CN111380358B - 铝电解废槽衬的处理方法及熔窑 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种铝电解废槽衬的处理方法及熔窑，属于铝制造业的有害物处理技术领域。铝电解废槽衬的处理方法：将铝电解废槽衬和钙源置于熔窑内，对熔窑加热使铝电解废槽衬和钙源熔融，使熔窑内形成下层熔体和上层碳渣。向熔窑内通入含氧气体与上层碳渣反应燃烧，以降低上层碳渣的厚度。对下层熔体进行水淬处理得到水淬玻璃。下层熔体转化成稳定的氟钙硅酸盐和氟钠硅酸盐；上层碳渣可以吸收和阻止熔体中氟的高温挥发，且能够吸收氰化钠；由于含氧气体与上层碳渣发生反应，不仅可以降低上层碳渣的厚度，以达到连续生产的目的，还可以使燃烧提供的热量作为废槽衬熔融的热源，且能够使氰化钠在含氧条件下高温分解，以达到去除氰化钠的目的。

Description

铝电解废槽衬的处理方法及熔窑

技术领域

本申请涉及铝制造业的有害物处理技术领域，具体而言，涉及一种铝电解废槽衬的处理方法及熔窑。

背景技术

电解法生产金属铝是以氧化铝为原料、氟化盐为熔剂，电解过程中氟化盐被阴极和槽衬吸收并扩散至整个槽衬；同时，空气从电解槽开口处进入，其中的氮气与槽内的碳、钠反应生成氰化物并在阴极中富集，部分进入槽衬中并扩散至整个槽衬。

铝电解废槽衬是指大修电解铝槽时，除钢壳以外的所有材料。主要是由铝硅质耐火材料、硅钙板、干式防渗料、废阴极、侧部碳块等组成，含有大量的可溶性氟化盐和氰化盐，露天堆放和填埋必然污染大气、土壤和水源，对人和动植物生长造成极大危害，已经列入《国家危险废物名录》中。

当前针对铝电解废槽衬的处置技术主要分湿法和火法两类。(1)、湿法技术是采用酸或者其它化学物质溶解非碳质氰化物及氟化物，该技术难以溶解大部分的氟化物，即使处置后产品的浸出毒性达到要求，产品中的氟含量还是超过国家危废的标准限值，因此产品只能按照危险废物来管理。(2)、火法技术是将铝电解废槽衬与添加物混合均匀焙烧，该技术不成熟；根据我国2016年8月1日施行的《国家危险废物名录》规定：“危险废物等离子体、高温熔融等处置过程产生的非玻璃态物质和飞灰属于危险废物(废物代码：772-004-18)”；焙烧产物的浸出毒性依然超标，产品仍需要按照危险废弃物管理。

CN109047274A公开了一种铝电解产生的废碳物质的无害化处理方法，利用赤泥和/或铁矿砂与废炭物质进行熔炼，生成铸铁和无害化的熔渣。该方法采用熔融还原技术，用电解槽中的碳渣还原氧化铁得到金属铁和玻璃，但该方法能耗高、主要是处理碳渣，不是对废槽衬的处理，主要是对铝电解的废阳极进行处理。

CN109133620A公开了一种利用电解槽大修废渣生产玻璃制品的方法，取电解槽废渣50～85份，石英砂15～50份，硼镁矿1～6份，氧化锌1～3份，氧化锆1～3份，熔融成玻璃液；采用离心法制成玻璃纤维棉；或者降温至750～950℃，压制成为玻璃马赛克；氟化物的在玻璃中的固定率达到95％以上。该方法使用多种配料制造玻璃制品，成本高，废槽衬使用比例低。

CN108411113A公开了一种危险废物的资源再生方法，以金属固体危险废物作为原料，预处理后，和辅料(石灰石和石英石)、还原剂(为废活性炭HW49、残极HW48)配料，在富氧侧吹炉进行还原熔炼，还原熔炼产生的粗金属熔体和熔渣在富氧侧吹炉炉缸沉降分离，粗金属熔体由炉缸底部的合金口排出铸锭产出粗金属锭，熔渣由合金口上方的渣口排出，经水淬产出可用于建筑材料的水淬渣。但该方法是对金属固体危险废物进行处理，不是对废槽衬进行处理。

CN105499251A公开了一种基于F-Si化学键处理铝电解废槽衬的玻璃固化稳定化方法，废槽衬破碎处理后、置入金属固化罐中进行中温煅烧后，配入废槽衬重量0.8～2.0倍的玻璃类物质作为固化剂，高温煅烧呈熔融态，淬火后得玻璃固化体。该方法采用两步法处理，煅烧+熔融，燃料成本高，间隔处理，不能连续生产，处理量小；需要配入废槽衬0.8～2.0的玻璃类物质，加入过多玻璃固化体，成本高，玻璃化后的产生价值低。

CN101119943A公开了一种将废槽衬转化为玻璃熔块的方法，混合废槽衬、氧化钙源和二氧化硅源并加热，以破坏氰化物、将氟化物盐转化为氟化钙并形成通常为均匀非晶态的液体物料；从物料中物理地分离出碳并玻璃化物料。该方法采用三步法处理，工艺复杂，需要加入氧化硅源，处理量小，碳从熔融的物料中物理分离出来，由于氟化盐在碳中富集，分离出来的碳含有较多的氟化盐，仍是危废，按照中国法律规定，其转移、销售受限。

发明内容

本申请的目的在于提供一种铝电解废槽衬的处理方法及熔窑，对铝电解废槽衬进行处理以后，氰化钠高温分解，氟化盐的浸出毒性低于国家标准，能够废物利用，且成本低。

第一方面，本申请实施例提供一种铝电解废槽衬的处理方法，包括如下步骤：将铝电解废槽衬和钙源置于熔窑内，对熔窑加热使铝电解废槽衬和钙源熔融，使熔窑内形成下层熔体和上层碳渣。向熔窑内通入含氧气体与上层碳渣反应燃烧，以降低上层碳渣的厚度。对下层熔体进行水淬处理得到水淬玻璃。

钙源可以作为助熔剂，降低铝电解废槽衬的熔融温度，使熔窑内的废槽衬熔融形成上层碳渣和下层熔体，上层碳渣覆盖在下层熔体上，会吸收和阻止下层熔体氟化盐的挥发，以减少烟气中氟的含量，同时，还可以吸收氰化钠，且上层碳渣与含氧气体(例如：氧气或空气)发生燃烧反应，产生的热量可以给熔体加热，对熔窑提供热量，可以减少外部热源的添加，降低成本，同时，氰化钠在高于500℃的含氧环境下发生分解，能够被去除；还可以降低碳渣层的厚度，在能够避免氟化盐挥发的同时，避免碳渣层过厚而影响下层熔体的熔融空间，以实现连续化生产。钙源还可以和一部分下层熔体发生反应，形成稳定的氟钙硅酸盐，一部分下层熔体本身在高温条件下发生反应，生成稳定的氟钠硅酸盐，水淬后氟钙硅酸盐和氟钠硅酸盐中的氟固熔在玻璃中，在自然环境中难以被水或酸浸出，使下层熔体经过水淬处理以后得到的水淬玻璃的浸出毒性低于国家标准，可以进行综合利用。

在一种可能的实施方式中，熔窑包括燃烧熔融室和澄清室，燃烧熔融室内形成下层熔体和上层碳渣，含氧气体通入燃烧熔融室内的上层碳渣内。燃烧熔融室的下端和澄清室连通，使下层熔体能够通过自流的方式流进澄清室内澄清化，对澄清化后的下层熔体进行水淬处理。

在废槽衬熔融以后，下层熔体直接流至澄清室内，可以使钙源和氟化盐的反应在澄清室内充分完成，以得到浸出毒性更低的水淬玻璃；而燃烧熔融室内继续进行废槽衬和钙源的熔融，以进行连续化大量生产。且燃烧熔融室和澄清室均在同一熔窑内，热量不仅能够对燃烧熔融室进行加热使废槽衬和钙源熔融，还能够对澄清室进行加热保温使熔体和钙源继续发生反应，热量的利用率更高。

在一种可能的实施方式中，燃烧熔融室和澄清室之间设置隔墙，隔墙的下端设置流液孔使下层熔体从燃烧熔融室流至澄清室内，隔墙的上端设置烟道使燃烧熔融室内的烟气通入澄清室内。

在燃烧熔融室和澄清室之间设置隔墙，隔墙能够将燃烧熔融室和澄清室隔开，以使燃烧熔融室中进行物料的熔融，澄清室中进行物料的充分反应；且燃烧熔融室和澄清室能够在隔墙处发生热交换，经过燃烧熔融室后的烟气能够通过烟气道继续对澄清室进行加热保温，以便对热量充分利用，也方便对燃烧熔融室和澄清室内的温度进行共同控温，以便工业化生产。

在一种可能的实施方式中，将经过澄清室以后的烟气进行冷却除尘以后形成含氟飞灰，将含氟飞灰返回燃烧熔融室内。

烟气的产生主要是外界热源(燃气或煤燃烧产生的烟气)以及上层碳渣燃烧产生的烟气，烟气经过冷却和除尘以后，含氟飞灰中除了含有氟化盐以外，也含有大量的碳，将其一起与钙源和废槽衬添加在燃烧熔融室内，一方面可以作为助熔剂，使废槽衬更加容易熔融，降低成本，另一方面，能够对氟元素进行回收，用其制备水淬玻璃，避免污染环境。

在一种可能的实施方式中，烟气在冷却的过程中，与通入燃烧熔融室之前的含氧气体进行热交换。

可以进一步对经过澄清室以后的烟气的热量进行利用，也方便后续对烟气的回收处理。

在一种可能的实施方式中，铝电解废槽衬、钙源和含氟飞灰的重量比依次为80～90:5～20:0～5。可选地，钙源包括方解石、石灰石、白垩和贝壳中的一种或多种；可选地，铝电解废槽衬的颗粒粒径不大于5mm，钙源的颗粒粒径0.1-0.2mm。

在能够使铝电解废槽衬熔融，减少外部热源的使用的情况下，钙源的添加量较少，综合降低废槽衬的处理成本。

在一种可能的实施方式中，燃烧熔融室内的温度为1350～1550℃，澄清室内的温度为1300～1500℃，在此温度下，氰化钠容易因氧化分解而被去除。

在助熔剂的添加量较少的情况下，能够使废槽衬充分熔融，并且能够使氟化盐与硅酸盐进行充分反应，以得到浸出毒性远低于国家标准的水淬玻璃。

第二方面，本申请提供一种熔窑，包括燃烧熔融室和澄清室，燃烧熔融室处设置有用于加入铝电解废槽衬和钙源的进料口、用于通入含氧气体的进气口和用于提供外界热源的烧嘴，燃烧熔融室的下端和澄清室连通，澄清室的下端设置有出料口。

可以通过烧嘴处提供的外部热源使铝电解废槽衬熔融，熔融以后形成的上层碳渣可以与进气口处提供的含氧气体反应燃烧，并对燃烧熔融室内进一步提供热量，以便废槽衬的溶解，同时，燃烧的过程中可以使氰化钠高温分解，碳渣燃烧后的残余氟化盐进入下层熔体，进一步降低了下层熔体的熔融温度，增加熔体的流动性，且废槽衬溶解以后，可以自流至澄清室内进行进一步反应，燃烧熔融室内继续进行废槽衬的熔融处理。该熔窑的结构简单，便于废槽衬的工业化处理。

在一种可能的实施方式中，燃烧熔融室的上端与澄清室的上端连通，出料口的周围和燃烧熔融室与澄清室的连通处的周围均设置有辅助电极加热装置。

经过燃烧熔融室以后的烟气可以继续进入澄清室内，并对澄清室进行加热。同时，加热装置的设置可以避免熔体缓冷凝结，以保证玻璃液的流动性，使熔体能够顺利从燃烧熔融室流至澄清室内，也能够使玻璃液顺利从澄清室的出料口流出。

在一种可能的实施方式中，还包括换热装置，换热装置设置于燃烧熔融室和澄清室的上方，换热装置被配置成使经过澄清室以后的烟气和通入燃烧熔融室之前的含氧气体进行热交换。

加热后的含氧气体与上层碳渣反应燃烧，且烧嘴处的助燃风加热后对燃烧熔融室供热，可以对热量进行充分利用，并可以缓解燃烧熔融室内通入的含氧气体造成燃烧熔融室内的温度波动，可以使燃烧熔融室内的温度更加稳定，以便对废槽衬进行处理。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图也属于本申请的保护范围。

图1为本申请实施例提供的熔窑的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的铝电解废槽衬的处理流程图；

图3为本申请实施例提供的4个水淬玻璃样品的XRD图谱。

图标：10-熔窑；11-窑体；12-换热装置；111-隔墙；112-燃烧熔融室；113-澄清室；114-进料口；115-进气口；116-烧嘴；117-流液孔；118-烟气道；21-下层熔体；22-上层碳渣；119-出料口；120-辅助电极加热装置；121-排烟口。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

铝电解废槽衬是指大修电解铝槽时，除铁壳以外的废耐火材料、废保温材料、废阴极碳块、废防渗料以及槽内的残留氧化铝、金属铝等，也包括将以上废耐火材料、废阴极、废保温材料等一种或多种剔除的剩余废料。

通过XRD对铝电解废槽衬的成分进行检测，检测结果显示：废槽衬的主要物相是碳、石英、莫来石(铝硅质耐火材料)，其次是刚玉(防渗料)、黄铁矿，少量石膏、硅酸钙(硅钙板)、非晶质和未知物相。扫描电镜结合X-电子能谱分析显示，大修渣的主要氟化盐为氟化钠及冰晶石，且在废阴极碳质材料中富集。水解试验表明大修渣中还含有少量金属铝、氮化铝等铝灰成分及微量的氰化物。由于废槽衬的矿物组成及材料组成极其复杂且量大，在拆解和加工过程中偏析造成成分波动大。下面提供一个废槽衬的化学成分分析表，如表1：

表1 铝电解废槽衬的化学成分的含量

其中，主要成分是C、NaF、Na₃AlF₆、CaF₂、SiO₂、Al₂O₃、FeS₂、CaSO₄、Na₂O、CaSiO₃、NaCN和其他含有Ti、K和Mg的杂质。其中，氟化盐主要是NaF、CaF₂和Na₃AlF₆，其环境稳定性差，NaF、CaF₂和Na₃AlF₆中的氟容易被水或酸浸出，所以，在对铝电解废槽衬进行处理的时候，降低浸出毒性尤其重要。为了对铝电解废槽衬进行处理，本申请提供一种铝电解废槽衬的处理系统及处理方法，如下：

本申请提供一种铝电解废槽衬的处理系统，包括熔窑10、沉降装置、除尘装置和水淬装置。

图1为本实施例提供的熔窑10的结构示意图；图2为本实施例提供的铝电解废槽衬的处理流程图。请参阅图1和图2，熔窑10包括窑体11和换热装置12。窑体11内具有腔室，腔室内设置有隔墙111将腔室分割成燃烧熔融室112和澄清室113。燃烧熔融室112处设置有进料口114、进气口115和烧嘴116，进料口114用于物料(例如：铝电解废槽衬和钙源)的添加，进气口115用于含氧气体(例如：氧气或/和空气)的添加，烧嘴116用于外界热源的添加，以对熔窑10提供热量。

可选地，请参阅图1，隔墙111设置以后，隔墙111的右侧为燃烧熔融室112，隔墙111的左侧为澄清室113(或图未示：隔墙111的左侧为燃烧熔融室112，隔墙111的右侧为澄清室113)，隔墙111的下端设置有流液孔117，使燃烧熔融室112和澄清室113的下端连通，隔墙111的上端不连接至窑体11的内壁，使隔墙111的上方具有烟气道118，燃烧熔融室112和澄清室113的上端也连通。在其他实施例中，也可以使隔墙111的上端连接至窑体11的内壁，在隔墙111的上端设置烟气道118，使燃烧熔融室112和澄清室113的上端也连通。

本申请中，对电解铝废槽衬(以下简称“废槽衬”)的具体处理方法如下，先将废槽衬和钙源从进料口114处添加进入熔窑10的燃烧熔融室112内，然后在烧嘴116处提供外界热源，对熔窑10的窑体11进行加热，使废槽衬和钙源熔融，其中，钙源可以作为废槽衬的助熔剂，降低铝电解废槽衬的熔融温度，废槽衬熔融以后，碳的密度小，其他成分的密度大，所以，钙源和废槽衬熔融以后，在熔窑10的燃烧熔融室112内形成下层熔体21和上层碳渣22。

下层熔体21从燃烧熔融室112能够通过自流的方式通过流液孔117流至澄清室113内进行澄清化(由于废槽衬中分离出碳，下层熔体21的粘度下降，流动性增加，容易流进澄清室113内)，下层熔体21中，一部分下层熔体21和钙源发生反应，形成稳定的氟钙硅酸盐熔体(氟化盐、氧化钙和硅酸盐反应生成氟钙硅酸盐)；一部分下层熔体21中本身的成分在高温条件下发生反应，生成稳定的氟钠硅酸盐熔体(氟化盐、氧化钠和硅酸盐反应生成氟钠硅酸盐，其中，氧化纳是废槽衬中本身含有的)，经过澄清化和均匀成分以后的下层熔体21经过水淬处理以后得到的水淬玻璃，氟钙硅酸盐和氟钠硅酸盐中的氟元素固熔在玻璃中，在自然环境中难以被水或酸浸出，因此水淬玻璃的浸出毒性低于国家标准，可以进行综合利用。由于上层碳渣22的形成，可以吸收和阻止废槽衬中氟化盐的高温挥发，以减少烟气中氟的含量，使大部分氟转化成稳定的氟钙硅酸盐和氟钠硅酸盐的玻璃体；同时，还可以吸收氰化钠。

在工业化生产中，如果燃烧熔融室112内不断地熔融废槽衬，则上层碳渣22会越积越厚，在燃烧熔融室112的空间不变的情况下，上层碳渣22的厚度越厚，则上层碳渣22占用的空间越多，下层熔体21能够占用的空间就越少，不利于废槽衬的连续化处理。所以，在进气口115处向熔窑10的燃烧熔融室112内通入含氧气体(氧气或空气)，由于燃烧熔融室112内的温度较高，含氧气体的加入可以使氧气与上层碳渣22反应燃烧，可以对燃烧熔融室112和澄清室113进行加热，减少外部热源的添加，降低成本，还可以减小上层碳渣22的厚度，将上层碳渣22控制在合适的厚度(例如：上层碳渣22的厚度为3～5cm)，以便吸收和防止氟化盐的高温挥发。同时上层碳渣22燃烧后的残余氟化盐进入下层熔体21，使下层熔体21熔融温度下降，具有更好的流动性；且上层碳渣22在燃烧的过程中，可以使氰化钠高温分解(2NaCN+{(2x+5)÷2}O₂＝Na₂O+2CO₂+2NOx)，以去除氰化钠。

如果氧气从下层熔体21中通入燃烧熔融室112内，则可能会使下层熔体21沸腾，并将上层碳渣22卷入到下层熔体21内，使上层碳渣22吸收和防止氟化盐的高温挥发的效果减弱，且上层碳渣22的燃烧情况也不容易控制。所以，进气口115的位置基本位于上层碳渣22的碳渣层结构中，其位于烧嘴116的下方，含氧气体通入到燃烧熔融室112内的上层碳渣22内，以控制上层碳渣22的燃烧，并防止氟化盐高温挥发至烟气中。

下层熔体21中，氟化盐转化成氟钙硅酸盐和氟钠硅酸盐的熔体，该反应既可以在燃烧熔融室112内发生反应，也可以在澄清室113内发生反应，由于该反应的温度条件较高，澄清室113和燃烧熔融室112靠近，可以使燃烧熔融室112内的热量也能够被澄清室113利用，热量利用率更高，且燃烧熔融室112内的烟气经过烟气道118通入澄清室113内，以对澄清室113进行加热保温，提高热量利用率。

可选地，钙源为氧化钙，为了降低原料成本，选择自然界来源较为广泛的碳酸钙作为钙源，碳酸钙在高温下发生分解反应，得到氧化钙。可选地，钙源包括方解石、石灰石、白垩和贝壳中的一种或多种，钙源的来源更加广泛，且成本低。下层熔体21中的反应包括：碳酸钙高温分解成氧化钙和二氧化碳；氟化盐、氧化钙和硅酸盐反应生成氟钙硅酸盐；氟化盐、氧化钠和硅酸盐反应生成氟钠硅酸盐。

为了下层熔体21中的上述反应能够更快的发生，提高废槽衬的处理效率。可选地，燃烧熔融室112内的温度为1350～1550℃，澄清室113内的温度为1300～1500℃。例如：燃烧熔融室112内的温度为1350℃，澄清室113内的温度为1300℃；燃烧熔融室112内的温度为1400℃，澄清室113内的温度为1350℃；燃烧熔融室112内的温度为1450℃，澄清室113内的温度为1400℃；燃烧熔融室112内的温度为1500℃，澄清室113内的温度为1450℃；或燃烧熔融室112内的温度为1550℃，澄清室113内的温度为1500℃。

可选地，铝电解废槽衬的颗粒粒径不大于5mm，钙源的颗粒粒径0.1-0.2mm。例如：铝电解废槽衬的颗粒粒径为5mm，钙源的颗粒粒径为0.1mm；铝电解废槽衬的颗粒粒径为4mm，钙源的颗粒粒径为0.15mm；或铝电解废槽衬的颗粒粒径为3mm，钙源的颗粒粒径为0.2mm。钙源的粒径的选择，可以缓解钙源被烟气带走，避免钙源的过多耗损。

下层熔体21反应以后，对下层熔体21进行水淬处理得到水淬玻璃。可选地，对澄清化后的下层熔体21进行水淬处理得到水淬玻璃。进一步地，在澄清室113处设置有出料口119，澄清化后的下层熔体21从出料口119处排出，至水淬装置中进行水淬处理得到水淬玻璃渣，下层熔体21中含有氟钙硅酸盐和氟钠硅酸盐，其经过了水淬处理以后，得到的水淬玻璃渣属于亚稳态，具有极高的潜在胶凝活性，经过细磨后可以作为水泥混合材料或混凝土的添加材料使用，也可以作为矿山充填的胶凝材料，满足水泥或混凝土的需要，以进行筑路或矿山充填，从而使处理后的废槽衬能够得到有效利用。

为了使燃烧熔融室112内的下层熔体21顺利流至澄清室113内，澄清室113内的玻璃液顺利从出料口119处排出，可选地，出料口119的周围和流液孔117的周围均设置有辅助电极加热装置120，加热装置的设置可以避免熔体缓冷凝结，以保证玻璃液的流动性。

可选地，水淬装置为水槽，反应后的下层熔体21浇注到水槽内以后，具有一定压力的水喷射到出料口119熔液的入水处进行水淬处理，得到水淬玻璃渣。水淬玻璃与水的质量比为1:3-5，水淬池中的水经过冷却后可循环使用。

本申请中，将经过澄清室113以后的烟气进行冷却除尘以后形成含氟飞灰，将含氟飞灰返回燃烧熔融室112内。熔窑10的窑尾处排出烟气，烟气经过冷却和除尘处理以后，形成含氟飞灰，含氟飞灰中的主要成分有碳和氟化盐，将含氟飞灰从进料口114处与废槽衬一起添加进入燃烧熔融室112内，一方面，含氟飞灰的添加可以作为助熔剂，降低废槽衬的熔融温度，另一方面，可以对碳进行回收，进一步燃烧，还可以对氟化盐进行回收，避免氟化盐排放污染空气，达到无废水废渣外排的目的。

可选地，为了对烟气进行有效利用，换热装置12设置于燃烧熔融室112和澄清室113的上方。换热装置12被配置成使经过澄清室113以后的烟气和通入燃烧熔融室112之前的含氧气体进行热交换。澄清室113的远离燃烧熔融室112的一侧上部设置有排烟口121，排烟口121与换热装置12连通，输送含氧气体的管路经过换热装置12，与流过的烟气进行热交换，以对含氧气体进行预热。

由于燃烧熔融室112和澄清室113的下方均用于装放下层熔体21，所以，排烟口121设置在澄清室113的上方。排烟口121位于澄清室113的远离燃烧熔融室112的一侧，可以使燃烧熔融室112的烟气通过烟气道118以后，可以尽可能通过澄清室113的上方区域，然后通过排烟口121排出，热量利用率更高。同时，排烟口121排出的烟气可以对含氧气体进行预热，可以使进入燃烧熔融室112内的含氧气体温度较高，避免含氧气体进入燃烧熔融室112内以后造成燃烧熔融室112内的温度波动，可以使燃烧熔融室112内的温度更加稳定，以便对废槽衬进行处理。

可选地，经过热交换以后的烟气排出以后，经过沉降装置进行沉降处理，再经过除尘装置进行除尘处理，得到含氟飞灰，将含氟飞灰与废槽衬和钙源混合以后，一起返回燃烧熔融室112内，既可以减少钙源助熔剂的使用，也可以降低废槽衬的熔融温度，减少热源的使用，从而降低处理成本。

可选地，铝电解废槽衬、钙源和含氟飞灰的重量比依次为80～90:5～20:0～5；进一步地，铝电解废槽衬、钙源和含氟飞灰的重量比依次为85～90:5～15:2～5。例如：铝电解废槽衬、钙源和含氟飞灰的重量比依次为80:20；铝电解废槽衬、钙源和含氟飞灰的重量比依次为85:12:3；铝电解废槽衬、钙源和含氟飞灰的重量比依次为90:5:5；铝电解废槽衬、钙源和含氟飞灰的重量比依次为85:10:5；或铝电解废槽衬、钙源和含氟飞灰的重量比依次为87:9:4。

通过上述方法制备得到的水淬玻璃渣的各化学成分的含量范围分别为：Al₂O₃的含量是30％-38％；CaO的含量是10-20％；Na₂O的含量是8-15％；K₂O的含量是0.2-0.8％；MgO的含量是0.4-1％；SiO₂的含量是30-40％；Fe₂O₃的含量是0.2-1.0％；TiO₂的含量是0.5-3.0％；F的含量是1.5-3.5％。

使用上述处理系统，通过上述处理方法处理废槽衬具有如下效果：

(1)、废槽衬中的氰化钠在高温下氧化分解为氧化钠、二氧化碳、氮氧化物。

(2)玻璃化后的废槽衬由于氟化盐形成氟钙硅酸盐和氟钠硅酸盐的玻璃体，在自然环境中难以被水及酸浸出，水淬玻璃渣中氟的浸出毒性远低于国家标准，符合国家正在制订的危废处置规范要求《固体废物玻璃化处理产物技术要求》。

(3)、废槽衬利用率高，充分利用了废槽衬中的碳，可以减少外部热源的使用，每吨废槽衬的能耗不高于100kg标准煤，每吨玻璃中废槽衬的配比可达80％～90％。

(4)、处置工艺简单，设备使用量少，不需要使用酸或碱进行处理。

(5)、无废水废渣外排，烟气处理后的含氟飞灰可返回熔窑10内进行回收使用。

实施例1

从进料口114处向燃烧熔融室112内添加质量比为87:10:3的废槽衬、石灰石和含氟飞灰，通过进气口115向上层碳渣22内通入经过换热装置12预热后的空气，通过外部热源和上层碳渣22的燃烧，共同控制燃烧熔融室112内的温度为1450℃左右，废槽衬和石灰石熔融以后，上层碳渣22与预热后的空气反应燃烧，对燃烧熔融室112提供热源，并调节通入空气的量，使燃烧熔融室112内的上层碳渣22的厚度控制在3-5cm之间。

外部热源的烟气和上层碳渣22燃烧后产生的烟气通过烟气道118进入澄清室113内对澄清室113进行加热保温，使澄清室113内的温度为1400℃，燃烧通过排烟口121进入换热装置12内对空气进行预热，然后排出换热装置12以后，进行沉降、除尘处理，得到含氟飞灰，再将含氟飞灰按照上述质量比例从进料口114处返回燃烧熔融室112内。

下层熔体21中由于碳被分离，粘度下降，流动性增加，通过流液孔117流进澄清室113内，进行澄清化处理，均匀成分以后进入水淬装置内进行水淬处理，得到水淬玻璃渣。

需要说明的是：刚启动装置进行废槽衬处理的时候，进料口114处添加废槽衬和石灰石，还没有含氟飞灰进行添加，上层碳渣22的量也不够，不能够进行空气的通入对上层碳渣22进行燃烧，但处理一段时间以后，就能够达到稳定的平衡，实现上述循环处理。

实验例1

图1为实施例1提供的水淬玻璃渣的XRD图，从图3可以看出，得到的水淬玻璃渣是典型的玻璃相，说明通过上述方法对废槽衬进行处理，得到了水淬玻璃渣。

取四批次水淬玻璃渣进行化学成分的检测得到表2：

表2 水淬玻璃渣的化学成分(按照重量百分比计)

实验编号	1#	2#	3#	4#
					Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	37.05	35.19	33.38	35.02
CaO	11.96	17.22	18.0	15.85
					Na<sub>2</sub>O	12.34	10.43	11.92	11.38
K<sub>2</sub>O	0.84	0.78	0.86	0.58
					MgO	0.77	0.85	0.82	0.70
SiO<sub>2</sub>	31.65	31.7	31.69	31.50
					Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	0.73	0.37	0.34	0.7
TiO<sub>2</sub>	2.30	0.90	0.85	2.33
					F	2.36	2.58	2.14	1.94

对上述四批次水淬玻璃渣进行浸出实验的检测，检测方法为：GB5085.3-2007，通过上述检测方法检测得到水淬玻璃渣的浸出量如表3：

表3 水淬玻璃渣的氟浸出量

实验编号	1#	2#	3#	4#	国家标准
						F浸出量/mg/L	5.53	8.50	4.30	14.46	≤100

从表3可以看出，本申请得到的水淬玻璃渣的浸出量远小于国家标准，可以对水淬玻璃渣进行综合利用，避免污染环境。

对上述四批次水淬玻璃渣进行XRD检测得到图3，从图3可以看出，上述的四个批次的产品为典型的玻璃相。

将实施例1得到的水淬玻璃渣研磨至320目以下，作为水泥添加材料(参照GB/T1596-2017制作试块，试体养护28天)，按照GB/T 17671进行抗压强度和活性指数的检测得到表4：

表4 水淬玻璃渣对水泥的影响

组别	平均抗压强度/MPa	活性指数
			基准	49.88	——
1#	48.06	96.36
			2#	48.69	97.62
3#	47.95	96.14

从表4可以看出，水淬玻璃渣粉具有很好的胶凝活性，可以作为水泥添加料进行使用。

以上所述仅为本申请的一部分实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铝电解废槽衬的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

将铝电解废槽衬和钙源置于熔窑内，对所述熔窑加热使所述铝电解废槽衬和所述钙源熔融，使所述熔窑内形成下层熔体和上层碳渣；

向所述熔窑内通入含氧气体与所述上层碳渣反应燃烧，以降低所述上层碳渣的厚度，所述上层碳渣的厚度为3-5cm；所述熔窑包括燃烧熔融室和澄清室，所述燃烧熔融室内形成所述下层熔体和所述上层碳渣，所述燃烧熔融室设置有进气口，所述进气口位于所述上层碳渣的碳渣层结构中，所述含氧气体通入所述燃烧熔融室内的所述上层碳渣内；

对所述下层熔体进行水淬处理得到水淬玻璃。

2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，

所述燃烧熔融室的下端和所述澄清室连通，使所述下层熔体能够通过自流的方式流进所述澄清室内澄清化，对澄清化后的所述下层熔体进行水淬处理。

3.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述燃烧熔融室和所述澄清室之间设置隔墙，所述隔墙的下端设置流液孔使所述下层熔体从所述燃烧熔融室流至所述澄清室内，所述隔墙的上端设置烟道使所述燃烧熔融室内的烟气通入所述澄清室内。

4.根据权利要求3所述的处理方法，其特征在于，将经过所述澄清室以后的烟气进行冷却除尘以后形成含氟飞灰，将所述含氟飞灰返回所述燃烧熔融室内。

5.根据权利要求4所述的处理方法，其特征在于，所述烟气在冷却的过程中，与通入所述燃烧熔融室之前的含氧气体进行热交换。

6.根据权利要求4所述的处理方法，其特征在于，所述铝电解废槽衬、所述钙源和所述含氟飞灰的重量比依次为80～90:5～20:0～5。

7.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，所述铝电解废槽衬、所述钙源和所述含氟飞灰的重量比依次为85～90:5～15:2～5。

8.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，所述钙源包括方解石、石灰石、白垩和贝壳中的一种或多种。

9.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，所述铝电解废槽衬的颗粒粒径不大于5mm，所述钙源的颗粒粒径为0.1-0.2mm。

10.根据权利要求2～9任一项所述的处理方法，其特征在于，所述燃烧熔融室内的温度为1350～1550℃，所述澄清室内的温度为1300～1500℃。

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