CN114075678A - 一种铝电解槽阴极保温层结构和大修渣处理工艺 - Google Patents

Abstract

一种铝电解槽阴极保温层结构和大修渣处理工艺，主要应用于铝电解槽的阴极保温隔热层的构造，以及大修过程中的危废处理，其特征是：在进行铝电解槽阴极炭块底部和槽壳体水平底板之间的保温隔热层砌筑构造时，选用对电解质化学成分体系无污染的、可不经过无害化处理的、电解铝生产原料，氧化铝、电解质冰晶石，或氧化铝电解质混合料，作为构建铝电解槽阴极炭块底部保温隔热层构建材料，以期实现在进行槽大修时，能够将这些含有氟化物的保温隔热层危固废大修渣，从铝电解槽壳体内取出后，可不经过无害化处理，就能够可以直接用于电解铝生产，并以减少或消除铝电解槽大修渣危废的产生量。

Description

一种铝电解槽阴极保温层结构和大修渣处理工艺

技术领域：本发明所述的铝电解槽阴极保温层结构和大修渣处理工艺，主要应用于铝电解槽结构的设计、技术装备的制造以及铝电解槽生产。

背景技术：现有通用的铝电解槽阴极熔池炉膛体，由构造在槽壳体内的侧部炉墙，阴极炭块钢棒组，以及构造在阴极炭块的底部的“保温隔热层”砌筑构建而成，

其保温隔热层是构筑在铝电解槽槽壳体内，水平底板和阴极炭块钢棒组底部之间的阴极保温层结构。

构造在铝电解槽槽壳体内、阴极炭块底部和槽壳体水平底板之间的阴极保温隔热层，先采用普通无机非金属耐火保温材料构造而成。这些非金属氧化铝、氧化硅、包括黏土质耐火保温砖，硅酸钙板等。

这些无机非金属耐火保温材料中，由于含有大量氧化硅、氧化铁、氧化钙等污染铝电解槽电解质铝液化学成分体系的非金属矿物质杂质、和其它有害金属元素，因此不能直接应用于电解铝生产。

这些砌筑槽壳体内，阴极炭块底部的阴极保温隔热层耐火材料，在长期的铝电解槽生产运行过程中，会不仅会受到来自阴极炭块上部的电解熔池内的氟化物、以及金属钠、铝液等物质浸蚀污染，而且还受到铝电解槽的热载荷的冲击，从而使得保温隔热层的整体化学性能和物理性能受到衰减破坏，使其丧失其保温隔热性能，导致铝电解槽难以安全经济可靠的运行。

因此，在铝电解槽运行到一定时期后，就要将槽电解槽进行槽大修，将失效的阴极炭块钢棒组，以及保温隔热层砌筑材料，从电解槽的槽壳体内清理出来。再更换成新的阴极钢棒组和保温隔热层材料，重新砌筑构造阴极底部保温隔热层和阴极炭块钢棒组和侧部炉墙，形成新的铝电解槽阴极熔池结构，才能保障铝电解槽持续稳定的运行生产。

而在大修过程中，从阴极炭块底部清理出来的这些保温隔热层大修渣料，由于其自身原材物料中含有大量的、对电解质铝液化学成分有污染的硅(SIO₂)、铁金属、氧化钙等物质材料，因此，不能像阳极上部的氧化铝电解质混合覆盖料一样，直接参与到电解铝生产过程中去；只能形成铝电解槽阴极固废大修渣，当固废进行处置。

但由于阴极保温层固废大修渣中含有大量的氟化物以及其他有害金属物质，会对地表环境和空气环境造成严重污染；因此被国家列为禁止排放的危险固废物。这阴极保温隔热层危险固废物大修渣，只有进行无害化处理后，才能按一般固废填埋处置。

自这些由铝电解槽阴极保温层大修渣被国家列为危险固废料后，电解铝企业需投入大量的资金和技术进行无害化处理、加重了电解铝企业的生产成本。

这些铝电解槽阴极保温层危废大修渣，即使进行了无害化处理，但由于其材料的化学成分复杂，也很难进行二次利用，只能占用土地资源进行填埋处理。

再者，在制备这些保温隔热层的耐火保温原材料时，要开采消耗大量的无机非金属矿产资源，破坏自然环境；而且在制备过程中也会产生污染环境和消耗能源的问题。

现有技术所存在的上述问题，已成为制约我国电解铝产业发展的痛点问题。如果不彻底解决，势必将影响我国电解铝行业的可持续发展。

但到目前为止，国内外的电解铝企业，对这些铝电解槽危废大修渣，进行无害化处理，以及对大修渣危废物二次利用，一直还没有一套成熟可靠能够满足电解铝企业生产需要和国家环保政策要求的技术。

发明内容：为了解决现有的铝电解槽阴极炭块底部，槽壳体内部的阴极炭块保温隔热层的构筑材料，在大修时所产生的大修渣危固废中氟化物污染环境，无法重复利用，浪费填埋土地和矿产资源的问题，减少铝电解槽大修渣危固废的产生量，降低无害化处理的成本费用，实现电解铝生产过程中大修渣危固废趋于零排放的目标，实现电解铝产业的绿色循环可持续发展。本发明提出了一种新的铝电解槽阴极保温层结构设计技术方案和大修渣危废的处理技术方案。该技术方案的特点是：

在进行铝电解槽阴极炭块底部保温层构造时，选择用对铝电槽的电解质化学成分体系无污染的，与铝电解槽熔池内电解质化学成分体系相匹配的，电解铝生产用原材料，既氧化铝、电解质(冰晶石氟化盐材料)、以及碳素材料，作为构建铝电解槽阴极炭块底部保温隔热层的构筑材料。既选择铝电解生产用的氧化铝、电解质以及碳素材料，作为构建铝电解槽槽壳体水平底板上部到阴极炭块底部之间保温隔热层的构筑材料。以期在进行槽大修时，将这些源自保温隔热层，所产生的含氟物质大修渣，从电解槽槽壳体内取出后，可不经过无害化脱氟处理工艺，就能直接用于电解铝生产，并使其经过电解铝生产工艺，和铝电解槽的烟气净化系统，将这些大修渣中的含氟物质释放出来，与电解铝生产用氧化铝产生热聚合反应，形成载氟氧化铝，而循环应用于电解铝生产，以实现电解铝生产过程无固废排放，进行绿色环保生产的目的。

依据上述技术方案，在进行阴极炭块底部保温层砌筑构造时，选择可能够直接可用于铝电解生产的，电解铝生产原料氧化铝、电解质、碳素材料作为构建铝电解槽阴极炭块底部保温隔热层，以及防渗漏层构建材料。

采用铝电解生产的原料，构建其保温隔热层目的是：在进行槽大修时，可将这些含有氟化物的保温隔热层危废大修渣，从铝电解槽壳体内清理取出后，可不经过电解生产工艺系统外的无害化处理工艺系统的处理，就能够作为电解铝的生产原料进行使用，并通过电解铝生产工艺，以及铝电解槽的烟气净化系统，将这些大修渣中的氟化物进行无害化处理。

依据上述技术方案，在进行铝电解槽阴极炭块底部保温隔热层砌筑构造时，可用氧化铝、电解质、碳素材料，以及电解质氧化铝混合料，制作成散状颗粒料，或定型保温隔热砖块后，再砌筑构造在铝电解槽阴极炭块底部和槽壳体水平底板之间，形成阴极炭块底部保温隔热层。

依据上述技术方案，采用不污染铝电解化学成分体系的、电解铝生产原料，构造铝电解槽阴极炭块底部保温隔热层时，可将铝电解槽的阴极保温层分层配置构造。

依据上述技术方案，在分层构造其保温隔热层时，可在上下层之间的界面处，设置上水平分层隔板，其水平分层隔板，采用钢板或不锈钢板制作而成，其水平分层隔板，具有阻隔调整阴极底部热气流传导，及稳定整体保温隔热层结构的功能。以便限制、调整铝电解槽阴极炭块底部的保温隔热层的散热量和热导率，提高其保温隔热层结构的稳定性。

依据上述技术方案，在用对电解质化学成分体系无污染的电解铝生产原料氧化铝、电解质或碳素材料砌筑构建铝电解槽阴极炭块底部的保温隔热层时，在保温隔热层中设置区域垂直隔板。其区域垂直隔板，可以将铝电解槽的阴极炭块底部的保温隔热层，分隔成若干个保温区域，以便根据铝电解槽底部不同区域热平衡及热传导的的需求，调整铝电解槽的底部保温隔热层的结构。其区域垂直隔板，具有限制调整铝电解槽底部热气流的传导，和稳定其整体保温隔热层结构的功能。

本发明创新的实质核心技术是，采用对铝电解槽内铝液电解质液化学成分无污染的，电解生产的生产原料，作为构建铝电解槽阴极炭块底部保温层的原料。其的技术原理是：

构造砌筑在铝电解槽槽壳体内，阴极炭块底部的保温隔热层物料，在电解铝生产的过程中，只会吸纳了一些来自铝电解槽熔池内的氟化盐物质，和一些钠、铝、铁等金属元素物质，并不能改变其基本的化学材料属性，因此，在进行槽大修时所产生的含氟物质危固废大修渣，由于不含有其它污染电解质铝液化学成分体系的杂质金属元素和非金属矿物质。所以就能够作为铝电解槽生产的原料，可直接应用铝电解槽的生产，并利用其铝电解槽的生产工艺过程，和铝电解的烟气净化系统，将其中大修渣中的含氟物质，转换成氟化氢气体，并和烟气净化系统中的氧化铝产生聚合反应，生成载氟氧化铝，而直接参与电解铝生产。

这样不仅可减少电解铝企业生产过程中危废的产生处理量，而且，可以变废为宝，将危废利用资源化，降低电解铝企业的生产原料购置成本，如氧化铝和电解质氟化盐的购置成本。提升企业的经济效益。

本技术方案的实质特征是：用电解铝的生产原料氧化铝，电解质、电解质以及碳素材料，作为构造铝电解槽阴极底部保温隔热层的材料，其目的是：在电解槽大修时，由于这些大修渣中不含有污染电解质铝液化学成分体系的杂质金属元素和非金属矿物质，或含量极少(微量元素)，不足以污染电解质化成分体系，因此，其所产生含氟物质危废大修渣中的氟化物，可以不经过电解生产工艺系统外的危废处理系统进行无害化处理，可直接经过铝电解槽的生产工艺，转换为氟化氢气体，并经过铝电解槽的烟气净化系统，和氧化铝产生反应，生成载氟氧化铝，从而实现大修渣危废的无害化处理，和大修渣中的危废氟化物的回收利用。

采用本发明所述的上述技术方案，具有以下优点。

1、在进行铝电解槽阴极熔池构造砌筑时，选则可直接用于电解铝生产的氧化铝、电解质、碳素材料作为构建的铝电解槽阴极底部或防渗漏层底部保温层结构的材料，可将槽大修时所产生的含有氟化物的保温隔热层危险固废料，不经过无害化处理工艺，就能够直接用于电解铝生产。并以此来减少电解铝企业大修危险固废料的产量和危废处理成本，提高电解铝企业的经济效益、实现电解铝的绿色环保可持续生产。

2、在进行铝电解槽阴极熔池构造砌筑时，选则可用于电解铝生产的氧化铝、电解质、碳素材料、或氧化铝电解质混合料，作为构建的铝电解槽阴极底部保温层结构的材料，不仅减少铝电解槽阴极炭块底部的危险固废的产生量，而且可以减少构筑铝电解槽阴极底部保温层的保温隔热耐火材料成本，既相当于将铝电解槽阴极炉膛保温热层的构造空间，作为一个电解铝生产原料的临时仓储空间，将电解铝生产用的氧化铝等物料，在此仓储空间内，存储以一个铝电解槽大修周期后，在应用于电解铝生产。

3、采用电解铝生产用的氧化铝，作为构筑铝电解槽阴极炭块底部保温层的材料，从材料性能上讲，与现有的铝电解槽阴极炭块底部保温层，采用其他无机非金属矿物质耐火保温材料相比，具有含硅量底、含其他它金属材料杂质成分低，绝热隔热性能好，热导率低等优点。

4、采用铝电解生产用的氧化铝、电解质材料、碳素材料构建的阴极炭块底部或防渗漏层底部的保温隔热层，并在其保温隔热层中设置水平分层隔板，和区域垂直隔板，不仅可以根据不同区域及层次的热平衡的需求构建铝电解槽的底部保温层结构，而且具有稳定其保温层整体结构，便于整体材料结构配置的功能。

5、采用铝电解生产用的氧化铝、电解质材料、碳素材料构建的阴极炭块底部保温层，在电解生产过程，可能会有电解质液，或金属铝液渗透到该保温隔热层中，但随着铝电解槽底部等温线的降低，其渗漏物质与阴极底部的保温隔热层材料会产生物理化学反应，形成硬质结壳防渗漏层，以阻止可渗透物质的继续向下渗漏，并防止渗漏间隙通道的扩展。

附图说明：本发明所述的铝电解槽阴极槽底保温层结构以及大修渣处理技术方案的技术特征，通过说明书附图，和具体实施例的表述则更加清晰。

图1：为本发明实施例1铝电解槽阴极底部保温隔热层的断面结构示意图。

图2：为本发明实施例2铝电解槽阴极底部保温隔热层的断面结构示意图。

图3：为本发明实施例3铝电解槽阴极底部保温隔热层的断面结构示意图。

图4：为本发明铝电解槽长度方向阴极底部保温隔热层的断面结构示意图。

图5：为图4的A-A界面的示意图。

其图中所示：1阴极炭块、2阴极钢棒、3槽壳体、4底部水平板、5防渗漏料层、6水平隔层钢板、7区域垂直隔板、8定型保温隔热砖块、9散状颗粒料、10下底部保温隔热层、11上部保温隔热层、12整体保温隔热层、13贯通气孔。

具体实施方式：本发明技术方案的特征，通过实施例的表述则更加清晰：

实施例1：如图1所示，在用不污染铝电解槽电解质化学成分体系的，电解铝生产原料，氧化铝、电解质等材料，构建铝电解槽阴极炭块底部保温层时，先将这些氧化铝粉制成散状的颗粒料(9)或空心球颗粒料后，按照铝电解槽阴极保温层热平衡设计的要求，分层铺设填充构造在铝电解槽槽壳体底部水平板(4)和阴极炭块底部之间的槽壳体内，构建形成出铝电解槽阴极保温隔热层(12)结构。

本实施例1保温隔热层(12)构造工艺特征是：先在铝电解槽槽壳体(3)内的底部水平板(4)上铺设填充一层电解铝生产用的氧化铝散状颗粒料，形成下底部保温隔热层(10)；而后，在下底部保温隔热层(10)的上部，铺设一层水平隔层钢板(6)，再在其水平隔层钢板(6)上面，用电解质氧化铝混合颗粒料或空心球颗粒料，或碳素捣固糊混合料，铺设一层保温防渗漏层(5)，形成铝电解槽整体的阴极炭块(1)底部的整体保温层(12)结构。而后再在其整体保温层(12) 的保温防渗漏层(5)的上部，构造砌筑铝电解槽的阴极炭块钢棒组。

实施例2：如图2所示，在用不污染电解质铝液的电解生产用氧化铝等材料构建铝电解槽阴极炭块(1)底部整体保温隔热层(12)时，可先用氧化铝粉制成氧化铝空心球颗粒料，或定型保温隔热砖(8)砌筑块。用氧化铝空心球颗粒料，以及氧化铝材质的定型保温隔热砖(8)砌筑块作为构造铝电解槽阴极保温隔热层的主体材料，构建铝电解槽阴极炭块(1)底部保温层(12)。

本实施例2的保温层构造工艺特点是：先在铝电解槽槽壳体(3)内的底部水平板(4)上，铺设填充一层电解铝生产用氧化铝散状颗粒料，或氧化铝空心球颗粒料，形成下底部保温隔热层；而后，再在其底下部保温隔热层的上部，铺设一层水平隔层钢板(6)；再在其水平隔层钢板(6)上面，用氧化铝定型保温隔热砖块(8)砌筑构造上部保温隔热层(11)；而后，再在其上部保温隔热层(11)的上部，用碳素捣固糊混合颗粒料，或用电解质氧化铝混合颗粒料，铺设一层保温防渗漏层(5)，形成铝电解槽整体的阴极炭块(1)底部的整体保温层(12)结构。而后，再在其整体保温层(12)保温防渗漏层(5)的上部，构造砌筑铝电解槽的阴极炭块钢棒组。

实施例3：如图3所示，在用不污染电解质液化学成分体系的，铝电解生产用氧化铝等材料，构建铝电解槽阴极炭块(1)底部保温层(10)时，可先在铝电解槽槽壳体底部水板(4)上，下部保温层(10)的高度内，设置焊接上区域垂直隔板(7)，用区域垂直隔板(7)，将铝电解槽槽壳体(3)底部，分隔成若干个保温隔热层构造区域。其区域垂直隔板(7)的两端和底部，分别焊接在铝电解槽的槽壳体(3)的侧部以及水平底板(4)上，使得区域垂直隔板(7)具有加强槽壳体(3)钢结构强度、提高保温隔热层(10)结构稳定性、限制调整热气流进行水平传导的功能。而后再在此槽壳体结构的基础上，构建铝电解槽的阴极炭块(1) 底部保温层(10)结构。

本实施例3保温层构造的工艺特点是：先在铝电解槽槽壳体(3)内的底部水平板(4)上，下底部保温隔热层水平高度层内，焊接构造上若干个区域垂直隔板 (7)，其区域垂直隔板(7)，可以沿铝电解槽的长度方向，或水平方向进行设置。用区域垂直隔板(7)将铝电解槽的槽壳体(3)底部分隔成若干个保温隔热层构造区域。

而后，再在其不同的保温隔热层构造区域内，铺设填充电解铝生产用氧化铝散状颗粒料，或氧化铝空心球颗粒料，形成下底部保温隔热层(10)；而后，再在其下底部保温隔热层的上部，区域垂直隔板(7)的上端，扣合铺设上一层水平隔层钢板(6)。

而后，再在其水平隔层钢板(6)上面，用氧化铝定型保温隔热砖(8)砌筑构造上部保温隔热层(11)；而后，再在其上部保温隔热层(11)的上部，用碳素捣固糊混合颗粒料，或电解质氧化铝颗粒粉料(9)，铺设构造一层保温防渗漏层(5)，形成铝电解槽阴极炭块(1)底部的整体保温隔热层(12)结构。而后再在其整体保温层(12)保温防渗漏层(5)的上部，构造砌筑铝电解槽的阴极炭块钢棒组。

注意：本实施例所述的区域垂直隔板(7)可用工字钢或槽钢进行替代，其区域垂直隔板(7)具有支撑上部水平隔层钢板(6)的作用，加强铝电解槽槽壳体结构的功能。

在进行阴极底部保温结构结构设计时，可以将槽壳体(3)底部水平底板(4) 的上部，加装上分隔垂直立板(7)后，形成的箱仓式结构，其不同位置的箱仓内以填充不同的保温材料，在箱仓的上部设置水平隔层钢板后，不仅可保证其箱仓内保温材料结构的稳定性，而且可以上部水平隔层钢板(6)阻隔其上部氟化氢气体和热气流的向下渗透传导，保证填充在箱仓内的保温材料化学成分结构的稳定性。这样就可以提铝电解槽槽壳体下部保温隔热性能的稳定性，并可以延长其使用寿命周期。

依据上述的技术思路，这样，就可以在铝电解槽槽壳体的底部，设置一个相对永固的保温隔热层。在进行槽大修时，不处理更换槽壳体下部的永固保温隔热层中的保温物料，只要检修更换槽壳体底部箱仓，既永固保温隔热层上水平隔层钢板(6)上部的保温隔热层物料即可。这样，不仅可以减少槽壳体下底部保温层区域分隔箱仓内保温材料更换的大修作业成本和材料成本，而且可以降低其铝电解槽大修为固废渣的产生量，以及含氟化物大修渣的处理成本。

以此推理，将铝电解槽的槽壳体底部下部保温层分隔成若干个保温区域后，在槽壳体的底部设置了永固保温隔热层，在电解槽大修时，可不用维修更换其中的保温隔热材料；由于填充在下部保温隔热层区域分隔箱仓内的保温物料，在大修时就不用进行更换大修。因此就不可能产生固废大修渣，所以在选择保温隔热材料时，不仅可以选择不污染电解质化学成分体系的原材物料作为其保温隔热层的构建材料，而且可以选择其它材质的物料，对其实施保温构造，其中也可以包括可能污染电解质化学体系的，现通用的非金属矿物质耐火保温材料制品，作为该层的保温隔热材料。

本发明铝电解槽含氟大修渣的处理技术方案是：

在进行槽大修时，利用其从阴极炭块底部保温层中清理出来的含氟大修渣危废料，只不过是在长期的电解铝生产过程中，知识吸纳了一些从阴极炭块上部电解熔池内渗漏下来的一些氟化物，以及钠铁铝等一些微量金属元素，而这些氟化物以及钠铁等微量金属元素，对铝电解槽的电解质化学成分体系并不可能产生污染，或不可能产生既在污染的特点，因此，就可以将这些含氟危废大修渣，像阳极炭块上部的覆盖料结壳一样，直接返回到铝电解槽的生产过程，进行重复循环利用，并在参与电解的过程中，将其中的氟化物，经过热电化学反应电解过程和烟气净化系统的处置，转换成氟化氢气体，并与氧化铝进行反应，形成载氟氧化铝。这样，不仅可以将铝电解槽的这些大修渣，进行脱氟无害化处理，而且还可以利用其氟化氢气体，实现对氧化铝载氟吸附，变费为宝，综合利用，降低电解铝的生产成本。

注：构造在铝电解槽槽壳体内的、阴极炭块底部的、氧化铝在其电解槽的长期生产过程中，其氧化铝化学成分的改变过程，本质上也是一个吸纳氟化物，与氟化盐进行化学反应的过程。既类似于载氟氧化铝生成的过程。因此，从大修电解槽中清理出来的载氟氧化铝大修渣，可以直接应用于电解铝生产，而不需要进行无害化处理。其具体实施方式可按以下方法进行：

1、将从电解槽槽壳体内清理出来的含有氟化物的氧化铝或电解质危废大修渣，进行破碎形成颗粒料，用作阳极炭块上部的保温层构造。使得危废大修渣中的氟化物，在电解高温工况条件下，形成氟化氢气体，通过铝电解槽的烟气净化系统，与氧化铝发生反应，生成载氟氧化铝，参与铝电解槽热电化学反应。

2、将从电解槽槽壳体内清理出来的含有氟化物的碳素材料大修渣，进行破碎形成颗粒料，用作阳极炭块的制备材料。使得碳素危废大修渣中的氟化物，能够同阳极炭块一起，在电解高温工况条件下，碳素材料大修渣中分离出来，生成氟化氢气体，通过铝电解槽的烟气净化系统，与氧化铝发生反应，生成载氟氧化铝，用于铝电解槽的热电化学反应，参与电解铝生产。

3、将从电解槽槽壳体内清理出来的含有氟化物的碳素材料大修渣，进行破碎形成颗粒粉料，制作成阳极炭块上部的定型覆盖保温块，重复用于铝电解槽上部的保温层的构造，使得碳素大修渣中的氟化物，能够在铝电解高温工况条件下，从碳素材料中逐渐分离出来，生成氟化氢气体，并通过铝电解槽的烟气净化系统，与氧化铝发生反应，生成载氟氧化铝，用于铝电解槽热电化学反应，参与电解铝生产。

4、采用对铝液电解质液无污染的、可直接用于电解铝生产的氧化铝、电解质材料作为砌筑阴极炭块保温层的主体材料，在大修时，其破损的阴极炭块和碳素捣固糊料，由于也不含有污染电解质化学成分体系的杂质和其它金属元素，因此，其含氟物质碳素材料大修渣，以及含氟物质氧化铝材质大修渣的混合料，也可以直接用于电解铝生产，通过铝电解槽的热电化学电解工艺，将大修渣中的氟化物，转换成氟化氢气体，并通过铝电解槽的烟气净化系统，由氧化铝进行吸纳，形成载氟氧化铝，实现阴极大修渣氟化物无害化处理、铝电解槽阴极大修渣无危废、固废排放的目的。

本发明技术方案的终极目的，就是使得在铝电解槽大修时所产生的阴极炭块底部保温隔热层，含有氟化物的危废大修渣，不经过现有的、既离开铝电解槽生产系统，而进行的危废处理工艺技术进行危废处理，而是利用现有的铝电解槽生产工艺技术装备，对其危废大修渣进行脱氟无害化处理，并应用于电解铝生产。

依据铝电解槽的电解生产工艺和经验，可以判定出，在电解铝的生产原料的氧化铝，电解质、以及碳素材料中，以及构造铝电解槽阴极底部保温隔热层保温时，特别是在构造炭块底部、保温隔热层顶端的防渗漏层中，不可避免的产生一些污染电解质铝液的，含有少量金属、或非金属矿物质杂质，如钠、铁、硅、该钙等物质元素掺杂在砌筑。

在长期的铝电解槽生产过程中，处在铝电解槽阴极炭块底部保温层上部的防渗漏料层，在长期的生产过程中，由于直接处在吸纳来自阴极炭块上部的铁、钠、硅、碳、氟化物等质的高温吸纳富集区带，加之其材料配置的自身原因，在铝电解槽大修过程中，会产生含铁、硅、钠、铝、钙等杂质较多的含氟物质大修固废混合渣。

对于这些化学成分较为复杂，可能会对产成铝液的化学品质影响、对电解质液正常化学成分体系产生污染的可能性及影响比较大，但这些含有复杂成分含氟物质大修固废渣，由于其体量较小，占阴极炭块底部隔热层的含氟危废大修渣的总量的比重较小，因此可采用以下两种方法进行脱氟无害化处理，一是总量均衡混合法，二是定质电解法进行。

(一)其“总量均衡混合法”的技术特征是：将这些含有较多铁、硅等元素，可能影响铝液质量标准，以及电解质化学成分体系的含氟物质大修渣，与纯度较高的、正常生产用的铝电解生产原料，采用分批次混合、均衡配置的方法，使其含有上述杂质污染物较多的含氟物质大修渣，能够和纯度较高的电解铝生产原料一起，形成能够满足铝电解槽正常生产工艺需求的原料，参与电解铝生产，生产出合格的铝液产品。并在其电解生产过程中，并进行无害化脱氟处理。

注一般情况下，将这些含有较多铁、元素含氟物质大修渣与覆盖料进行混合，当做阳极炭块覆盖料使用。

(二)、其“定质电解法”的技术特征是：在电解铝生产过程中，既在按正常生产工艺标准进行生产的铝电解槽整体系列中，选择几台铝电解槽，依据市场需求或国家标准，利用含氟大修渣料和通用的氧化铝进行配置的混合料，其中包括含有铁、硅等元素杂质的含氟大修渣料和氧化铝混合料，作为特定配比成分的电解铝生产原料，投入到采用定质电解法特定的铝电解槽中，在特定的化学成分体系的电解质液中，经过热电化学反应，生产出含硅高量、或含铁量较高的电解铝系列产品，并在其生产过程中，对含氟大修渣料进行脱氟无害化处理，使得大修渣中的氟化氢气体，经过铝电解槽的烟气净化系统，生成载氟氧化铝，以实现铝电解槽的危废大修渣的无害换处理，和固体废物零排放，电解铝生产过程中危险固废物变废为宝，资源化利用的目的。

既在电解槽大修时，对其有杂质的含氟物质危废大修渣，可依据对铝电解槽内产成品铝液中，对微量金属含量品质标准的要求，以及生产该品质标准电解质液的化学成分体系的要求，采用少量、多批次、混合配置的方式，与标准纯度的电解铝氧化铝、或氧化铝电解质原料进行混合配置，既添加很合量配置，以不影响或超出铝电解槽产成铝液合格品的含硅量含铁量指标的要求、以及以不影响恶化污染铝电解槽电解质液化学成分体系为准，是在添加应用到铝电解槽生产过程中。并进行脱氟无害化处理

本发明技术方案的相关解释说明：

1、在用对电解质化学成分体系无污染的材料、既电解铝生产原料氧化铝、电解质、以及碳素材料原料；

其氧化铝原料，不仅包括电解铝生产用的的氧化铝粉，而且包括不污染电解质铝液的，可直接用于电解铝生产的，氧化铝(AL₂O₃)系列的耐火砖、保温砖、轻质保温砖、颗粒料、粉料产品。

其电解质原料为冰晶石(Na₃AlF₆)氟化盐系列产品，

其碳素原料包括阴极碳块、阳极炭块、碳素捣固糊料、石墨制品材料，以及上述碳素材料制品所形成的大修渣料。

2、可用对电解质化学成分体系无污染的、电解铝生产用的氧化铝，制成氧化铝空心球，或氧化铝空心球砖；用于砌筑阴极炭块底部的保温隔热层。

3、可用对电解质液铝液化学成分体系无污染的、电解铝生产原料氧化铝、冰晶石电解质、以及碳素材料混合配制成颗粒料，用于构造阴极炭块底部和保温隔热层上部层之间的防渗漏料层(5)的构造原料。

4、在用电解铝生产的氧化铝、电解质、碳素材料，预制定型保温隔热砖块 (8)时，可添加有机化合物，或不污染电解质、或对电解质铝液污染较小的无机化合物，作为粘剂固化结合材料进行配制。

5、在铝电解槽槽壳体内部保温隔热层中设置的水平隔层钢板(6)，以及分隔垂直立板(7)，可进行分段分层构造，或整体连接构造。

6、在水平隔层钢板(6)和分隔垂直立板(7)上，可设置贯通孔(13)或贯通间隙缝，以便利用这些孔隙缝，调整阴极炭块底部保温隔热层(12)内的热气流传导，和调整铝电解槽底部的热平衡体系结构的配置。

Claims (10)

1.一种铝电解槽阴极保温层结构和大修渣处理工艺，其特征是：在进行铝电解槽阴极炭块底部和槽壳体水平底板之间的保温隔热层砌筑构造时，选用对电解质化学成分体系无污染的、可不经过无害化处理的、电解铝生产原料，氧化铝、电解质或氧化铝电解质混合料，作为构建铝电解槽阴极炭块底部保温隔热层构建材料，以期实现在进行槽大修时，能够将这些含有氟化物的保温隔热层危固废大修渣，从铝电解槽壳体内取出后，可不经过无害化处理，就能够可以直接用于电解铝生产，并以减少或消除铝电解槽大修渣危废的产生量。

2.依据权利要求1所述的一种铝电解槽阴极保温层结构和大修渣处理工艺，其特征是：在进行铝电解槽阴极炭块底部、或防渗漏层底部保温层砌筑构造时，可将氧化铝、电解质冰晶石、碳素材料，制作成散状颗粒料，或定型保温隔热砖块后，再砌筑构造在铝电解槽槽壳体内阴极炭块底部，形成阴极炭块底部保温隔热层。

3.依据权利要求1所述的一种铝电解槽阴极保温层结构和大修渣处理工艺，其特征是：其阴极底部保温隔热层在大修时，所产生由铝电解槽生产原料所形成含有氟化物的危固废大修渣，可直接用于电解铝生产系统；其中所含的氟化物可经过铝电解槽的烟气净化系统与氧化铝产生反应，生成载氟氧化铝，而直接应用与电解铝生产。

4.依据权利要求1所述的一种铝电解槽阴极保温层结构和大修渣处理工艺，其特征是：其阴极底部保温隔热层，在大修时所产生含有氟化物的碳素材料危废大修渣，可经过破碎处理后，用于阳极炭块，或阳极碳块上部覆盖料的原料；以便在电解生产过程当中随着碳素制品的消耗，使得其中的氟化物经过铝电解槽的热电化学反应，进入到铝电解槽的烟气净化系统中，从而进行无害化处理。

5.依据权利要求1所述的一种铝电解槽阴极保温层结构和大修渣处理工艺，其特征是：其保温隔热层为分层构造结构。

6.依据权利要求3所述的一种铝电解槽阴极保温层结构和大修渣处理工艺，其特征是：其保温隔热层在分层构造时，在上下层之间的界面处，设置上水平分层隔板，其水平分层隔板采用钢板或不锈钢板制作而成。

7.依据权利要求1所述的一种铝电解槽阴极保温层结构和大修渣处理工艺，其特征是：在分层构造铝电解槽阴极炭块底部保温隔热层时，在槽壳体底部水平底板的上部，保温隔热层中，设置区域垂直分隔板；其区域垂直分隔板，可以将阴极炭块底部的保温层分隔成若干个保温层构造区域。

8.依据权利要求1所述的一种铝电解槽阴极保温层结构和大修渣处理工艺，其特征是：在铝电解槽阴极炭块底部保温隔热层底部设置构造有可不进行保温材料大修更换的永固保温隔热层，以期减少阴极底部保温层大修渣的产出更换量。

9.依据权利要求1所述的一种铝电解槽阴极保温层结构和大修渣处理工艺，其特征是：在选用铝电解生产的生产原料氧化铝作为阴极保温隔热层结构的构造原料时，可将其氧化铝粉预先制作成空心球颗粒料后，或氧化铝空心球颗粒料定型保温隔热砖块后，在应用砌筑在铝电解槽阴极炭块的底部保温层结构中。

10.依据权利要求1所述的一种铝电解槽阴极保温层结构和大修渣处理工艺，其特征是：氧化铝、电解质、碳素材料构造铝电解槽阴极保温隔热层或防渗漏层时，可添加有机粘结剂，或不污染电解质液的无机粘剂，或对电解质铝液污染较小的材料作为粘剂固化结合材料进行配制。

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