CN113957487A - 一种利用电解槽热量回收炭渣中电解质的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用电解槽热量回收炭渣中电解质的方法，是先破碎炭渣混料，并制成三个维度中，至少一个维度大于5毫米，另外两个维度均大于1毫米，且三个维度不同时大于L毫米的炭渣块体，L与炭渣块体中碳含量a％的关系为：L＝‑1.2a+80；在新阳极添加覆盖料时，加入炭渣块体，形成炭渣块体料层，炭渣块体料层的厚度不大于覆盖料厚度的50％。通过将炭渣块体加入到覆盖料，在进入到电解槽内，与高温阳极气体反应，不断消耗碳元素，实现电解质的回收，通过对炭渣块体料层厚度的控制，不仅能保证炭渣块体中碳的充分氧化，还能提高炭渣的处理效率。

Description

一种利用电解槽热量回收炭渣中电解质的方法
技术领域
本发明涉及铝电解技术领域，具体涉及一种利用电解槽能量回收炭渣中电解质的方法。
背景技术
现有的铝电解技术以氧化铝为原料，熔融冰晶石为溶剂，炭素体为阳极，在电解槽内进行电解得到金属铝液。在铝电解过程中，由于碳素阳极的不均匀燃烧、选择性氧化、铝液和电解质的侵蚀、冲刷等原因的影响，使部分碳颗粒从阳极脱落进入熔盐电解质中，形成炭渣。该炭渣不仅会提高铝电解运行电压，降低电流效率，提高铝电解生产能耗，增加碳排放；而且炭渣需要定期打捞，会带走一部分电解质，增加物料的消耗。
炭渣2016年被列入《国家危险废物名录》(代码：321-025-48，危险特性：T)需要无害化处置。根据国家相关政策，炭渣禁止弃置或露天堆存，要求在电解铝企业厂内进行无害化处理或者委托具有危险废物处理资质的单位处理。对于工业危险废物的处置，各地区处置收费标准不同，一般在1500-5000元/吨。此外，《中华人民共和国环境保护税法》中规定，每吨危险废物环境保护税税额为1000元。电解铝企业面临着高昂的危险废物处理费用和危险废弃物环境保护税的压力，因此，炭渣的无害化处理及资源化综合利用是电解铝行业急需解决的难题。
现有工业应用的方法主要有浮选法，浮选法利用炭渣中碳、电解质与水的润湿性不同，将炭渣中碳粉与电解质分离。其优点是：处理成本低；劳动用工少；工人劳动强度小，生产环境好。缺点是：电解质回收率低；回收电解质含碳量高(约5％)，不利于返回铝电解生产用；浮选废水中含有氟离子，需进行废水处理。相关的学者专家也开发了高温燃烧后，回收炭渣中电解质的技术，该技术的基本原理是：在一定温度下使炭渣中的碳、氢等可燃物充分燃烧，所得产物即为电解质，从而实现炭渣中电解质的回收。这种方法的优点：回收电解质纯度高，可直接返回电解槽循环利用；缺点是：需要建造高温炉及附属系统，投资大。
某些企业为了节省投资，利用电解槽自身热量，进行了炭渣中电解质的回收。即在添加阳极覆盖料过程中，在覆盖料之间加薄薄一层炭渣料层，在阳极下移的过程中，炭渣料层中碳逐渐氧化除去，从而使得电解质得到回收。有研究表明，在400℃以上的氧化气氛中，炭渣料层中碳就可以氧化，在电解质产生液相前，升高温度，氧化速度提高。在固定床反应模式中，由于氧化性气体需要扩散，并通过炭渣料层进一步与未反应的碳进行氧化反应，因此为了使炭渣料层中碳完全氧化，炭渣料层的厚度需要合理控制。并且研究还发现，炭渣料层的最大反应厚度与炭渣料层中碳的含量有一定关系，即碳含量高，最大反应厚度小。
目前企业在利用电解槽自身热量回收炭渣中电解质时，炭渣料层的厚度对炭渣氧化效果影响较大，炭渣料层过厚，会造成炭渣中碳氧化不完全，未氧化的碳进入了电解系统，影响了电解的指标。炭渣料层太薄，则会造成单次处理量小，影响处理效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用电解槽热量回收炭渣中电解质的方法，以解决的现有技术中利用电解槽自身热量回收炭渣中的电解质时，炭渣中碳氧化不完全、处理效率低的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种利用电解槽热量回收炭渣中电解质的方法，破碎炭渣混料，并制成三个维度中，至少一个维度大于5毫米，另外两个维度均大于1毫米，且三个维度不同时大于L毫米的炭渣块体，L与炭渣块体中碳含量a％的关系为：L＝-1.2a+80；在新阳极添加覆盖料时，加入炭渣块体，形成炭渣块体料层，炭渣块体料层的厚度不大于覆盖料厚度的50％。
进一步优选，所述炭渣块体为筒状结构。
进一步优选，所述筒状结构的炭渣块体的截面为环状结构。
进一步优选，所述筒状结构的炭渣块体截面的外边缘和内边缘均为正方形结构，且内边缘的正方形与外边缘的正方形对角线呈45°夹角。
进一步优选，所述炭渣块体为蜂窝状结构。
进一步优选，所述蜂窝状结构的炭渣块体上等距设置有若干个蜂窝孔，各所述蜂窝孔均为圆孔，并沿所述炭渣块体的厚度方向设置。
进一步优选，所述炭渣块体为实心结构。
进一步优选，炭渣混料破碎后形成炭粒，所述炭粒的粒径不大于5毫米。
进一步优选，所述炭粒在制作炭渣块体过程中，添加有主要成分为碳、氢的粘结剂。
进一步优选，所述粘结剂为淀粉糊或聚氯乙烯醇溶液。
有益效果：一种利用电解槽热量回收炭渣中电解质的方法，是先破碎炭渣混料，并制成三个维度中，至少一个维度大于5毫米，另外两个维度均大于1毫米，且三个维度不同时大于L毫米的炭渣块体，L与炭渣块体中碳含量a％的关系为：L＝-1.2a+80；在新阳极添加覆盖料时，加入炭渣块体，形成炭渣块体料层，炭渣块体料层的厚度不大于覆盖料厚度的50％。通过将炭渣块体加入到覆盖料，在进入到电解槽内时，与高温阳极气体反应，不断消耗碳元素，实现电解质的回收；通过对炭渣块体料层厚度的控制能保证炭渣块体中碳元素的充分氧化，防止碳氧化不完全影响电解指标，并且在炭渣中的碳充分氧化的基础上保证炭渣的处理效率。
附图说明
图1是本发明中炭渣压管的主视结构示意图；
图2是图1中A-A处的截面示意图；
图3是本发明中炭渣压筒的主视结构示意图；
图4是图3中B-B处的截面示意图；
图5是本发明中蜂窝炭渣块的主视结构示意图；
图6是图5中C-C处的截面示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1：
如图1和图2所示，一种利用电解槽能量回收炭渣中电解质的方法，先将炭渣混料破碎成粒径不大于5毫米的炭粒，该炭粒中的碳质量分数为10％；之后将炭粒热压成炭渣压管1，该炭渣压管1的A-A方向截面的外边缘为边长6厘米的正方形，内边缘为边长4厘米的正方形，两个正方形中心重合，对角线呈45°夹角。在新阳极添加覆盖料时，加入一层炭渣压管1，形成炭渣压管料层，使得覆盖料的总厚度为20厘米，其中炭渣压管料层的总厚度为10厘米。
新阳极在使用一个周期后，炭渣压管1中的碳被氧化，生成的电解质中，碳质量分数为0.056％，且该生成的电解质可以用作铝电解的电解质。
实施例2：
如图3和图4所示，将炭渣混料破碎成粒径不大于4毫米的炭粒，并在炭粒中加入少量的粘结剂，该黏结剂为淀粉糊；之后将加有淀粉糊的炭粒混匀压成炭渣压筒2，该炭渣压筒2中碳质量分数为20％，且通过黏结剂的添加，可以提高炭渣压筒2的强度。该炭渣压筒2的B-B方向截面为环状的筒状结构，该炭渣压筒2截面的外环直径为5厘米，内环直径为2厘米。在新阳极添加覆盖料时，加入一层炭渣压筒2，形成炭渣压筒料层，使得覆盖料的总厚度为25厘米，其中炭渣压筒料层的总厚度为10厘米。
新阳极在使用一个周期后，炭渣压筒2中的碳被氧化，生成的电介质中碳质量分数为0.072％，该生成的电解质可以用作电解铝的电解质。
实施例3：
如图5和图6所示，将炭渣混料破碎成粒径不大于3毫米的炭粒，并加入少量的黏结剂进行混合，该黏结剂为聚氯乙烯醇溶液；之后将混油聚氯乙烯醇的炭粒压成蜂窝炭渣块3，蜂窝炭渣块3上设置有若干个蜂窝孔31，该蜂窝炭渣块3中碳质量分数为30％，且通过黏结剂的添加，可以提高蜂窝炭渣块3的强度。蜂窝炭渣块3的厚度为2厘米，且C-C方向的截面为边长20厘米的正方形，蜂窝孔31为圆孔，并沿该蜂窝炭渣块的厚度方向设置，各蜂窝孔31的直径为2厘米，相邻蜂窝孔31的圆心间距为2.8厘米。在新阳极添加覆盖料时，加入一层蜂窝炭渣块3，形成蜂窝炭渣块料层，使得覆盖料层的总厚度为20厘米，其中蜂窝炭渣块料层的厚度为8厘米。
新阳极使用一个周期后，蜂窝炭渣块3中的碳被氧化，生成的电解质中碳质量分数为0.089％，该生成的电解质可以用作电解铝的电解质。
实施例4：
将炭渣混料破碎成粒径不大于2毫米的炭粒，并将炭粒压成方形炭渣，且方形炭渣中碳质量分数为45％。该方形炭渣为边长为1.5厘米的正方体。在新阳极添加覆盖料时，加入一层方形炭渣，形成方形炭渣料层，使得覆盖料的总厚度为25厘米，其中方形炭渣料层的厚度为12厘米。
新阳极使用一个周期后，方形炭渣中的碳被氧化，生成的电解质中，碳质量分数为0.106％，该生成的电解质可以用作电解铝的电解质。
实施例5：
将炭渣混料破碎成粒径不大于1毫米的炭粒，并将炭粒压成直径为8毫米的炭渣球。在新阳极添加覆盖料时，加入一层炭渣球，形成炭渣球料层，使得覆盖料层的总厚度为20厘米，炭渣球料层的厚度为10厘米。
新阳极使用一个周期后，方形炭渣中的碳被氧化，生成的电解质中，碳质量分数为0.123％，该生成的电解质可以用作电解铝的电解质。
在其他实施例中，为了提高炭渣块体的强度，还可以添加其他主要成分为碳、氢的黏结剂。
在其他实施例中，炭渣混料破碎成碳粒后，还可以压制成截面为其他形状的筒状结构，如“回”字形结构，内外边缘均为三角形结构等。
在其他实施例中，炭渣混料破碎成碳粒后，还可以制成其他多面体结构的实心炭渣块体，如六面体、八面体或其他不规则多面体结构。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用电解槽热量回收炭渣中电解质的方法，其特征在于：破碎炭渣混料，并制成三个维度中，至少一个维度大于5毫米，另外两个维度均大于1毫米，且三个维度不同时大于L毫米的炭渣块体，L与炭渣块体中碳含量a％的关系为：L＝-1.2a+80；在新阳极添加覆盖料时，加入炭渣块体，形成炭渣块体料层，炭渣块体料层的厚度不大于覆盖料厚度的50％。
2.根据权利要求1所述的一种利用电解槽热量回收炭渣中电解质的方法，其特征在于：所述炭渣块体料层的厚度为覆盖料厚度的40％-50％。
3.根据权利要求1所述的一种利用电解槽热量回收炭渣中电解质的方法，其特征在于：所述炭渣块体为筒状结构。
4.根据权利要求3所述的一种利用电解槽热量回收炭渣中电解质的方法，其特征在于：所述筒状结构的炭渣块体的截面为环状结构。
5.根据权利要求3所述的一种利用电解槽热量回收炭渣中电解质的方法，其特征在于：所述筒状结构的炭渣块体截面的外边缘和内边缘均为正方形结构，且内边缘的正方形与外边缘的正方形对角线呈45°夹角。
6.根据权利要求1所述的一种利用电解槽热量回收炭渣中电解质的方法，其特征在于：所述炭渣块体为蜂窝状结构，炭渣块体上等距设置有若干个蜂窝孔，各所述蜂窝孔均为圆孔，并沿所述炭渣块体的厚度方向设置。
7.根据权利要求1所述的一种利用电解槽热量回收炭渣中电解质的方法，其特征在于：所述炭渣块体为实心结构。
8.根据权利要求1所述的一种利用电解槽热量回收炭渣中电解质的方法，其特征在于：炭渣混料破碎后形成炭粒，所述炭粒的粒径不大于5毫米。
9.根据权利要求1所述的一种利用电解槽热量回收炭渣中电解质的方法，其特征在于：所述炭粒在制作炭渣块体过程中，添加有主要成分为碳、氢的粘结剂。
10.根据权利要求9所述的一种利用电解槽热量回收炭渣中电解质的方法，其特征在于：所述粘结剂为淀粉糊或聚氯乙烯醇溶液。
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