CN115028182A - 一种基于电解铝含氟废渣制造加工冰晶石的生产设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电解铝含氟废渣制造加工冰晶石的生产设备，生产设备包括分离器、循环水箱、循环泵、上水管、回水管、排料管、料仓，分离器一端连接上水管，分离器另一端通过回水管连接至循环水箱，上水管也连接至循环水箱，上水管上还设有循环泵，分离器连接回水管的一端侧面设有排料管，排料管排出口朝向料仓，分离器、循环水箱、循环泵、上水管、回水管构成封闭循环管路系统，管路系统内充满基质为水的液体，上水管进入分离器处的液体温度高于回水管从分离器出流时的温度。分离器带有制冷结构，分离器出口水体温度低于进口温度。

Description

一种基于电解铝含氟废渣制造加工冰晶石的生产设备

技术领域

本发明涉及冰晶石制取技术领域，具体为一种基于电解铝含氟废渣制造加工冰晶石的生产设备。

背景技术

冰晶石在电解铝行业大量使用，被用作熔融铝矿石的助熔剂，在电解铝过程中，碳电极会持续迸裂脱落，成为焦炭、碳颗粒等等杂物浮在熔融物料上，需要周期捞出，电解完毕后，冰晶石会混合大量杂物成为混合体成为废渣，废渣内除去冰晶石组分外，还有未电解氧化铝、铁硅氧化物、碳单质、碳化铝硅等等。

在早期电解铝生产后，废渣被当作固态废弃物掩埋，造成了大量的氟资源浪费和污染，随着环保观念的提倡，含氟废渣需要回收利用，其中最主要的就是回收其中的冰晶石组分，现有技术中，一般对废渣先进行浮选处理，然后依次使用氢氟酸以及碳酸钠溶液将废渣内铝元素转换为冰晶石，提升冰晶石含量，制备获得较高纯度的冰晶石，但是，反应过程未除去铁硅氧化物，并且需要外部去较为准确的控制加药量，这些都会限制含氟废渣制取冰晶石工艺的使用范围和纯度、产量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于电解铝含氟废渣制造加工冰晶石的生产设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种基于电解铝含氟废渣制造加工冰晶石的生产设备，生产设备包括分离器、循环水箱、循环泵、上水管、回水管、排料管、料仓，分离器一端连接上水管，分离器另一端通过回水管连接至循环水箱，上水管也连接至循环水箱，上水管上还设有循环泵，分离器连接回水管的一端侧面设有排料管，排料管排出口朝向料仓，

分离器、循环水箱、循环泵、上水管、回水管构成封闭循环管路系统，管路系统内充满基质为水的液体，上水管进入分离器处的液体温度高于回水管从分离器出流时的温度。

分离器内置入废渣，循环泵将水体鼓送循环，高温水进入分离器，废渣内的冰晶石组分微量溶解，在从分离器处出流时，温度低于上水管内温度，冰晶石在分离器出口位置析出，通过排料管排出到料仓内，水体循环回到循环水箱等待再次使用。水流的循环过程不断通过溶解度差异将冰晶石从废渣中提取，结晶析出的冰晶石为粉末状，落入料仓中被存放。置入分离器的废渣应当是已经被粉碎为颗粒粉末态的混合物。

进一步的，分离器包括料斗、网板、分水管头、盖板、制冷管、接头、回流总管，料斗内底部水平设置网板，料斗下端设置分水管头，分水管头连接上水管，盖板可拆式盖在料斗上，盖板上表面设置若干竖直向上延伸的制冷管，制冷管上端通过接头汇集在回流总管的下端，回流总管上端端部连接回水管，回流总管上端侧壁上朝外设置排料管，

制冷管上带有制冷结构，制冷管内水体温度低于分水管头内水温。

废渣被放置到网板上，热水流从底部向上冲刷废渣，溶解白晶石，水流继续前进并在制冷管内降温，冰晶石析出并随着水流前进汇总在回水总管内，此段温度继续保持低温，冰晶石结晶粉末从排料管排出，浓度降低后的水流从回水管回流到循环水箱内备用，形成循环的水体不会浪费且冰晶石只从排料管排出。

进一步的，制冷管的通道面积总和小于分水管头通道面积，回流总管通道面积小于分水管头的通道面积。

通过循环泵改变制冷管和分水管头内过流的水流量，循环泵的做功全部用作水循环，功率越大流量越大，越大的流速对应越小的绝对压力水头，使得分水管头内水绝对压力低于循环水箱内水温对应的饱和蒸汽压，制冷管内水流的绝对压力低于饱和蒸气压，从而过流的水在制冷管内发生气化，相变所需的气化潜热远大于液相范围内温度变化所需要的热量，所以，制冷管内水体会快速降温，并且是直接从自身导致的温度剧变，在料斗内被较高温度溶解提取的冰晶石组分在制冷管内由于降温导致析出，析出成为粉末状态，但是，由于气化导致的一簇簇气泡，水流的裹带能力大大加强，析出的冰晶石粉末只会顺着水流前进进入回流总管内，在回流总管内排料管接头处被截留导出。

通过改变制冷管的长度和截面积变化，可以改变冰晶石组分在过冷时的析出时间和最大析出量，从而可以改变冰晶石粉末的预期平均颗粒度，制冷管越短、降温幅度越少，则粉末颗粒越细，则更长的制冷管和改变流速获得的更大的制冷管内温度降低则可以获得更大粒径的冰晶石颗粒，因为，冰晶石组分析出时，会寻找析出位置，在有的颗粒核心已经析出时，后续的析出以此为基础，在这一核心上析出长大，成为颗粒物，若干制冷管就是提供更多的独立过流位置，让析出在更多位置同时进行。

进一步的，分离器还包括导向滤网，导向滤网设置在回流总管内，导向滤网靠近排料管一侧高于导向滤网另一侧，导向滤网上沿与排料管在回流总管接口位置处的上沿平齐，导向滤网下沿低于排料管在回流总管接口位置处的下沿。

导向滤网将冰晶石粉末或者颗粒截留导向排料管内，排料管的末端不能敞开，应当断续开启或者通过特定结构只排放粉末物料而不让大量的水从此位置排出。

导向滤网只能截留析出的冰晶石，而未析出的冰晶石则前往上水管进行新的循环，但是，在回到循环水箱时，流速降低后绝对压力回升，气泡破灭释放相变潜热，让水体温度重新升高到水箱内的水温。通过相变来制造液体温度变化，可以让热量不至于流失，热量只是被相变“隐藏”起来导致温度剧变，整体的热量总值不存在较大变化，不需要外部的冷热源来进行辅助升降温，并且外部冷热源辅助进行的升降温来的也慢，限制系统循环提取冰晶石的效率。

进一步的，生产设备还包括下料器，下料器入口封闭衔接排料管出口，下料器为一对啮合齿轮构成的定量喂料器，齿轮带啮合缺口。排料管底部积聚冰晶石粉末，并且只连续少量的进行排出，防止排料管成为系统水循环的一个泄放口。

进一步的，循环水箱包括箱体、补水管，箱体侧面分别连接上水管、回水管、补水管，补水管带有设置在箱体内的浮球开关，补水管从外部接入补充水。

排料管使用下料器无法完全阻止水从排料管流出到料仓内，系统中的循环水体需要在流失一定程度后补充。

进一步的，循环水箱还包括加热器、温度变送器，加热器和温度变送器分别设置在箱体内壁上，加热器与温度变送器联锁保持箱体内温度恒定。

水体循环过程中，只有在水从料斗内空间进入制冷管内时开始气化过程时良好的运行状态，而整个系统中水体基准压力约为大气压，因为排料管处尽管有下料器的存在，也仍然具有一定的泄漏量，只有约等于大气压的系统压力，才能够保持较少的泄漏，所以，箱体内水温需要较高，以便在制冷管内流速变大时能更方便低于饱和蒸汽压，整个装置就算做好保温措施，循环水的热量仍会有一定的损失，所以，需要加热器和温度变送器来检测水温并维持较佳的水温状态点。

进一步的，循环水箱内注入的循环水中混有10~20%（质量）的酒精组分。

酒精和水在相同温度下更容易蒸发，也就是相同温度下的饱和蒸气压更高，混杂着酒精与水的基体液，在流速变化时，酒精作为气化吸热剂来使液体进行快速降温，系统中液体的温度设计值选择性更大，可以挑选更合适的温度变化范围来作为冰晶石溶解析出端点温度，水温在40±10度的范围内溶解度差值大于60±10度范围溶解度差值，就可以使用50±10度作为系统液体温度变化状态范围，通过掺杂合适比例的酒精组分来调整获得这一工作温度范围。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过温度变化的水体来从废渣中提取有用的冰晶石组分而的抛弃不溶于水的其他杂质成分，由于冰晶石只能微溶于水，所以，让水体温度发生剧烈变化来提升单次提取量，水体温度变化通过液态水空化吸收大量相变潜热实现，而这部分的热量在水流回复常压后重新液化释放以便重复使用，外部只需要提供能够维持系统循环水箱处存放水的温度稳定的能量即可，不需要在每次水循环过程进行制冷制热，通过制冷管的管长和管内水空化程度，可以控制冰晶石单次溶解析出量和析出时间，从而调整制备获得的冰晶石粉末的颗粒度，对于冰晶石颗粒均匀度要求不是很高的场合，本装置制备获得的冰晶石粉末不再需要后道研磨工序。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明整体的流程结构示意图；

图2是本发明带有分离器、排料管、循环水箱具体结构的示意图；

图3是本发明分离器结构示意图；

图4是本发明制冷管进口处流动示意图；

图5是本发明排料管处局部结构示意图；

图6是本发明循环水箱的结构示意图；

图中：1-分离器、11-料斗、12-网板、13-分水管头、14-盖板、15-制冷管、16-接头、17-回流总管、18-导向滤网、2-循环水箱、21-箱体、22-补水管、23-加热器、24-温度变送器、3-循环泵、41-上水管、42-回水管、43-排料管、5-料仓、6-下料器、9-废渣。

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图6，本发明提供技术方案：

一种基于电解铝含氟废渣制造加工冰晶石的生产设备，生产设备包括分离器1、循环水箱2、循环泵3、上水管41、回水管42、排料管43、料仓5，分离器1一端连接上水管41，分离器1另一端通过回水管42连接至循环水箱2，上水管41也连接至循环水箱2，上水管41上还设有循环泵3，分离器1连接回水管42的一端侧面设有排料管43，排料管43排出口朝向料仓5，

分离器1、循环水箱2、循环泵3、上水管41、回水管42构成封闭循环管路系统，管路系统内充满基质为水的液体，上水管41进入分离器1处的液体温度高于回水管42从分离器1出流时的温度。

如图1所示，分离器1内置入废渣9，循环泵3将水体鼓送循环，高温水进入分离器1，废渣内的冰晶石组分微量溶解，在从分离器1处出流时，温度低于上水管41内温度，冰晶石在分离器1出口位置析出，通过排料管43排出到料仓5内，水体循环回到循环水箱2等待再次使用。水流的循环过程不断通过溶解度差异将冰晶石从废渣中提取，结晶析出的冰晶石为粉末状，落入料仓5中被存放。置入分离器1的废渣9应当是已经被粉碎为颗粒粉末态的混合物。

分离器1包括料斗11、网板12、分水管头13、盖板14、制冷管15、接头16、回流总管17，料斗11内底部水平设置网板12，料斗11下端设置分水管头13，分水管头13连接上水管41，盖板14可拆式盖在料斗11上，盖板14上表面设置若干竖直向上延伸的制冷管15，制冷管15上端通过接头16汇集在回流总管17的下端，回流总管17上端端部连接回水管42，回流总管17上端侧壁上朝外设置排料管43，

制冷管15上带有制冷结构，制冷管15内水体温度低于分水管头13内水温。

如图2、3所示，废渣9被放置到网板12上，热水流从底部向上冲刷废渣9，溶解白晶石，水流继续前进并在制冷管15内降温，冰晶石析出并随着水流前进汇总在回水总管17内，此段温度继续保持低温，冰晶石结晶粉末从排料管43排出，浓度降低后的水流从回水管42回流到循环水箱2内备用，形成循环的水体不会浪费且冰晶石只从排料管43排出。

制冷管15的通道面积总和小于分水管头13通道面积，回流总管17通道面积小于分水管头13的通道面积。

通过循环泵3改变制冷管15和分水管头13内过流的水流量，循环泵3的做功全部用作水循环，功率越大流量越大，越大的流速对应越小的绝对压力水头，使得分水管头13内水绝对压力低于循环水箱2内水温对应的饱和蒸汽压，如图4所示，制冷管15内水流的绝对压力低于饱和蒸气压，从而过流的水在制冷管15内发生气化，相变所需的气化潜热远大于液相范围内温度变化所需要的热量，所以，制冷管15内水体会快速降温，并且是直接从自身导致的温度剧变，在料斗11内被较高温度溶解提取的冰晶石组分在制冷管15内由于降温导致析出，析出成为粉末状态，但是，由于气化导致的一簇簇气泡，水流的裹带能力大大加强，析出的冰晶石粉末只会顺着水流前进进入回流总管17内，在回流总管17内排料管43接头处被截留导出。

通过改变制冷管15的长度和截面积变化，可以改变冰晶石组分在过冷时的析出时间和最大析出量，从而可以改变冰晶石粉末的预期平均颗粒度，制冷管15越短、降温幅度越少，则粉末颗粒越细，则更长的制冷管15和改变流速获得的更大的制冷管15内温度降低则可以获得更大粒径的冰晶石颗粒，因为，冰晶石组分析出时，会寻找析出位置，在有的颗粒核心已经析出时，后续的析出以此为基础，在这一核心上析出长大，成为颗粒物，若干制冷管15就是提供更多的独立过流位置，让析出在更多位置同时进行。

分离器1还包括导向滤网18，导向滤网18设置在回流总管17内，导向滤网18靠近排料管43一侧高于导向滤网18另一侧，导向滤网18上沿与排料管43在回流总管17接口位置处的上沿平齐，导向滤网18下沿低于排料管43在回流总管17接口位置处的下沿。

如图5所示，导向滤网18将冰晶石粉末或者颗粒截留导向排料管43内，排料管43的末端不能敞开，应当断续开启或者通过特定结构只排放粉末物料而不让大量的水从此位置排出。

导向滤网18只能截留析出的冰晶石，而未析出的冰晶石则前往上水管42进行新的循环，但是，在回到循环水箱2时，流速降低后绝对压力回升，气泡破灭释放相变潜热，让水体温度重新升高到水箱内的水温。通过相变来制造液体温度变化，可以让热量不至于流失，热量只是被相变“隐藏”起来导致温度剧变，整体的热量总值不存在较大变化，不需要外部的冷热源来进行辅助升降温，并且外部冷热源辅助进行的升降温来的也慢，限制系统循环提取冰晶石的效率。

生产设备还包括下料器6，下料器6入口封闭衔接排料管43出口，下料器6为一对啮合齿轮构成的定量喂料器，齿轮带啮合缺口。如图5所示，排料管43底部积聚冰晶石粉末，并且只连续少量的进行排出，防止排料管43成为系统水循环的一个泄放口。

循环水箱2包括箱体21、补水管22，箱体21侧面分别连接上水管41、回水管42、补水管22，补水管22带有设置在箱体21内的浮球开关，补水管22从外部接入补充水。

如图2、5、6所示，排料管43使用下料器6无法完全阻止水从排料管43流出到料仓5内，系统中的循环水体需要在流失一定程度后补充。

循环水箱2还包括加热器23、温度变送器24，加热器23和温度变送器24分别设置在箱体21内壁上，加热器23与温度变送器24联锁保持箱体21内温度恒定。

水体循环过程中，只有在水从料斗11内空间进入制冷管15内时开始气化过程时良好的运行状态，而整个系统中水体基准压力约为大气压，因为排料管43处尽管有下料器6的存在，也仍然具有一定的泄漏量，只有约等于大气压的系统压力，才能够保持较少的泄漏，所以，箱体21内水温需要较高，以便在制冷管15内流速变大时能更方便低于饱和蒸汽压，整个装置就算做好保温措施，循环水的热量仍会有一定的损失，所以，需要加热器23和温度变送器24来检测水温并维持较佳的水温状态点。

循环水箱2内注入的循环水中混有10~20%（质量）的酒精组分。

酒精和水在相同温度下更容易蒸发，也就是相同温度下的饱和蒸气压更高，混杂着酒精与水的基体液，在流速变化时，酒精作为气化吸热剂来使液体进行快速降温，系统中液体的温度设计值选择性更大，可以挑选更合适的温度变化范围来作为冰晶石溶解析出端点温度，水温在40±10度的范围内溶解度差值大于60±10度范围溶解度差值，就可以使用50±10度作为系统液体温度变化状态范围，通过掺杂合适比例的酒精组分来调整获得这一工作温度范围。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于电解铝含氟废渣制造加工冰晶石的生产设备，其特征在于：所述生产设备包括分离器（1）、循环水箱（2）、循环泵（3）、上水管（41）、回水管（42）、排料管（43）、料仓（5），所述分离器（1）一端连接上水管（41），分离器（1）另一端通过回水管（42）连接至循环水箱（2），所述上水管（41）也连接至循环水箱（2），所述上水管（41）上还设有循环泵（3），所述分离器（1）连接回水管（42）的一端侧面设有排料管（43），所述排料管（43）排出口朝向料仓（5），

所述分离器（1）、循环水箱（2）、循环泵（3）、上水管（41）、回水管（42）构成封闭循环管路系统，管路系统内充满基质为水的液体，所述上水管（41）进入分离器（1）处的液体温度高于回水管（42）从分离器（1）出流时的温度。

2.根据权利要求1所述的一种基于电解铝含氟废渣制造加工冰晶石的生产设备，其特征在于：所述分离器（1）包括料斗（11）、网板（12）、分水管头（13）、盖板（14）、制冷管（15）、接头（16）、回流总管（17），所述料斗（11）内底部水平设置网板（12），料斗（11）下端设置分水管头（13），所述分水管头（13）连接上水管（41），所述盖板（14）可拆式盖在料斗（11）上，盖板（14）上表面设置若干竖直向上延伸的制冷管（15），所述制冷管（15）上端通过接头（16）汇集在回流总管（17）的下端，所述回流总管（17）上端端部连接回水管（42），回流总管（17）上端侧壁上朝外设置排料管（43），

所述制冷管（15）上带有制冷结构，制冷管（15）内水体温度低于分水管头（13）内水温。

3.根据权利要求2所述的一种基于电解铝含氟废渣制造加工冰晶石的生产设备，其特征在于：所述制冷管（15）的通道面积总和小于分水管头（13）通道面积，所述回流总管（17）通道面积小于分水管头（13）的通道面积。

4.根据权利要求3所述的一种基于电解铝含氟废渣制造加工冰晶石的生产设备，其特征在于：所述分离器（1）还包括导向滤网（18），所述导向滤网（18）设置在回流总管（17）内，导向滤网（18）靠近排料管（43）一侧高于导向滤网（18）另一侧，导向滤网（18）上沿与排料管（43）在回流总管（17）接口位置处的上沿平齐，导向滤网（18）下沿低于排料管（43）在回流总管（17）接口位置处的下沿。

5.根据权利要求4所述的一种基于电解铝含氟废渣制造加工冰晶石的生产设备，其特征在于：所述生产设备还包括下料器（6），所述下料器（6）入口封闭衔接排料管（43）出口，下料器（6）为一对啮合齿轮构成的定量喂料器，齿轮带啮合缺口。

6.根据权利要求4所述的一种基于电解铝含氟废渣制造加工冰晶石的生产设备，其特征在于：所述循环水箱（2）包括箱体（21）、补水管（22），所述箱体（21）侧面分别连接上水管（41）、回水管（42）、补水管（22），所述补水管（22）带有设置在箱体（21）内的浮球开关，补水管（22）从外部接入补充水。

7.根据权利要求6所述的一种基于电解铝含氟废渣制造加工冰晶石的生产设备，其特征在于：所述循环水箱（2）还包括加热器（23）、温度变送器（24），所述加热器（23）和温度变送器（24）分别设置在箱体（21）内壁上，所述加热器（23）与温度变送器（24）联锁保持箱体（21）内温度恒定。

8.根据权利要求6所述的一种基于电解铝含氟废渣制造加工冰晶石的生产设备，其特征在于：所述循环水箱（2）内注入的循环水中混有10~20%（质量）的酒精组分。

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