。废渣中的炭能全部燃烧转化成为水泥生产所需的燃料，一般的处理每吨铝电解槽大修渣可以节约0.3-0.4吨煤炭，基本满足双快水泥生产所需的燃料通过无害化转化后得到稳定废渣，可进一步从废渣中提出价值较高的石墨材料、CaF2、SiC-Si3N4粉、含铝化合物，最后将残渣作为水泥原材料使用。因此，本发明能节约资源、降低能耗、节约生产成本，符合发展循环经济和可持续发展的要求。
本发明通过科学和系统的方法对电解铝工业废渣进行无害转化，废渣预处理和水泥粉磨过程中全部在密闭设备和负压环境下操作，并采用高效除尘设备进行处理，没有粉尘污染；转化和焙烧过程中的废水、废气和废渣可以得到循环使用和有效利用，无二次排放，彻底消除了二次污染的可能。其中，转化中产生的H2、NH3、CH4等还原性可燃气体，将其收集直接进入水泥窑可作为燃料和脱硝剂使用；产生的微量含氟化合物气体在水泥窑CaO强碱性条件下完全可以吸收固化成CaF2固体物质进入水泥熟料，不会对外排放。所有水蒸汽蒸发后通过冷凝回收实现循环使用，不需要对外排放。所有废渣全部用于水泥生产原料。
本发明采用水泥窑旁路并联煅烧方式，石墨化阴极炭块在立式焙烧窑焚烧可以根据需要设置停留时间，可以通过热烟气与水泥窑有效地交换热量，满足其所需的高温和富氧燃烧，同时也可以将在立式焙烧窑焚烧产生的富余热量被水泥窑吸收，减少了能耗损失。同时，将其产生的废气进入水泥窑高温强碱性系统处理，彻底消除了环保风险，特别是转化中产生的H2、NH3、CH4等还原性可燃气体，将其收集直接进入水泥窑可作为燃料和脱硝剂使用，变害为宝。利用水泥窑为余热发电后的低温烟气对盐水蒸发结晶，可以节约蒸发能耗。利用水泥窑协同处理的技术优势还在于利用水泥厂的水泥生产的技术力量和水泥行业经营管理经验，有利于特种水泥的生产和销售。
本发明针对物料特性采用独特的工艺装备，完全可以组织大型化工业生产：
①本发明针对电解铝废渣的特性设计专门的立式焙烧炉作为煅烧设备，不仅设备构造简单独特，操作方便、造价低，而且通过分段抽取烟气可以实现水蒸气低温分离和回收，降低因为大量水蒸气进入水泥窑对水泥生产的影响；同时采取中部加强通风和外加煤燃烧补充能量等独特工艺，可以确保石墨化阴极碳的完全燃烧；还能防止在窑体预热段产生结块而影响安全运转；通过分段通风也可以降低通风阻力，有利于节能降耗和改善窑内通风，为生产优质水泥创造条件。
②本发明针对利用低温烟气余热蒸发盐水采用仓式蒸发机，改蒸发机结构简单，通过的烟气量大，阻力小，可以多级串联，蒸发效率高，没有二次污染。
③本发明采用球磨机改造的转化磨，可以实现的固体废渣物料的消毒和转化，还可以提取转化气体。通过转化磨和过滤装置可以实现电解铝工业废渣无害转化后气体、液体和固体三相的有效分离。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.水泥窑协同处置电解铝废渣联产双快水泥的系统，其特征在于，具体包括：
依次连接的废渣预处理系统、转化反应系统、碱金属盐提取系统以及水泥窑并联生产双快水泥系统；
所述废渣预处理系统包括依次连接的：破碎系统、若干原料仓、第一计量配合系统、废渣粉磨系统、若干粉料仓；还包括助剂A仓，所述破碎系统用于破碎电解槽大修渣中的废阴极炭块、废耐火砖渣，若干原料仓用于分别存放经破碎后的废阴极炭块、废耐火砖渣，及二次铝灰；第一计量配合系统用于将助剂A仓内的助剂A和原料仓内的物料计量配合后输送至废渣粉磨系统；若干粉料仓用于分别存放经粉磨后的废阴极炭块、废耐火砖渣及二次铝灰；
所述转化反应系统统包括：转化磨、料浆池、助剂B仓、清水池，转化磨的进料口通过第二计量配合系统与废渣预处理系统的粉料仓连接，第二计量配合系统用于将粉料仓内的粉料、助剂B仓内助剂B及清水池内的水计量配合后输送至转化磨，转化磨的出料口连接料浆池；
所述碱金属盐提取系统包括：依次连接的过滤装置、若干清液池、仓式蒸发机、若干固体渣仓，所述过滤装置与固氟转化系统的料浆池的料浆出口通过管路连接，过滤装置设有清液出口、固体渣出口，清液出口与清液池连接、清液池与仓式蒸发机连接，固体渣出口连接固体渣仓；若干清液池、固体渣仓用于分别存放废阴极炭块、废耐火砖渣及二次铝灰经转化后的清液、固体渣；
所述水泥窑并联生产双快水泥系统包括：依次连接的混料搅拌装置、挤压成型机、立式焙烧炉、特种水泥熟料仓、水泥粉磨设备，还包括水泥窑系统，水泥窑系统与立式焙烧炉连接，水泥窑系统还与碱金属盐提取系统的仓式蒸发机连接；特种水泥熟料仓用于存储经立式焙烧炉焙烧冷却后的双快水泥熟料；混料搅拌装置的进料口通过第三计量配合系统与碱金属盐提取系统的固体渣仓连接，第三计量配合系统用于将分别存放在若干固体渣仓内的不同转化滤渣与石灰石粉仓内的石灰石粉、校正料仓内的校正料计量配合后输送至混料搅拌装置；水泥粉磨设备的进料口通过第四计量配合系统与特种水泥熟料仓连接，第四计量配合系统用于将特种水泥熟料仓内的水泥熟料与石膏仓内的石膏计量配合后输送至水泥粉磨设备；
系统内的所有设备均为密封连接，并设置抽吸机用于形成微负压。
2.根据权利要求1所述的水泥窑协同处置电解铝废渣联产双快水泥的系统，其特征在于，
所述第一计量配合系统包括设置在各原料仓底部及助剂A仓底部的喂料计量装置；
所述第二计量配合系统包括设置在各粉料仓底部的喂料计量装置以及设置在助剂B仓、清水池底部的流量计；
所述第三计量配合系统包括设置在各固体渣仓底部的喂料计量装置与石灰石粉仓、校正料仓底部的喂料计量装置；
所述第四计量喂料装置包括设置在特种水泥熟料仓、石膏仓底部的喂料计量装置，所述第一至第四计量配合系统均与计算机控制系统连接。
3.根据权利要求1或2所述的水泥窑协同处置电解铝废渣联产双快水泥的系统，其特征在于，
所述破碎系统包括：卸料坑、喂料机、一级破碎机和二级破碎机；一级破碎机采用喂料机均匀给料；
所述一级破碎机采用颚式破碎机或圆锥式破碎机；
所述喂料机采用板式喂料机或振动给料机；
二级破碎机为柱式破碎机、双轴破碎机或冲击式细碎机。
4.根据权利要求1或2所述的水泥窑协同处置电解铝废渣联产双快水泥的系统，其特征在于，
所述废渣粉磨系统包括：电解槽大修渣粉磨系统和二次铝灰粉磨系统，电解槽大修渣粉磨系统和二次铝灰粉磨系统均包括依次连接的废渣粉磨设备、选粉设备、振动筛；
所述废渣粉磨设备为柱磨机、雷蒙磨、立式磨、风扫磨或辊压机。
5.根据权利要求1或2所述的水泥窑协同处置电解铝废渣联产双快水泥的系统，其特征在于，
所述立式焙烧炉具体包括：炉本体，所述炉本体为由外部机壳构成的一个立式整体，包括由中间隔墙分隔而成的左炉体和右炉体；
左炉体由上往下包括预热干燥室、焚烧分解室；左炉体的上部设有进料口和低温烟气出口；左炉体的下部设有高温烟汽入口和固定炉篦子；右炉体包括由倾斜隔板分隔而成的上部的烟气室和下部的炉膛；
所述中间隔墙包括上隔墙和下隔墙，上隔墙的底端与倾斜隔板的上端面之间为上部隔墙开口；下隔墙的顶端与倾斜隔板的下端面之间为下部隔墙开口；
所述固定炉箅子倾斜设置，其一端固定在机壳上，另一端固定在下隔墙的顶端；
右炉体的烟气室通过上部隔墙开口与左炉体相连；烟气室的上部设置烟气出口；
右炉体的炉膛通过下部隔墙开口与左炉体相连，炉膛右侧设有燃料入口，炉膛底部设置出渣机构和冷空气入口。
6.根据权利要求5所述的水泥窑协同处置电解铝废渣联产双快水泥的系统，其特征在于，
所述出渣机构包括：可转动的塔式炉篦子、传动立轴、驱动机构、渣料斗、卸料管、出料口、耐磨环形钢衬；塔式炉篦子与驱动机构通过传动立轴相连；渣料斗与炉体机壳相连，渣料斗下部与卸料管相连，渣料斗上部与耐磨环形钢衬相连，卸料管连通渣料斗和出料口，冷空气入口设置在渣料斗上，冷空气入口通过穿过渣料斗的冷风管道连通至塔式炉篦子底部。
7.一种水泥窑协同处理电解铝废渣联产双快水泥的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤(1)、废渣预处理：对于电解铝废渣包括铝电解槽大修渣和二次铝灰分别进行预处理，其中铝电解槽大修渣中的废耐火砖渣、废阴极炭块先通过破碎系统破碎后进入原料仓，然后通过第一计量配合系统与助剂A计量配合后进入废渣粉磨系统进行粉磨、选粉后制得的粉状物料，粉状物料存放在粉料仓待用；二次铝灰直接进入原料仓，然后通过第一计量配合系统与助剂A计量配合后进入废渣粉磨系统进行粉磨、选粉后制得粉状物料，粉状物料存放在粉料仓待用，同时二次铝灰选粉选出的粗粉通过振动筛选出金属铝，另行存放，返回电解铝厂处理；原料仓、粉料仓均按照废耐火砖渣、废阴极炭块及二次铝灰分别设置；
步骤(2)、转化反应系统：将步骤(1)经预处理后得到的废耐火砖渣粉料、废阴极炭块粉料和二次铝灰粉料分别通过第二计量配合系统按计量比例加入清水和助剂B后，均匀稳定喂料进入转化磨，各物料分别进行转化，采用间隙式运行，转化过程中进行湿法粉磨，物料经过充分转化反应后，卸出磨外分别存储在不同的料浆池内进行洗涤；
步骤(3)、碱金属盐的提取：将步骤(2)经洗涤后出料浆池的不同料浆分别通过污泥泵送到过滤装置进行过滤，分别得到不同的清液和固体渣，分别存放在不同的清液池和固体渣仓内待用，然后清液池的清液送到仓式蒸发机蒸发水分，得到固体盐；
步骤(4)、水泥窑并联生产双快水泥：将步骤(3)过滤后得到的不同固体渣，按照双快水泥要求的成分和燃料要求加入石灰石粉、校正料后进行计量配比，在混合搅拌装置内搅拌均匀然后通过挤压成型机成球后，进入立式焙烧炉内煅烧成双快水泥熟料，然后配入石膏粉粉磨得到双快水泥产品。
8.根据权利要求7所述的一种水泥窑协同处理电解铝废渣联产双快水泥的方法，其特征在于，
步骤(1)中，铝电解槽大修渣中的废耐火砖渣、废阴极炭块通过两级破碎，一级破碎机采用颚式破碎机或圆锥式破碎机，一级破碎机采用板式喂料机或振动给料机均匀给料；二级破碎机为柱式破碎机、双轴破碎机或冲击式细碎机，通过二级破碎机使物料小于10mm；
所述助剂A为碳酸钙、硫酸钙、硝酸钙、醋酸钙、氯化钙的一种和/或几种组合，转化助剂A添加质量为固体物料中氟离子含量的0.8-2倍。
9.根据权利要求7或8所述的一种水泥窑协同处理电解铝废渣联产双快水泥的方法，其特征在于，
步骤(2)中的转化反应时间为0.5-3小时，湿法粉磨加入的清水量为固体物料的0.3～1倍。
所述转化助剂B为双氧水、高锰酸钾、次氯酸钾、次氯酸钠的一种或几种组合的水溶液，通过管道直接用泵送入转化磨内，添加量为固体物料重量的0.1-0.5％。
10.根据权利要求7或8所述的一种水泥窑协同处理电解铝废渣联产双快水泥的方法，其特征在于，
所述立式焙烧炉内的煅烧反应温度为1200-1350℃；
所述校正料为煤炭、粘土、石灰石、电石渣、石膏、脱硫石膏、粉煤灰的一种或几种，校正料为100-300目以下的粉体或通过粉磨制成100-300目以下的粉体。
为配制双快水泥熟料主要成分符合CaO的质量百分比为38-44％、Al2O3的质量百分比为10-30％、SiO2的质量百分比为10-20％、Fe2O3的质量百分比为1-5％、CaF2的质量百分比为2-8％的要求，废耐火砖渣和/或废阴极炭块固体渣：二次铝灰固体渣：石灰石的质量比为10-30:10-30:20-50，熟料烧成热耗为2800-4180kJ/kg的熟料。
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