CN115093871B - 一种型焦的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种型焦的制备方法，包括：将电解铝工艺中产生的除尘灰分别输送至多个储存仓；将电解铝工艺中产生的废焦油加热、液化，得到液态热焦油；将混合除尘灰与液态热焦油充分混合，得到混合泥；将混合泥加热至1160℃，冷却得到型焦。本发明利用电解铝工艺中产生的除尘灰与废焦油通过搅拌、混捏、压块，在焙烧废阴极炭块时用作覆盖料、除尘灰与废焦油在高温炉内高温条件下发生化学冶金反应，最后生成型焦，既降低了废阴极炭块的处置成本，又解决了大量铝电解阳极除尘灰及废焦油危废无法处置的难题，还提高了覆盖料的产品附加值。解决了现有技术中，废阴极炭块处理成本过高，以及处理后产品经济附加值低的技术问题。

Description

一种型焦的制备方法

技术领域

本发明涉及电解铝工艺技术领域，尤其是涉及一种型焦的制备方法。

背景技术

阴极炭块是电解铝工艺中主要的消耗品，每3～6年需要更换一次阴极炭块，更换下来的阴极炭块无论是堆放还是填埋，都会给环境空气、河流、土壤等带来污染，也会造成资源浪费。据统计，电解铝生产过程中，每生产1万吨铝，电解槽更换或者检修产生固体废料中废旧阴极炭块约有100吨左右，我国每年电解铝的生产产生的废旧阴极炭块量25万吨以上。阴极炭块主要成分中炭占50％左右，氟化盐占30％(其中可溶性氟化物占25％，可溶性氢化物0.02％)，阴极炭块遇水发生水解反应生成氟化氢、氰化氢、氨气等有毒有害气体污染环境空气，液体是强碱性含氟化合物、氢化物等的有毒溶液，因此电解槽废弃固体阴极炭块属于危险固废，必须进行无害化处理。

通常处理阴极炭块采用高温火法处理技术，利用密闭电阻炉把废阴极碳块加热到2400℃以上，使电解铝废阴极碳块里的氟化物以气液态和气态形式挥发，去除废炭块里的有害氟化物和氰化物，同时，高温处理提高了废炭块里的固定炭含量，降低灰分，实现电解铝废阴极碳块的无害化处置及资源化利用。

在现有技术中，高温电阻炉内采用的覆盖保温料是无烟煤，每炉装废阴极炭块180吨约需无烟煤近170吨，使用无烟煤作为覆盖料会导致废阴极炭块处置成本过高，因此，如何降低废阴极炭块处理成本，并且同时能得到具有经济附加值的产品，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种既能降低废阴极炭块处理成本，同时还能得到具有经济附加值的产品的处理废阴极炭块的方法。

基于此，本发明提供了一种型焦的制备方法，应用于电解铝废阴极的处理工艺中，方法包括：将电解铝工艺中产生的除尘灰分别输送至多个储存仓；其中，多个储存仓内储存的除尘灰的固定碳含量不同；将电解铝工艺中产生的废焦油加热、液化，得到液态热焦油；将存储在多个储存仓内的除尘灰混合，得到固定碳含量≥82％的混合除尘灰；将混合除尘灰与液态热焦油混合，得到混合泥；其中，液态热焦油占混合泥的质量百分比含量为12％-15％；将混合泥加热至1160℃，冷却得到型焦。

进一步地，多个储存仓内储存的除尘灰的固定碳含量不同包括：第一储存仓内除尘灰的固定碳含量为：95.876％；第二储存仓内除尘灰的固定碳含量为：59.975％；第三储存仓内除尘灰的固定碳含量为：82％。

进一步地，多个储存仓包括：第一除尘灰储存仓、第二除尘灰储存仓和第三除尘灰储存仓，其中，第一除尘灰储存仓、第二除尘灰储存仓和第三除尘灰储存仓容量相同，均为80立方米。

进一步地，将废焦油加热、液化，得到液态热焦油包括：将废焦油加热至95℃，得到热焦油；将热焦油液化，得到液态热焦油。

进一步地，在将废焦油加热、液化，得到液态热焦油步骤之后还包括：将液态热焦油输送至焦油储仓存储。

进一步地，将存储在多个储存仓内的除尘灰混合，得到固定碳含量为84％-85％的混合除尘灰包括：通过计量输送装置，把不同固定碳含量的除尘灰按照设定配比送至混捏锅内，保证混合后的混合除尘灰的固定碳含量为84％-85％。

进一步地，将混合除尘灰与液态热焦油混合，得到混合泥；其中，液态热焦油占混合泥的质量百分比含量为12％-15％包括：在混捏锅入口处向混捏锅内喷入液态热焦油，并使液态热焦油占混合泥的质量百分比含量为12％-15％。

进一步地，在将混合除尘灰与液态热焦油混合，得到混合泥步骤之后还包括：控制混捏锅内温度保持在150-158℃之间，连续混捏2个小时，得到毛坯。

进一步地，在控制混捏锅内温度保持在150-158℃之间，连续混捏2个小时，得到毛坯之后还包括：将毛坯压制成型，得到尺寸为200*200*1200mm的立方体毛坯。

进一步地，将立方体毛坯码放在密闭式电热炭化炉内；其中，立方体毛坯间的缝隙用石墨粉填实。

进一步地，在将混合泥加热至1160℃，冷却得到型焦之后还包括：将炭化炉尾气导入热风炉燃烧，并进行脱硫，达标排放。

本发明提供的一种型焦的制备方法，该方法包括：将电解铝工艺中产生的除尘灰分别输送至多个储存仓；其中，多个储存仓内储存的除尘灰的固定碳含量不同；将电解铝工艺中产生的废焦油加热、液化，得到液态热焦油；将存储在多个储存仓内的除尘灰混合，得到固定碳含量≥82％的混合除尘灰；将混合除尘灰与液态热焦油混合，得到混合泥；其中，液态热焦油占混合泥的质量百分比含量为12％-15％；将混合泥加热至1160℃，冷却得到型焦。本发明利用电解铝工艺中产生的除尘灰与废焦油通过搅拌、混捏、压块，在焙烧废阴极炭块时用作覆盖料、除尘灰与废焦油在高温炉内高温条件下发生化学冶金反应，最后生成型焦，型焦是焦炭的一种，产品附加值得到提升，既降低了废阴极炭块的处置成本，又解决了大量铝电解阳极除尘灰及废焦油危废无法处置的难题，还提高了覆盖料的产品附加值，变废为宝，实现了除尘灰与废焦油资源化的综合利用。解决了现有技术中，废阴极炭块处理成本过高，以及处理后产品经济附加值低的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种型焦的制备方法的工艺流程示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种型焦的制备方法的具体工艺流程图。

具体实施方式

为了使本发明的上述以及其他特征和优点更加清楚，下面结合附图进一步描述本发明。应当理解，本文给出的具体实施例是出于向本领域技术人员解释的目的，仅是示例性的，而非限制性的。

在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员来说将明显的是，不需要采用具体细节来实践本发明。在其他情况下，未详细描述众所周知的步骤或操作，以避免模糊本发明。

在电解铝工艺过程中，阳极炭块是电解铝工艺中主要的碳素消耗品，在阳极炭块生产过程中，石油焦煅烧和阳极焙烧时会产生大量的除尘灰和废焦油。据统计，青铜峡铝业公司和宁东铝业公司每年会产生10000吨除尘灰和近4000吨废焦油。目前，除尘灰收集装袋后当作固体废弃物外售，一般平均价格在400元每吨。废焦油是危险废弃物(代号252-011-11)，收集后用桶包装。由于废焦油量比较小，同时在阳极生产过程中烟气净化捕集的废焦油中还含有石油焦粉尘及少量水分，不能工业化利用，目前都是交由废焦油处置资质的单位进行处理，每吨处理费为1600元，在废弃物的处理上极大的增加了电解铝企业的经济负担。另外，以上两种都是电解铝生产过程中产生的废弃物，如不能妥善处置就会形成环境污染，最终成为污染物。另外，每3～6年需要更换一次阴极炭块，更换下来的阴极炭块无论是堆放还是填埋，都会给环境空气、河流、土壤等带来污染，也会造成资源浪费。通常处理阴极炭块采用高温火法处理技术，利用密闭电阻炉把废阴极碳块加热到2400℃以上，使电解铝废阴极碳块里的氟化物以气液态和气态形式挥发，去除废炭块里的有害氟化物和氰化物，同时，高温处理提高了废炭块里的固定炭含量，降低灰分，实现电解铝废阴极碳块的无害化处置及资源化利用。在现有技术中，高温电阻炉内采用的覆盖保温料是无烟煤，每炉装废阴极炭块180吨约需无烟煤近170吨，使用无烟煤作为覆盖料会导致废阴极炭块处置成本过高。

因此，本发明提供了一种既能降低废阴极炭块处理成本，同时还能得到具有经济附加值的产品的一种型焦的制备方法，如图1所示，方法包括：

步骤S1，将电解铝工艺中产生的除尘灰分别输送至多个储存仓；其中，多个储存仓内储存的除尘灰的固定碳含量不同；

具体的，在本步骤中，将电解铝工艺中产生的除尘灰收集起来，分别输送至多个储存仓内储存，其中，每个储存仓内储存的除尘灰的固定碳含量均不相同。

步骤S2，将电解铝工艺中产生的废焦油加热、液化，得到液态热焦油；

在本步骤中，将电解铝工艺中产生的废焦油收集起来，加热至一定的温度，并将加热后的废焦油进行液化处理，得到液态热焦油。

步骤S3，将存储在多个储存仓内的除尘灰混合，得到固定碳含量为84％-85％的混合除尘灰；

具体的，在本步骤中，首先将存储在多个储存仓内的除尘灰按比例进行混合，得到固定碳含量≥82％的混合除尘灰。

步骤S4，将混合除尘灰与液态热焦油混合，得到混合泥；其中，液态热焦油占混合泥的质量百分比含量为12％-15％；

向混合好的固定碳含量≥82％的混合除尘灰中添加液态热焦油，将两者充分混合，得到混合泥。示例性地，混合除尘灰的固定碳含量可以为84％-85％。其中，混合后的混合泥中液态热焦油占混合泥的质量百分比含量控制在12％-15％之间。

步骤S5，将混合泥加热至1160℃，冷却得到型焦。

最后，将步骤S4制备好的混合泥加热至1160℃，停止加热，冷却后得到型焦。

本方案与现有技术相比，利用电解铝工艺中产生的除尘灰与废焦油通过搅拌、混捏、压块，在焙烧废阴极炭块时用作覆盖料、除尘灰与废焦油在高温炉内高温条件下发生化学冶金反应，最后生成型焦，型焦是焦炭的一种，产品附加值得到提升，既降低了废阴极炭块的处置成本，又解决了大量铝电解阳极除尘灰及废焦油危废无法处置的难题，还提高了覆盖料的产品附加值，变废为宝，实现了除尘灰与废焦油资源化的综合利用。解决了现有技术中，废阴极炭块处理成本过高，以及处理后产品经济附加值低的技术问题。

优选的，多个储存仓内储存的除尘灰的固定碳含量不同包括：第一储存仓内除尘灰的固定碳含量为：95.876％；第二储存仓内除尘灰的固定碳含量为：59.975％；第三储存仓内除尘灰的固定碳含量为：82％。

优选的，多个储存可以仓包括：第一除尘灰储存仓、第二除尘灰储存仓和第三除尘灰储存仓，其中，第一除尘灰储存仓、第二除尘灰储存仓和第三除尘灰储存仓容量相同，均为80立方米。

优选的，步骤S2，将废焦油加热、液化，得到液态热焦油包括：

步骤S21，将废焦油加热至95℃，得到热焦油；

步骤S22，将热焦油液化，得到液态热焦油。

优选的，在步骤S2，将废焦油加热、液化，得到液态热焦油步骤之后还包括：

步骤S23，将液态热焦油输送至焦油储仓存储。

优选的，步骤S3，将存储在多个储存仓内的除尘灰混合，得到固定碳含量≥82％的混合除尘灰包括：

通过计量输送装置，把不同固定碳含量的除尘灰按照设定配比送至混捏锅内，保证混合后的混合除尘灰的固定碳含量≥82％。

优选的，步骤S4，将混合除尘灰与液态热焦油混合，得到混合泥；其中，液态热焦油占混合泥的质量百分比含量为12％-15％包括：

在混捏锅入口处向混捏锅内喷入液态热焦油，并使液态热焦油占混合泥的质量百分比含量为12％-15％。

具体的，在本步骤中，可以使用容量为5000L的混捏锅对混合泥进行混捏。

优选的，在步骤S4，将混合除尘灰与液态热焦油混合，得到混合泥步骤之后还包括：

步骤S41，控制混捏锅内温度保持在150-158℃之间，连续混捏2个小时，得到毛坯。

优选的，在步骤S41，控制混捏锅内温度保持在150-158℃之间，连续混捏2个小时，得到毛坯之后还包括：

步骤S42，将毛坯压制成型，得到尺寸为200*200*1200mm的立方体毛坯。

具体的，在本步骤中，在成型后的立方体毛坯冷却强度达到1MPa时，将立方体毛坯码放整齐备用。优选的，可以将立方体毛坯码放在密闭式电热炭化炉内；其中，立方体毛坯间的缝隙可以用石墨粉填实。

优选的，在步骤S5，将混合泥加热至1160℃，冷却得到型焦之后还包括：

步骤S6，将炭化炉尾气导入热风炉燃烧，并进行脱硫，达标排放。

需要说明的是，生产的型焦产品指标为：固定炭＞82％，灰分＜15％，挥发分＜5％，硫分＜1％。炭化炉的尾气内还有部分焦油及焦油裂解的可燃气体。可燃气体包括氢气(55％-65％)、一氧化碳(15％-25％)、甲烷(15％-25％)。通过沉降、冷却及焦油捕集装置把焦油收集起来继续回收利用，其余可燃气体进入热风炉燃烧，热风炉的助燃空气来自于焦油储仓、混捏锅、振动成型机的烟气。在热风炉(热风温度控制在500℃以内，防止烟气氮氧化物超标)尾端利用热风加热导热油。燃烧后的烟气通过石灰法脱硫达标排放。

如图2所示，在一个具体的实施例中，可以包括如下步骤：

1、确定表1中原料：

表1

2、配料:

配料主要控制废焦油的配比。收尘灰的配比：200KA组装阳极废筛分料70％，200KA残阳极破碎收尘灰30％。废焦油的配比按以下三种方案进行，两项混合料为100份；

方案1：焦油占比31：100

方案2：焦油占比30：100

方案3：焦油占比32：100

3、实施：

分别把200kA焙烧一填充料收尘灰4.92吨、200KA残阳及破碎收尘灰4.92吨、200KA组装阳极废炭灰4.92吨三种物料加入三个计量仓，按实际化验数据进行计算，按计算结果配比分别输入给下料称，下料称下来的三种物料充分搅拌和混合确保固定碳含量为95.876。该三种物料的混合物称为A物料存放在A区。把冶金焦收尘灰3.854吨和200kA组装阳极废筛分料3.854吨，分别加入两个计量仓按实际化验数据进行计算，按计算结果配比分别输入给下料称，下料称下来的两种物料充分搅拌和混合,确保固定碳含量为59.975。该两种物料的混合物称为B物料，并存放在B区。把A物料和B物料按计算比例加入计量仓，进行配比和混料，该物料称为C物料。

把焦油加入加热箱后，开始电热油炉送电，用高温导热油给热焦油箱加热，同时搅拌焦油并控制焦油温度为65℃。

把搅拌混合后的C物料700公斤加入电热混捏锅，同时用泵抽入300公斤焦油在混捏锅进行混捏，合格后把混捏物料加入到400mm×400mm×2500mm模具中，进行高频振动和冲压成型。

冲压成型合格后，把模具吊入冷却水池进行冷却，冷却到环境温度后脱模，模具返回再次使用，生产出半成品型焦(400mm×400mm×2500mm)。

在废阴极综合利用高温炉底部放7块半成品型焦，型焦间距50mm，总宽3050mm。两边侧部各放4块半成品型焦，碳块间距50mm，总高1800mm。中间加入废阴极炭块，上部再放7块半成品型焦块，共22块，间距50mm用焙烧后的阴极碳粉填充。高温炉装料尺寸宽2300mm，高1850mm。

装炉结束后高温炉按照正常焙烧工艺进行通电焙烧，送电结束后降温出炉，先用天车专用卡具吊出上部型焦，再用抓斗进行废阴极碳块出炉，最后再用专用卡具出剩余型焦炭块。

型焦出炉后，对型焦碳块进行化验分析，通过分析结果，对高温炉送电曲线保温时间、降温时间进行分析，制定最佳的工艺曲线，确保废阴极炭块和型焦碳块均为合格品。

4、检验：

对焙烧炭化后的型焦进行随机抽样检测，具体检测项目及指标如表2：

序号	名称	单位	指标
				1	真比重	g/m3	≥1.80
2	假比重	g/m3	≥1.36
				3	气孔率	％	≥27
4	挥发分	％	≤3
				5	固定炭	％	≥82
5	灰分	％	≤16
				6	硫分	％	≤1.2
7	抗压强度	N/个	≥490
				8	跌落强度	％	≥84
9	水分	％	≤4

表2

本发明提供的一种型焦的制备方法利用电解铝工艺中产生的除尘灰与废焦油作为原料，不但降低了废阴极炭块处理成本，同时还增加了经济附加值，节能环保。

以上描述的各技术特征可以任意地组合。尽管未对这些技术特征的所有可能组合进行描述，但这些技术特征的任何组合都应当被认为由本说明书涵盖，只要这样的组合不存在矛盾。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种型焦的制备方法，其特征在于，应用于电解铝废阴极的处理工艺中，所述方法包括：

将电解铝工艺中产生的除尘灰分别输送至多个储存仓；其中，所述多个储存仓内储存的除尘灰的固定碳含量不同；其中，第一储存仓内除尘灰的固定碳含量为：95.876%；第二储存仓内除尘灰的固定碳含量为：59.975%；第三储存仓内除尘灰的固定碳含量为：82%；

将电解铝工艺中产生的废焦油加热、液化，得到液态热焦油，包括：将所述废焦油加热至95℃，得到热焦油，将所述热焦油液化，得到液态热焦油；

将存储在所述多个储存仓内的除尘灰混合，得到固定碳含量≥82%的混合除尘灰；

将所述混合除尘灰与所述液态热焦油混合，得到混合泥；其中，所述液态热焦油占混合泥的质量百分比含量为12%-15%，包括：在混捏锅入口处向混捏锅内喷入液态热焦油，并使所述液态热焦油占混合泥的质量百分比含量为12%-15%；控制混捏锅内温度保持在150-158℃之间，连续混捏2个小时，得到毛坯；

将所述毛坯压制成型，得到尺寸为200*200*1200mm的半成品型焦；

在高温炉底部放7块半成品型焦，半成品型焦间距50mm，两边侧部各放4块半成品型焦，半成品型焦间距50mm，中间加入废阴极炭块，上部再放7块半成品型焦，共22块，间距50mm用焙烧后的阴极碳粉填充，加热至1160℃，冷却得到型焦。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个储存仓包括：第一除尘灰储存仓、第二除尘灰储存仓和第三除尘灰储存仓，其中，所述第一除尘灰储存仓、所述第二除尘灰储存仓和所述第三除尘灰储存仓容量相同，均为80立方米。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述废焦油加热、液化，得到液态热焦油步骤之后还包括：

将所述液态热焦油输送至焦油储仓存储。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在冷却得到型焦之后还包括：

将炭化炉尾气导入热风炉燃烧，并进行脱硫，达标排放。