CN203725483U - 铝电解废槽衬的加热分解系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型是铝电解废槽衬的加热分解系统。旨在提供一种既能高效回收废槽衬中的电解质的加热分解系统。依次包括原料仓、二级振动筛、加热分解装置、出料装置、输送装置及尾气净化装置，加热分解装置包括加热炉及对其加热的蓄热燃烧机构，在加热炉内设置多个单元料室，在加热炉的底部设有出渣口及轨道、扒渣机、电解质收集车及炭粉收集车；蓄热燃烧机构中的引风机的吸气口与三道进气换向阀及三道出气换向阀对应连通，其出气口与原料仓对应连通；鼓风机的排气口对应连通于所述三道进气换向阀及三道出气换向阀。实用新型的有益效果为：实现电解质高效率、高纯度回收。提高了燃料热效率，能耗低，同时可有效的杜绝原材料的浪费。

Description

铝电解废槽衬的加热分解系统

技术领域

本实用新型涉及铝冶炼的固废处理技术领域，具体涉及一种铝电解废槽衬的加热分解系统。

背景技术

废槽衬是电解铝工业定期排出的危险废物,废槽衬（俗称大修渣）是铝电解槽定期排出的固体废弃物，是对电解槽大修时清除的所有废旧内衬材料的统称，主要包括阴极糊、耐火砖、保温砖、防渗料等。由于含有较高水平的氟化物和氰化物，废槽衬属于危险废物，是国家明令禁止随意丢弃的Ⅰ类废物。

通过对我国几个典型电解铝企业的废槽衬调研分析发现：耐火保温材料占其总固体重量的80%左右,防渗料约占10%左右，阴极糊占10%左右。经过对多家电解厂产生的电解渣浸出液的分析,电解槽废槽衬主要危害是氟污染,其含量平均值在3060mg/l左右,最高可达13000mg/l,大大超过《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》标准50mg/l的标准值,电解废槽衬属危险固体废渣,废槽衬的可溶F-含量如表1：

表1：我国代表性电解铝厂废槽衬的可溶F-含量

注：A、B、C、D、E、F、G分别代表不同的电解铝企业。

由上表可以看出，阴极糊中氟化物浓度最高，平均高达11247mg/l；防渗料次之，平均为637mg/l；耐火砖，平均为296mg/l；保温砖最低，平均为67mg/l。均高于国家外排标准。

其中取样国内某企业的耐火材料和保温材料，X-射线衍射分析结果如下：

表2：废耐火砖主要化学成分分析结果：

化学成分	Si3N4	SiC	AL2O3	Fe2O3	C	f-Si	Na2O	F
									含量（%）	19.53	67.16	1.19	0.23	1.41	0.26	3.74	3.65

该废耐火砖中主要含有SiC、Si3N₄、NaF及微量的铝硅酸盐，其中主要成分是SiC、Si₃N₄以及在电解过程中浸入的NaF、Na₃AlF₆等。

综上所述，废槽衬中主要物质为原材料在使用过程中，长期高温状态下与电解质发生电化学反应,吸附了大量的有害物质,生成一些有毒物质,成为对环境造成危害的因素，其主要成分是NaF、Na₃AlF₆。

国内外废槽衬处理工艺研究总结如下：

1）废槽衬—回转窑焙烧处理工艺

该工艺的特点是：将一定量的石灰石和粉煤灰加入废槽衬中，充分混合均匀，混合料破碎至一定粒度，加入回转窑中进行焙烧处理，工艺温度900℃～1100℃，98%以上的有害氟化物与石灰石反应生成稳定无害的物质氟化钙或氟硅酸钙，99.5%以上的剧毒氰化物氧化分解，产品为氟化铝和固体渣。

焙烧过程中，随着碳的燃烧，被碳包裹的氟化物游离出来，与活性氧化钙快速反应。废槽衬中约30%的碳质材料得到了有效利用，为反应提供70%的热量。该工艺可处理所有废槽衬，氟化物的转化率大于95%，氰化物的氧化分解率大于99.5%。该技术的缺点是无害化过程中产生大量的HF气体。

2）废槽衬—铝土矿烧结工艺

该工艺的操作过程是：首先将碳质材料从废槽衬中分离，破碎细磨后与无烟煤混合，作为燃料加入铝土矿烧结窑中。在燃烧过程中，氰化物分解，氟化物转变为氟化钙。

通常烧结一吨铝土矿可添加10Kg碳质废槽衬，烧结窑尾气中的平均氟化物浓度约28mg/立方（N）。优点是：可节约部分无烟煤，不需要设备投资，利用了碳质废槽衬。不足是：1）只能处理碳质废槽衬（约为废槽衬重量的30%），70%的废槽衬仍需要安全填埋；2）高附加值的氟化物最终进入赤泥，没有得到回收利用；3）该工艺只能在有烧结法的氧化铝厂实施。

3）废槽衬—浮选处理工艺

该工艺属于湿法处理，首先将碳质材料从废槽衬中分离，破碎磨粉后加入浮选槽中，添加不同的浮选药剂分离碳粉和电解质，浮选过程中，浮选药剂与碳质废槽衬之间不发生化学反应，但废槽衬与水的反应非常激烈。

该工艺的优点是：可回收碳质废槽衬中的氟化物和碳粉。但其缺点较多：1）浮选废水约含200mg/l～300mg/l可溶F-和约15mg/l～30mg/l的CN-，远超国家标准限值10mg/l和0.05mg/l，必须增加废水处理设施；2）回收的氟化物约含7%的碳，不能直接返回电解槽，需要再焙烧除去碳；3）回收的碳粉约含10%的氟化物，不能返回碳素生产工艺，需要除去氟化物；4）浮选前碳质废槽衬需要严格细磨，磨粉成本高；5）浮选药剂种类多、价格高；6）浮选工艺分为多次粗选、精选、扫选，流程复杂、设备投资大；7）只能处理废槽衬的碳质材料，其他材料（约占废槽衬重量的70%）仍需要安全填埋。这些缺点限制了该工艺的应用。

4）废槽衬-石灰石浸泡工艺

该工艺是将废槽衬破碎细磨后，加入反应池中，注入石灰水并浸泡一定时间，浸泡过程中，氟化钠缓慢从废槽衬中游离出来，与石灰水反应生成氟化钙。同时废槽衬与水发生反应，释放出大量气体。

该工艺属于湿法处理，是新出现的技术，其应用效果有待于检验。特点是：1）氟化钠与石灰水的反应缓慢，反应不彻底；2）石灰水是强碱性溶液，如果泄漏将会导致土壤盐碱化、水中pH值超标；3）没有利用碳质材料；4）没有回收废槽衬中高附加值的氟化盐；5）作业现场因为HCN等气体的析出存在安全隐患。

由于各种技术存在的突出缺陷，目前废槽衬处理普遍采用的是填埋堆存处理的方法，不仅占用了大量土地，而且其中含有的可溶性氟化物、氰化物还会随雨水流入江河，对环境造成极大危害，并且造成大量资源浪费。跟踪监测的废槽衬堆场,监测结果表明:废槽衬的有害物质(溶解的氟盐)将随雨水逐步向土壤和地下水中转移,两年时间内有54％的可溶氟化物转移进入了土壤和地下水。

跟踪监测的废槽衬堆场,监测结果表明，废槽衬的有害物质(溶解的氟盐)将随雨水逐步向土壤和地下水中转移,两年时间内有54％的可溶氟化物转移进入了土壤和地下水。

现有技术中，已经开展的浮选、火法等技术研究由于产生较大的含氟废水、含氟废气等次生污染，一直没有在行业内推广开来。浮选法回收的产品不能直接返回电解槽使用，需要进一步对回收的电解质进行焙烧，减少含碳量，提高电解质的纯度；同时产生的工业废水也不能直接排放，需要进行工业废水处理，进行氟回收后排放。回收工艺流程复杂，成本较高，因此，研究开发一种废槽衬饿加热分解系统，既实现废槽衬中电解质的回收，又不产生次生的废水、废气污染物，实现高效回收电解质、零污染物排放的目的，就显得十分有必要。

发明内容

本实用新型提供一种既能高效的回收废槽衬中的电解质，无污染物排放的铝电解废槽衬加热分解系统，旨在克服现有技术中回收成本高，回收率低的问题。

为实现上述目标，本实用新型的内容如下：

所述加热分解系统包括原料仓、二级振动筛、加热分解装置、出料装置、输送装置及尾气净化装置，所述二级振动筛的入料口与原料仓相连通，二级振动筛的出料口通过输送装置连通所述加热分解装置，所述加热分解装置包括加热炉及对其加热的蓄热燃烧机构，在所述加热炉的炉膛内设置有至少三个单元料室，在所述加热炉的底部设有出渣口；所述出料装置包括经由加热炉的出渣口处向外延伸的轨道、及并联设置于该轨道上的扒渣机、电解质收集车及炭粉收集车；所述蓄热燃烧机构包括蓄热式燃烧器、引风机、鼓风机、与所述蓄热式燃烧器的烧嘴对应连通构成气体循环回路的三道进气换向阀及三道出气换向阀；所述引风机的吸气口与所述三道进气换向阀及三道出气换向阀对应连通，其出气口与原料仓对应连通；所述鼓风机的排气口对应连通于所述三道进气换向阀及三道出气换向阀。

优选的，所述加热炉还包括炉体、炉门装置、料室、所述炉体上部设有与各料室相连的进料口，所述加热炉炉体由内至外依次包括炉衬层、塞拉含铬纤维层、钢板，所述加热炉的炉顶包括由内至外依次排列的由炉衬层、塞拉含铬纤维层；所述加热炉的炉底包括由内至外依次排列的耐火浇注料层、粘土砖层、轻质耐火砖层、纤维毯。

所述原料仓的出口设置有放料阀，在所述原料仓内设有液位报警装置，所述输送装置包括斗式提升机和一端处于放料阀下端，另一端与斗式提升机相邻的送料带，在所述送料带上设有皮带秤。

优选的，所述进料装置在所述皮带秤上方和加热炉进料口位置设有收尘罩。

优选的，所述加热分解系统还连接有控制反馈器，所述控制反馈器的输入端连接液位报警装置、皮带秤，输出端对应连接放料阀、加热炉的炉门，该控制反馈器的输出端还连接有所述扒渣机和所述电解质收集车及炭粉收集车。

优选的，所述加热炉还连接有PLC控制系统，所述PLC控制系统的输入端连接液位报警装置、皮带秤，输出端对应连接放料阀、加热炉的炉门，该PLC控制系统的输出端还连接有所述扒渣机和所述电解质收集车及炭粉收集车。

在所述出渣口处对应铰支连接有炉门；所述炉门由内向外依次包括型钢、钢板层、塞拉含铬纤维层、炉门护板层；所述炉门护板由至少两块耐热铸铁块拼接而成，且各铸铁块之间设置有膨胀缝。

优选的，所述加热炉内设有温度控制器。

优选的，加热炉燃料采用天然气、煤制气、液化气中的一种。

本实用新型的优点在于：

1.利用本实用新型系统能实现电解质高效率、高纯度的回收利用；而且不产生废渣、废水，废气等污染物，对环境的损害小；

2.本实用新型系统中的蓄热燃烧机构，加热炉温度分布均匀,在废槽衬的分解中，加热炉分为多个料室，各料室温差≤5℃，且能大幅度提高燃料的热效率，降低能耗。

3.利用本实用新型方法实现对铝电解废槽衬回收利用，可有效解决困扰世界电解铝行业多年的废槽衬固体废弃物堆放或填埋污染环境，造成大量的原材料浪费等问题；

4.利用本实用新型方法回收回收的耐火材料、防渗料、碳素材料纯度高：耐火材料、防渗料、碳素材料纯度≥98%，可以直接返回耐材和碳素企业做原料使用。

附图说明

图1为本实用新型中加热炉的主视方向示意图；

图2为本实用新型中加热炉的左视方向示意图；

图3为本实用新型中加热炉的俯视方向示意图；

图4为本实用新型中废槽衬的加热分解的工作原理图；

图5为本实用新型中加热炉温度串级控制系统结构方框图；

图6为本实用新型的加热分解系统的工作原理图；

图7为本实用新型中蓄热式燃烧器的工作原理图；

 图中各部件名称：1.炉体钢结构；2.炉顶吊挂总成；3.炉体砌筑总成；4.烧嘴；5.管道；6.蓄热式燃烧器；7.炉口护板；8.炉门及提升装置；9.快切阀；10.流量调节阀；11.蓄热体；12.三道出气换向阀；13.引风机；14.鼓风机；15.空气流量调节阀；23.料室；24.三道进气换向阀。

具体实施方式

实施例1：一种铝电解废槽衬加热分解系统，参见图1至图7：包括原料仓、二级振动筛、加热分解装置、出料装置、输送装置及尾气净化装置，所述二级振动筛的入料口与原料仓相连通，二级振动筛的出料口通过输送装置连通所述加热分解装置，所述加热分解装置包括加热炉及对其加热的蓄热燃烧机构，在所述加热炉的炉膛内设置有至少三个单元料室，在所述加热炉的底部设有出渣口；所述出料装置包括经由加热炉的出渣口处向外延伸的轨道、及并联设置于该轨道上的扒渣机、电解质收集车及炭粉收集车；所述蓄热燃烧机构包括蓄热式燃烧器、引风机、鼓风机、与所述蓄热式燃烧器的烧嘴对应连通构成气体循环回路的三道进气换向阀24及三道出气换向阀12；所述引风机的吸气口与所述三道进气换向阀24及三道出气换向阀12对应连通，其出气口与原料仓对应连通；所述鼓风机14的排气口对应连通于所述三道进气换向阀24及三道出气换向阀12。

加热炉还包括炉体、炉门装置、料室、所述炉体上部设有与各料室相连通的进料口，所述加热炉炉体由内至外依次包括炉衬层、塞拉含铬纤维层、钢板，所述加热炉的炉顶由内至外依次包括炉衬层、塞拉含铬纤维层；所述加热炉的炉底由内至外依次包括耐火浇注料层、粘土砖层、轻质耐火砖层、纤维毯。

 所述蓄热燃烧机构包括蓄热式燃烧器6、引风机13、鼓风机14、与所述蓄热式燃烧器6的蓄热式烧嘴对应连通构成气体循环回路的三道进气换向阀及三道出气换向阀12；所述引风机13的吸气口与所述三道进气换向阀24及三道出气换向阀12对应连通，其出气口与原料仓对应连通；所述鼓风机14的排气口对应连通于所述三道进气换向阀24及三道出气换向阀12。通过本蓄热燃烧机构可以使尾气排放温度在150℃以下，实现对加热炉的高效加热。

 在所述原料仓的出口处设有放料阀，在所述原料仓内设有液位报警装置，所述输送装置包括斗式提升机和一端处于放料阀下端，另一端与斗式提升机相邻的送料带，在所述送料带上设有皮带秤。    

所述进料装置在所述皮带秤上方、斗式提升机和加热炉进料口位置设有收尘罩。

所述加热分解系统还连接有控制反馈器，所述控制反馈器的输入端连接液位报警装置、皮带秤，输出端对应连接放料阀、加热炉的炉门，该控制反馈器的输出端还连接有所述扒渣机、所述电解质收集车和炭粉收集车。见图5，利用控制系统做到对整体系统的适时反馈。反馈系统内通过主检测、变送仪表、副检测等装置将信号回馈至PLC。

涉及到一种加热分解铝电解废槽衬的方法，包括如下步骤：

（1）物料筛分：将铝电解废槽衬送入铝电解废槽衬的加热分解系统中的二级振动筛中，将其筛分为废耐火材料、废防渗料和废糊料；

（2）输送：再将上步所得废耐火材料、废防渗料和废糊料以10小时的间隔时间分别送至加热炉中对应的料室内；

（3）加热分解：启动蓄热燃烧机构，外界空气依次经由所述鼓风机、三道出气换向阀、蓄热体11进入炉膛内，同时燃气依次经由所述燃气流量调节阀通入往炉膛内燃烧，将炉膛加热至1150℃，对各对应料室中的废耐火材料、废防渗料和废糊料加热分解10个小时，分离出液态的电解质、耐火材料、防渗料、碳素原料及尾气，并定期出料、排渣；同时炉膛内高温气体依次经由蓄热燃烧机构中的第一蓄热室或第二蓄热室、三道进气换向阀24、引风机13进入原料仓中对进行预热至140℃；

（4）回收：将步骤（3）中所得耐火原料、防渗料、碳素原料和液态电解质经由出料装置进行回收；

（5）尾气处理：对原料仓中原料预热后的气体引入尾气净化装置内进行净化处理达标后排空。

所述加热炉内设有温度控制器。精确控制炉膛内的温度，提升炉膛内的燃烧效率。

炉体的炉壁由炉体钢结构1、炉体砌筑总成3和炉顶吊挂总成2构成，炉体的炉壁上设有烧嘴4和蓄热式燃烧器6，炉体的进出口与管道5相连，同时，炉体进出料处设有炉门及提升装置8，及炉口护板7。

加热炉燃料采用天然气、煤制气、液化气中的一种。

所述炉体、炉顶部位处的塞拉含铬纤维的厚度均为350mm。

废槽衬主要为耐火材料 、防渗料或废糊料，其中，耐火材料为大块颗粒，废糊料为小块颗粒，防渗料为沙粒状颗粒，三者在体积上有比较大的差异，所以可以通过二级振动筛，起初将大块的耐火材料分离，之后二次筛分处废糊料，最后剩下的沙粒就是防渗料，将这三种物料各自利用斗式提升机运送至加热炉内单独的料室，料室23内设有温度控制器进行温度的控制，热源来自与加热炉相连通的蓄热燃烧机构。

本实施例中，加热炉内设有温度高精控制系统，温度控制精度±0.5℃，实现了电解质的高纯度高效回收。

本实施例中，加热炉蓄热燃烧系统为空气、燃气双蓄热，尾气排放温度≤150℃。

 原料仓采用混凝土浇筑而成，由仓体、放料阀、雷达液位测量装置、收尘口等组成。用于储存废槽衬原料，防止废槽衬露天堆放时氟化物对生态环境造成破坏。

皮带秤用于将废槽衬由原料仓输送至斗式提升机，具有瞬时流量测量和流量累积功能。皮带秤上方设有收尘罩。

通过对回收的耐火材料、防渗料、和碳成分分析，回收的耐火材料和防渗料可以直接作为耐材厂的原料，碳可以直接作为碳素厂的原材料。

由于电解铝用耐火材料、防渗料和糊料的价值相对较低，因此开展低能耗加热分离技术就显得十分重要和关键，开展该技术研究的目的是在确保实现加热目标的前提下，降低能耗，提高经济效益。该技术由最佳分离温度研究、低能耗加热技术研究两部分组成。该技术的突出特点是节能、氟化物分解高效完全。

在加热废槽衬时：温度过高，耐火材料易烧损，同时无谓消耗过多的燃料；温度过低，氟化物挥发不充分。通过大量实验验证发现：炉膛温度控制在1150℃左右（±10℃），挥发效果较为理想。

系统工作时，首先对原料进行分选，然后按原料类别加入到专用加热炉的不同料室，进行加热使氟化物全部分解挥发，从而获得不含氟的耐火材料、防渗料和碳素材料，产生的高温含氟废气进入电解净化系统，加热炉产生的清洁高温烟气和高温氟化物气体分别在对原料进行预热后排放。通过加热技术，实现了烟气污染物的零污染排放；通过自动分选--上料--出料系统，大大减少了人为的干预，降低了人工成本；含氟废气进入电解净化系统，实现了氟的高效回收。

由于废内衬中含有大量的氟化物，因此，借鉴了前述炭渣处理的加热技术，可避免加热炉排出的尾气中含氟气体，污染大气环境。炉室材料采用碳化硅材料，加热炉为多料室结构。废槽衬由废耐火材料、废防渗料、废糊料等构成，成分差别较大，在分离它们所含的氟化物时必须进行分类处理，开展该技术研究的目的是实现三类物料的自动筛选分离。该技术由皮带输送机、斗式提升机、二级振动筛、皮带秤等几部分组成。该技术的突出特点是自动筛选、自动分离、设备自动化程度较高。

根据废槽衬的特点，对三类原料分别加热处理，因此保持加热炉各料室温度的均匀性；同时为了减少能源消耗。该加热分解系统在确保氟化物的高效挥发的前提下，首先保证回收产品的耐火砖、防渗料以及碳素材料的质量，同时提高热量利用率。该技术的突出特点是升温速率快、温度分布均匀、高梯度升温曲线时温度控制精确。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，其它人员对本技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种铝电解废槽衬的加热分解系统，包括原料仓、二级振动筛、加热分解装置、出料装置、输送装置及尾气净化装置，所述二级振动筛的入料口与原料仓相连通，二级振动筛的出料口通过输送装置连通所述加热分解装置，其特征在于：所述加热分解装置包括加热炉及对其加热的蓄热燃烧机构，在所述加热炉的炉膛内设置有至少三个单元料室（23），在所述加热炉的底部设有出渣口；所述出料装置包括经由加热炉的出渣口处向外延伸的轨道、及并联设置于该轨道上的扒渣机、电解质收集车及炭粉收集车；所述蓄热燃烧机构包括蓄热式燃烧器、引风机（13）、鼓风机（14）、与所述蓄热式燃烧器的烧嘴对应连通构成气体循环回路的三道进气换向阀（24）及三道出气换向阀（12）；所述引风机（13）的吸气口与所述三道进气换向阀（24）及三道出气换向阀（12）对应连通，其出气口与原料仓对应连通；所述鼓风机（14）的排气口对应连通于所述三道进气换向阀（24）及三道出气换向阀（12）。

2.如权利要求1所述的铝电解废槽衬的加热分解系统，其特征在于：所述加热炉还包括炉体、炉门装置、料室、所述炉体上部设有与各料室相连通的进料口，所述加热炉炉体由内至外依次包括炉衬层、塞拉含铬纤维层、钢板，所述加热炉的炉顶由内至外依次包括炉衬层、塞拉含铬纤维层；所述加热炉的炉底由内至外依次包括耐火浇注料层、粘土砖层、轻质耐火砖层、纤维毯。

3.如权利要求1或2所述的铝电解废槽衬的加热分解系统，其特征在于：在所述原料仓的出口处设有放料阀，在所述原料仓内设有液位报警装置，所述输送装置包括斗式提升机和一端处于放料阀下端，另一端与斗式提升机相邻的送料带，在所述送料带上设有皮带秤。

4.如权利要求3所述的铝电解废槽衬的加热分解系统，其特征在于：所述输送装置在所述皮带秤上方和加热炉进料口位置设有收尘罩。

5.如权利要求4所述的铝电解废槽衬的加热分解系统，其特征在于：所述加热分解系统还连接有控制反馈器，所述控制反馈器的输入端连接液位报警装置、皮带秤，输出端对应连接放料阀、加热炉的炉门，该控制反馈器的输出端还连接有所述扒渣机、所述电解质收集车和炭粉收集车。

6.如权利要求5所述的铝电解废槽衬的加热分解系统，其特征在于：在所述出渣口处对应铰支连接有炉门；所述炉门由内向外依次包括型钢、钢板层、塞拉含铬纤维层、炉门护板；所述炉门护板由至少两块耐热铸铁块拼接而成，且各铸铁块之间设置有膨胀缝。