CN114381763A - 一种铝电解槽产生的阳极炭渣减量化处理方法 - Google Patents

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蔡龙
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Abstract

本发明一种铝电解槽产生的阳极炭渣减量化处理方法，该方法包括以下步骤：S1.将炭渣破碎为粉末；S2.将炭渣粉末添加到电解槽内；S3.将电解槽电压设在80mv；S4.降低电解槽内的铝水高度至23cm；S5.提高电解槽内电解质高度≥28cm；S6.电解槽内氟化铝投入量为21Kg/t·Al；S7.电解槽内阳极更换周期设定30天；S8.设电解槽内阳极效应为每天发生1个效应；S9.电解槽NB间隔调整至52s～57s。添加方式：①阳极中缝添加法；②拔阳极添加法；③边部添加法；④低残极添加法。本发明有益效果：阳极炭渣中电解质回收率高，在2～3次操作后实现完全处置的目的，对环境不造成二次污染，安全环保无公害。

Description

一种铝电解槽产生的阳极炭渣减量化处理方法
技术领域
本发明属于工业危废处理领域中的电解铝危废资源化利用处置领域，具体为一种铝电解槽产生的阳极炭渣减量化处理方法。
背景技术
阳极炭渣的形成是一个极为复杂的过程，其主要原因是由于阳极炭块在铝电解生产过程中参与电化学反应和化学反应造成的空气氧化及燃烧，导致阳极炭块的主要原料沥青焦和黏结剂被破坏，碳素材料的骨料部分脱落以颗粒状形态悬浮包裹在电解质表面，形成炭渣层，电解质中大量的炭渣积累会使电解质电阻增高，从而导致电解质温度升高，电解出来的金属铝二次溶解以及与CO2的逆反应速度加快，最终降低电流效率。因此，炭渣定期的打捞是铝电解生产过程中必不可少的一项作业环节，但是打捞出来的炭渣因含有氟化物成分主要含有氟化铝和冰晶石，按照相应环保法律规定属于工业危废。
现有技术中对阳极炭渣的处理主要以委托第三方或自购设备进行处置，委托第三方存在处置成本高，法律风险大的特点。自购设备处置主要为两种；一是湿法浮选，湿法浮选能够有效提取碳元素和氟化物，但浮选过程中需投资浮选设备且加入浮选剂多为油类与硅酸钠的混合物，主要产品亚冰晶石溶解性差，电解生产中不常采用，且产生的废渣和部分废水无法进一步处理，存在环境风险；二是火法焚烧，火法焚烧能够去除碳元素，但实现处置需投资兴建焚烧炉且焚烧过程会造成大气污染，燃气等能源浪费，同时产生的剩余焚烧废渣无法进一步处理。
发明内容
本发明解决上述背景技术中存在的技术问题，提供一种无需设备投资的情况下，通过对电解槽工艺控制的调整实现阳极炭渣的二次处理，对阳极碳渣中的电解质回收率高，在2～3次操作后可实现完全处置的目的，且对环境不造成二次污染，安全环保无公害处置的铝电解槽产生的阳极炭渣减量化处理方法。
本发明一种铝电解槽产生的阳极炭渣减量化处理方法，其具体方法如下所示：
S1.将炭渣破碎为直径为0.5mm-1mm的粉末；
S2.将步骤S1制备的炭渣粉末添加到电解槽内；
S3.将电解槽电压设在80mv；调整设定电压提高约80mv左右，具体情况视槽温高低决定，增加电解槽的热收入；
S4.降低电解槽内的铝水高度至23cm；降低铝水高度至23cm左右，主要目的有三点；一是为提升槽温创造先决条件；二是下移等温线，提升炉底温度；三是降低电化学反应区域，避开内衬薄弱区，可以降低系列安全风险；
S5.提高电解槽内电解质高度≥28cm；提升电解槽热储存，增加电解质在熔池内的有效反应面积；
S6.电解槽内氟化铝投入量设置为21Kg/t·Al；氟化铝投入量由19Kg/t·Al增加至21Kg/t·Al,降低电解质初晶温度，增大电解质表面张力，有利于炭渣分离；降低电解质压降，清洁电解质成份，确保回收高品质电解质；
S7.电解槽内阳极更换周期设定为30天；一是防止电解质冲刷阳极钢爪；二是高温槽阳极消耗速度过快；三是可增加阴极和炉膛排查频次，降低系列安全风险；
S8.设置电解槽内阳极效应为每天发生1个效应；主要作用是清洁阳极底掌，避免阳极长包；
S9.电解槽NB间隔调整至52s～57s。
所述的步骤S2的炭渣粉末添加方式为阳极中缝添加法，将炭渣粉末添加至阳极中缝，使其自然溶解。该方法具有大型机械设备依赖性小，添加方式灵活的特点。
所述的步骤S2的炭渣粉末添加方式为拔阳极添加法，选择已经使用了4～8天的残极，将残极拔出后，加入300Kg～500K的炭渣粉末至电解槽，利用电解槽自身热量进行二次电化学反应约3小时后继续添加。
所述的步骤S2的炭渣粉末添加方式为低残极添加法，选择3～5组低残极，使用炭渣粉末充当覆盖料对残极进行保温覆盖。
所述的步骤S2的炭渣粉末添加方式为边部添加法，选择新更换10天后的阳极，利用多功能机组打开侧部壳面，将炭渣粉末加入配合多功能机组打壳机头进行点压处理。这种添加方式可以隔断水平电流，保护侧部炉帮。
所述的步骤S2的炭渣粉末添加方式为低残极添加法，选择3～5组低残极，使用炭渣粉末充当覆盖料对残极进行保温覆盖，可随着残极的消耗，炭渣持续参与电化学反应。
本发明的有益效果：
1）选取超电解槽设计使用周期的电解槽为工艺方法实施载体，通过对电解槽下料间隔，电解质高度、铝水高度、过热度、设定电压、保温料厚度、炭渣添加量、单槽效应系数、添加方式的工艺参数调整实现阳极炭渣的减量化处理。
2）本工艺方法具有阳极炭渣不进行转运就地处置，无需新增其它辅助设备、处理过程中不造成环境二次污染，处置量每日稳定的特点。
3）本工艺方法可实现一次性减量化率92%以上。
4）本工艺方法可对二次回收处理的炭渣经过多次添加实现完全处置的目的。
具体实施方式
以下将结合具体的实施例对本发明做进一步的说明。
S1.将炭渣破碎为直径为0.5mm-1mm的粉末；
S2.将步骤S1制备的炭渣粉末添加到电解槽内；
S3.将电解槽电压设在80mv；调整设定电压提高约80mv左右，具体情况视槽温高低决定，增加电解槽的热收入；
S4.降低电解槽内的铝水高度至23cm；降低铝水高度至23cm左右，主要目的有三点；一是为提升槽温创造先决条件。二是下移等温线，提升炉底温度。三是降低电化学反应区域，避开内衬薄弱区，可以降低系列安全风险；
S5.提高电解槽内电解质高度≥28cm；提升电解槽热储存，增加电解质在熔池内的有效反应面积；
S6.电解槽内氟化铝投入量设置为21Kg/t·Al；氟化铝投入量由19Kg/t·Al增加至21Kg/t·Al,降低电解质初晶温度，增大电解质表面张力，有利于炭渣分离；降低电解质压降，清洁电解质成份，确保回收高品质电解质；
S7.电解槽内阳极更换周期设定为30天；一是防止电解质冲刷阳极钢爪；二是高温槽阳极消耗速度过快；三是可增加阴极和炉膛排查频次，降低系列安全风险；
S8.设置电解槽内阳极效应为每天发生1个效应；主要作用是清洁阳极底掌，避免阳极长包；
S9.电解槽NB间隔调整至52s～57s。
所述的步骤S2的炭渣粉末添加方式为阳极中缝添加法，将炭渣粉末添加至阳极中缝，使其自然溶解。该方法具有大型机械设备依赖性小，添加方式灵活的特点。
所述的步骤S2的炭渣粉末添加方式为拔阳极添加法，选择已经使用了4～8天的残极，将残极拔出后，加入300Kg～500K的炭渣粉末至电解槽，利用电解槽自身热量进行二次电化学反应约3小时后继续添加。
所述的步骤S2的炭渣粉末添加方式为低残极添加法，选择3～5组低残极，使用炭渣粉末充当覆盖料对残极进行保温覆盖。
所述的步骤S2的炭渣粉末添加方式为边部添加法，选择新更换10天后的阳极，利用多功能机组打开侧部壳面，将炭渣粉末加入配合多功能机组打壳机头进行点压处理。这种添加方式可以隔断水平电流，保护侧部炉帮。
所述的步骤S2的炭渣粉末添加方式为低残极添加法，选择3～5组低残极，使用炭渣粉末充当覆盖料对残极进行保温覆盖，可随着残极的消耗，炭渣持续参与电化学反应。
出铝量以500kA槽型为例，控制在3.4吨～3.6吨之间。
以上添加方式与工艺条件调整配合实施，即可实现阳极炭渣的资源再利用减量化处置。
选取2台超电解槽设计使用周期的500kA型电解槽作为阳极炭渣减量化处置工艺实施载体，1209#电解槽，设备实际运行时间3285天（截止工艺实施前）。
使用粉末状炭渣，采用阳极中缝添加法，拔阳极添加法、边部添加法、低残极添加法自2021年1月1日至今进行阳极炭渣减量化处置。
工艺条件调整，槽温946℃，设定电压4.1V、铝水高度23cm、电解质高度28cm、出铝量3.5吨/槽昼夜、NB56s、人工干预阳极效应1个/天、阳极周期30天、氟化铝投量21Kg/t·Al。
每日分三个班次保持该工艺条件进行阳极炭渣添加。
截止2021年6月份，共计添加阳极炭渣量833991Kg,减量化处置后排出炭渣49182Kg，有效回收电解质率94%。

Claims (6)

1.一种铝电解槽产生的阳极炭渣减量化处理方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1.将炭渣破碎为直径为0.5mm-1mm的粉末；
S2.将步骤S1制备的炭渣粉末添加到电解槽内；
S3.将电解槽电压设在80mv；
S4.降低电解槽内的铝水高度至23cm；
S5.提高电解槽内电解质高度≥28cm；
S6.电解槽内氟化铝投入量设置为21Kg/t·Al；
S7.电解槽内阳极更换周期设定为30天；
S8.设置电解槽内阳极效应为每天发生1个效应；
S9.电解槽NB间隔调整至52s～57s。
2.根据权利要求1所述的一种铝电解槽产生的阳极炭渣减量化处理方法，其特征在于：所述的步骤S2的炭渣粉末添加方式为阳极中缝添加法，将炭渣粉末添加至阳极中缝，使其自然溶解。
3.根据权利要求1所述的一种铝电解槽产生的阳极炭渣减量化处理方法，其特征在于：所述的步骤S2的炭渣粉末添加方式为拔阳极添加法，选择已经使用了4～8天的残极，将残极拔出后，加入300Kg～500K的炭渣粉末至电解槽，利用电解槽自身热量进行二次电化学反应约3小时后继续添加。
4.根据权利要求1所述的一种铝电解槽产生的阳极炭渣减量化处理方法，其特征在于：所述的步骤S2的炭渣粉末添加方式为边部添加法，选择新更换10天后的阳极，利用多功能机组打开侧部壳面，将炭渣粉末加入配合多功能机组打壳机头进行点压处理。
5.根据权利要求1所述的一种铝电解槽产生的阳极炭渣减量化处理方法，其特征在于：所述的步骤S2的炭渣粉末添加方式为低残极添加法，选择3～5组低残极，使用炭渣粉末充当覆盖料对残极进行保温覆盖。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种铝电解槽产生的阳极炭渣减量化处理方法，其特征在于：所述的电解槽出铝量在3.4吨-3.6吨。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104141153A (zh) * 2013-08-15 2014-11-12 郑州发祥铝业有限公司 一种电解槽碳渣的处理方法
CN113957487A (zh) * 2021-11-11 2022-01-21 河南娄科本环境科技有限公司 一种利用电解槽热量回收炭渣中电解质的方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104141153A (zh) * 2013-08-15 2014-11-12 郑州发祥铝业有限公司 一种电解槽碳渣的处理方法
CN113957487A (zh) * 2021-11-11 2022-01-21 河南娄科本环境科技有限公司 一种利用电解槽热量回收炭渣中电解质的方法

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