CN111498840A - 一种利用电阻炉无害化处理电解铝废阴极碳块的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用电阻炉无害化处理电解铝废阴极碳块的工艺方法,呈长方体炉体结构，步骤包括了电阻炉的选择、原料处理、布料方式、炉体密封、煅烧、废气分离、出料和筛选。有益效果在于：使电解铝废阴极碳块无害化资源化，不但解决了处理难的问题，而且变废为宝，同时还使无烟煤成为了电煅无烟煤副产品，提高了利用价值。
Description
技术领域
本发明属于固废处理技术领域，具体涉及一种电解铝行业废阴极碳块的无害化处理方法。
背景技术
电解铝废阴极碳块是电解铝厂检修阴极槽拆卸的危险废弃物。之所以危险是因为其中含有大量的可溶性的氟化物和氰化物，如氟化钠、氟铝化纳、氟化钙、氰化钠等，所以电解铝废阴极碳块不能随意处理。
目前的处理方式有三种，填埋法、水溶法和高温法。填埋法是目前普遍采用的方法，但是填埋后的电解铝废阴极碳块会随着雨淋日晒等因素，其所含的可溶性氟化物及氰化物会对地下土壤和地下水造成污染，挥发的气体会随着风吹转移对大气造成污染。水溶法是通过破碎、磨粉再水溶的方式，将氟化物和氰化物等从炭精粉中分离出来，然后再分类处理，可有效降低污染，但是水溶后的炭精粉中还是含有一定比例不溶于水的氟化物和氰化物，最后成为危险废弃物。高温法是将电解铝废阴极碳块破碎后持续高温加热，直至氰化物和氟化物彻底挥发，最后还能够将剩余的碳块石墨化，从而再次利用，不但有效处理了电解铝废阴极碳块，而且能够变废为宝，二次利用。但是，目前并没有合适的高温炉，原因有两点：一是高温法处理电解铝废阴极碳块需要将温度加热到1700℃以上才能将氰化物和氟化物等彻底挥发，常见的高温煅烧炉体无法承受如此高的温度，目前并无合适的高温炉；二是高温法处理电解铝废阴极碳块加热后挥发出的氰化物和氟化物等有毒气体在加热过程中就需要有效及时排出收集处理，不然会重新凝固到电解铝废阴极碳块或炉体中，得不偿失。
发明内容
本发明的目的是为了解决电解铝废阴极碳块利用高温法加热处理不易的问题，提供一种能够持续对电解铝废阴极碳块进行高温加热处理，并且有效回收危害气体的电阻炉。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是采用高温电阻炉进行电解铝废阴极碳块的高温处理，在高温电阻炉的炉墙上设置透气孔，炉墙外设置冷却夹套炉壳与炉墙之间形成封闭的废气冷凝区，并设置能够将废气冷凝区中的有害废气抽离的收集处理装置；布料时在炉槽中布设煤架空电解铝废阴极碳块再进行电煅作业，利用煤对炉体高温进行隔离，同时利用煤产生的挥发份对电解铝废阴极碳块受热挥发的有害烟气形成气体隔离，具体技术方案如下。
本发明利用电阻炉无害化处理电解铝废阴极碳块的工艺方法，步骤如下：
A电阻炉的选择：
所采的电阻炉设备，包括了炉底、炉墙、炉头、炉尾、炉槽封盖、炉壳、冷凝区封盖和尾气收集处理装置，炉底、炉墙、炉头、炉尾和炉槽封盖构成密封炉槽，炉底、炉墙、炉壳和冷凝区封盖构成密封废气冷凝区，炉墙上设置透气孔，尾气收集处理装置与废气冷凝区配置安装；
B原料处理：
1)将待处理的电解铝废阴极碳块破碎成目数均匀的颗粒状原料；
2)准备辅料煤，将煤破碎成目数小于电解铝废阴极碳块颗粒的颗粒状原料；
C布料方式：
1)在炉槽中的耐火砖基底上利用煤铺设一层煤垫层；
2)在炉槽中的煤垫层上铺设电解铝废阴极碳块，沿炉槽中间位置从炉头铺设至炉尾，电解铝废阴极碳块与炉槽两侧的炉墙之间留设空隙；
3)在电解铝废阴极碳块与炉槽两侧的炉墙之间留设的空隙中填充煤至与电解铝废阴极碳块相同高度；
4)在电解铝废阴极碳块顶部利用煤再铺设一层煤覆盖层；
D炉体密封：
1)将炉槽封盖沿炉墙顶部安装使炉槽密封；
2)将冷凝区封盖沿炉墙与炉壳顶部安装使废气冷凝区密封；
E煅烧：
1)启动炉头和炉尾的电极块通电，利用电极对布置在炉槽中的电解铝废阴极碳块进行第一阶段无害化煅烧，使电解铝废阴极碳块中的氰化物和氟化物等有害气体稳定挥发，最后从侧方炉墙的透气孔排出到炉外；
2)当第一阶段无害化煅烧完成后，将煅烧温度提升到第一阶段煅烧温度以上，进行第二阶段石墨化煅烧，使电解铝废阴极碳块石墨化；
F废气分离：
1)第一阶段无害化煅烧期间，从电阻炉中排出的有害烟气集中在炉外的废气冷凝区中，利用炉壳降低废气冷凝区中温度，使废气冷凝区中的氰化物和氟化物等有害气体凝固；
2)第一阶段无害化煅烧期间，利用尾气收集处理装置作业，将废气冷凝区中的有害废气以及固化的絮状废弃物抽离集中无害处理；
G出料：
煅烧结束后，尾气收集处理装置持续作业一段时间，确保炉槽及废气冷凝区中的有害气体彻底抽离后，打开炉槽封盖上的喷淋装置对炉槽内进行降温冷却，冷却后将炉槽封盖拆离，使用出料工具将炉槽中的煤和处理后的电解铝废阴极碳块清出；
H筛选：
利用目数大小介于电解铝废阴极碳块颗粒大小与煤颗粒大小之间的料筛，将电阻炉中清出的煤和处理后的电解铝废阴极碳块混合料进行筛分，分离出处理后的电解铝废阴极碳块。
所述电解铝废阴极碳块破碎成目数为20-200mm的颗粒，煤相应破碎成目数为3-14mm的颗粒。
所述步骤C的第1)步中的煤垫层铺设400-600mm厚。
所述步骤C的第2)步中的电解铝废阴极碳块铺设500-1200mm厚，电解铝废阴极碳块与炉槽两侧的炉墙之间留设的空隙宽度度为200-300mm。
所述步骤C的第4)步中的煤覆盖层铺设700mm-1000mm厚。
所述步骤E的第1)步中的第一阶段无害化煅烧采用间歇性供电，煅烧温度控制在1350-1700℃，煅烧时长控制耗电量达到2000KWH/吨时为止。
所述步骤E的第2)步中的第二阶段石墨化煅烧采用连续性供电，煅烧温度控制在1700℃以上，煅烧时长控制耗电量达到700KWH/吨时为止。
所述步骤H的中的料筛目数为15-18mm。
本发明的有益效果在于：能够通过高温处理电解铝废阴极碳块的方法将电解铝废阴极碳块无害化，达到了处理高危废弃物的目的，同时通过电煅的处理方式能够大幅度提高电解铝废阴极碳块的石墨化程度，使电解铝废阴极碳块成为石墨原料，实现了电解铝废阴极碳块的资源化；加工过程中提高了煤的比电阻，使煤成为了电煅煤副产品，提高了利用价值。
附图说明
附图1为本发明的炉体平面布设结构示意图；
附图2为本发明的炉体横向剖面结构示意图；
附图中：
炉底1、炉壳安装槽11、耐火砖基底12、炉墙2、透气孔21、煤22、电解铝废阴极碳块23、炉头3、炉尾4、炉槽封盖5、喷淋装置51、炉壳6、排气孔61、循环水管62、循环泵63、冷凝区封盖7、尾气收集处理装置8、水封槽9。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案结合实施例进行详细的描述。
实施例1
如附图1-2所示，为本发明能够适用的电阻炉,呈长方体炉体结构，包括了炉底1、炉墙2、炉头3、炉尾4、炉槽封盖5、炉壳6、冷凝区封盖7和尾气收集处理装置8；所述炉底1沿长度方向设置，炉墙2和炉壳6沿炉底1长度方向固定设置，包括了两道炉墙2和两道炉壳6，两道炉墙2之间形成炉槽，两道炉壳6分别设置在炉槽的外侧，与两道炉墙2分别构成炉槽两侧的废气冷凝区；所述炉槽的前后两端分别固定设置炉头3和炉尾4，顶部安装设置炉槽封盖5使炉槽形成密封；所述废气冷凝区的顶部安装有冷凝区封盖7使废气冷凝区形成密封；所述炉槽两侧的两个废气冷凝区的炉壳6上分别开设排气孔61结构，通过排气孔61设置安装废气冷凝区的尾气收集处理装置8。
所述炉底1为混凝土结构，沿外侧设置有炉壳安装槽11，炉底1通过炉壳安装槽11与炉壳6密封安装。
所述炉墙2为耐火砖墙体机构，其上均匀布设有透气孔21，透气孔21高度按照炉槽中电解铝废阴极碳块的布设高度设置。
所述炉槽内的炉底1上铺设有一层耐火砖基底12。
所述炉头3和炉尾4上分别安装有电极块。
所述炉槽封盖5底部安装有喷淋装置51。
所述炉壳6为夹套结构，内部填充有冷却水，炉壳6外侧设置有与内部联通的循环水管62，循环水管上安装有循环泵63。
所述炉壳6的循环水管62沿竖直方向布设，炉壳6内冷却水通过循环水管62沿上下方向循环流通。
所述炉墙2和炉壳6沿顶部设置有一圈水封槽9，炉墙2和炉壳6通过水封槽9与炉槽封盖5和冷凝区封盖7密封安装。
实施例2
一种具体的利用电阻炉无害化处理电解铝废阴极碳块的工艺方法，步骤如下：
A电阻炉的选择：
采用实施例1所述的电阻炉，包括了炉底1、炉墙2、炉头3、炉尾4、炉槽封盖5、炉壳6、冷凝区封盖7和尾气收集处理装置8，炉底1、炉墙2、炉头3、炉尾4和炉槽封盖5构成密封炉槽，炉底1、炉墙2、炉壳6和冷凝区封盖7构成密封废气冷凝区，炉墙2上设置透气孔21，尾气收集处理装置8与废气冷凝区配置安装；
B原料处理：
1)将待处理的电解铝废阴极碳块23破碎成20-200mm的颗粒状原料；
2)准备辅料煤22，将煤22破碎成3-14mm的颗粒状原料；
C布料方式：
1)利用煤22在炉槽中的耐火砖基底12上铺设一层400-600mm厚的垫层；
2)在炉槽中的垫层上铺设500-1200mm厚的电解铝废阴极碳块23，沿炉槽中间位置从炉头3铺设至炉尾4，电解铝废阴极碳块23与炉槽两侧的炉墙2之间留设200-300mm的空隙；
3)在电解铝废阴极碳块23与炉槽两侧的炉墙2之间留设的空隙中填充煤22至与电解铝废阴极碳块23相同高度；
4)利用煤22在电解铝废阴极碳块23顶部再铺设一层700mm-1000mm厚的覆盖层；
D炉体密封：
1)将炉槽封盖5沿两道炉墙2顶部的水封槽9安装使炉槽密封；
2)将冷凝区封盖7沿炉墙2与炉壳6顶部的水封槽9安装使废气冷凝区密封；
E煅烧：
1)启动炉头3和炉尾4的电极块通电，间歇性供电煅烧，利用电极将布置在炉槽中的电解铝废阴极碳块23温度保持在1350-1700℃之间，使电解铝废阴极碳块23中的氰化物和氟化物等有害气体稳定挥发排出；
2)当步骤一煅烧的电解铝废阴极碳块23耗电量达到2000KWH/吨时，连续供电煅烧，将电解铝废阴极碳块23煅烧温度提升到1700℃以上，使电解铝废阴极碳块23在高温下石墨化，直到电解铝废阴极碳块23的耗电量达到2700KWH/吨时停止煅烧；
F废气分离：
1)煅烧期间，利用炉壳6的循环泵63带动炉壳6夹套中的冷却水沿循环水管62从上往下循环，使炉壳6保持低温冷却，利用低温炉壳6使废气冷凝区中的氰化物和氟化物等有害气体凝固；
2)煅烧期间，利用尾气收集处理装置8作业，将废气冷凝区中的有害废气以及固化的絮状废弃物抽离集中无害处理，在尾气收集处理装置8抽气的过程中，废气冷凝区中产生负压，利用负压的作用加速炉槽中氰化物和氟化物等有害气体的排出；
G出料：
煅烧结束后，尾气收集处理装置8持续作业一段时间，确保炉槽及废气冷凝区中的有害气体彻底抽离后，利用炉槽封盖5上的喷淋装置51对炉槽内进行降温冷却，冷却后将炉槽封盖5拆离，使用出料工具将炉槽中的煤22和处理后的电解铝废阴极碳块23清出。
H筛选：
利用目数为15-18mm的料筛，将电阻炉中清出的煤22和处理后的电解铝废阴极碳块23混合料进行筛分，分离出除害且石墨化的电解铝废阴极碳块23。
实施例3
本发明高温处理电解铝废阴极碳块的电阻炉处理电解铝废阴极碳块的工艺原理。上述高温处理电解铝废阴极碳块的工艺过程中，整个煅烧过程分为两个阶段，第一个阶段煅烧温度在1350-1700℃之间为无害化处理过程，第二个阶段煅烧温度在1700℃以上为石墨化过程。
第一个阶段，电解铝废阴极碳块在1350℃以上的高温下氰化物和氟化物等有害气体开始挥发排出，为了控制有害气体的挥发速度以及确保有害烟气彻底从电解铝废阴极碳块中排出，加热温度不宜超过1700℃，所以应当间歇性供电加热，保持温度在1350-1700℃之间。当每吨电解铝废阴极碳块在电极加热的情况下耗电量达到2000度时，耗电量所产生的热量既能确保氰化物和氟化物等有害气体彻底挥发干净。在无害化处理加热过程中，炉槽中的煤在受热情况下会产生挥发份烟气，炉槽底部的煤垫层和顶部的煤覆盖层受热产生的挥发份烟气会填充到电解铝废阴极碳块上方和下方的炉槽空间中，形成电解铝废阴极碳块上方和下方的气体隔离区域，防止电解铝废阴极碳块中会发出的氰化物和氟化物等有害气体滞留在炉槽中，氰化物和氟化物等有害气体在负压作用下，只能从侧方炉墙的排气孔61排出到废气冷凝区中。
第二个阶段，电解铝废阴极碳块在1700℃以上的高温下开始快速石墨化，持续加热的情况下，加热温度能够达到2400℃以上，当每吨电解铝废阴极碳块在电极加热的情况下耗电量达到2700度时，耗电量所产生的热量既能达到将电解铝废阴极碳块石墨化为石墨原料的程度，电解铝废阴极碳块的石墨化程度能够从60％-70％提高到90％以上，直接可以作为石墨资源使用。
在整个电解铝废阴极碳块煅烧作业过程中，布设在电解铝废阴极碳块一周的煤有效起到了隔热的作用，避免了炉体在高温下的损毁，同时利用煤受热所产生的挥发份有效限制了电解铝废阴极碳块中挥发出的氰化物和氟化物等有害气的流动区域。在此基础上，煤本身为商业价值较低的产品，上述工艺在加热过程中，煤在电解铝废阴极碳块的导电过程中也进行了一定程度的电煅处理，在高温作用下，比电阻大幅度升高，使用价值变高，成为市场价值较高的电煅无烟煤产品。
Claims (8)
1.一种利用电阻炉无害化处理电解铝废阴极碳块的工艺方法,其特征在于步骤如下：
A电阻炉的选择：
所采的电阻炉设备，包括了炉底、炉墙、炉头、炉尾、炉槽封盖、炉壳、冷凝区封盖和尾气收集处理装置，炉底、炉墙、炉头、炉尾和炉槽封盖构成密封炉槽，炉底、炉墙、炉壳和冷凝区封盖构成密封废气冷凝区，炉墙上设置透气孔，尾气收集处理装置与废气冷凝区配置安装；
B原料处理：
1)将待处理的电解铝废阴极碳块破碎成目数均匀的颗粒状原料；
2)准备辅料煤，将煤破碎成目数小于电解铝废阴极碳块颗粒的颗粒状原料；
C布料方式：
1)在炉槽中的耐火砖基底上利用煤铺设一层煤垫层；
2)在炉槽中的煤垫层上铺设电解铝废阴极碳块，沿炉槽中间位置从炉头铺设至炉尾，电解铝废阴极碳块与炉槽两侧的炉墙之间留设空隙；
3)在电解铝废阴极碳块与炉槽两侧的炉墙之间留设的空隙中填充煤至与电解铝废阴极碳块相同高度；
4)在电解铝废阴极碳块顶部利用煤再铺设一层煤覆盖层；
D炉体密封：
1)将炉槽封盖沿炉墙顶部安装使炉槽密封；
2)将冷凝区封盖沿炉墙与炉壳顶部安装使废气冷凝区密封；
E煅烧：
1)启动炉头和炉尾的电极块通电，利用电极对布置在炉槽中的电解铝废阴极碳块进行第一阶段无害化煅烧，使电解铝废阴极碳块中的氰化物和氟化物等有害气体稳定挥发，最后从侧方炉墙的透气孔排出到炉外；
2)当第一阶段无害化煅烧完成后，将煅烧温度提升到第一阶段煅烧温度以上，进行第二阶段石墨化煅烧，使电解铝废阴极碳块石墨化；
F废气分离：
1)第一阶段无害化煅烧期间，从电阻炉中排出的有害烟气集中在炉外的废气冷凝区中，利用炉壳降低废气冷凝区中温度，使废气冷凝区中的氰化物和氟化物等有害气体凝固；
2)第一阶段无害化煅烧期间，利用尾气收集处理装置作业，将废气冷凝区中的有害废气以及固化的絮状废弃物抽离集中无害处理；
G出料：
煅烧结束后，尾气收集处理装置持续作业一段时间，确保炉槽及废气冷凝区中的有害气体彻底抽离后，打开炉槽封盖上的喷淋装置对炉槽内进行降温冷却，冷却后将炉槽封盖拆离，使用出料工具将炉槽中的煤和处理后的电解铝废阴极碳块清出；
H筛选：
利用目数大小介于电解铝废阴极碳块颗粒大小与煤颗粒大小之间的料筛，将电阻炉中清出的煤和处理后的电解铝废阴极碳块混合料进行筛分，分离出处理后的电解铝废阴极碳块。
2.如权利要求1所述的利用电阻炉无害化处理电解铝废阴极碳块的工艺方法,其特征在于：所述电解铝废阴极碳块破碎成目数为20-200mm的颗粒，煤相应破碎成目数为3-14mm的颗粒。
3.如权利要求1所述的利用电阻炉无害化处理电解铝废阴极碳块的工艺方法,其特征在于：所述步骤C的第1)步中的煤垫层铺设400-600mm厚。
4.如权利要求1所述的利用电阻炉无害化处理电解铝废阴极碳块的工艺方法,其特征在于：所述步骤C的第2)步中的电解铝废阴极碳块铺设500-1200mm厚，电解铝废阴极碳块与炉槽两侧的炉墙之间留设的空隙宽度度为200-300mm。
5.如权利要求1所述的利用电阻炉无害化处理电解铝废阴极碳块的工艺方法,其特征在于：所述步骤C的第4)步中的煤覆盖层铺设700mm-1000mm厚。
6.如权利要求1所述的利用电阻炉无害化处理电解铝废阴极碳块的工艺方法,其特征在于：所述步骤E的第1)步中的第一阶段无害化煅烧采用间歇性供电，煅烧温度控制在1350-1700℃，煅烧时长控制耗电量达到2000KWH/吨时为止。
7.如权利要求1所述的利用电阻炉无害化处理电解铝废阴极碳块的工艺方法,其特征在于：所述步骤E的第2)步中的第二阶段石墨化煅烧采用连续性供电，煅烧温度控制在1700℃以上，煅烧时长控制耗电量达到700KWH/吨时为止。
8.如权利要求1所述的利用电阻炉无害化处理电解铝废阴极碳块的工艺方法,其特征在于：所述步骤H的中的料筛目数为15-18mm。
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