CN205773365U - 一种铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统，属于电解铝废弃物处理技术领域。本实用新型的铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统，包括浸出仓以及与浸出仓相连的固液分离装置，所述浸出仓的出料口与固液分离装置的加料口相连。本实用新型的铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统，结构简单，操作方便，能够实现对铝电解槽阴极碳块中石墨的高效回收，而且能提高石墨的纯度。

Description

一种铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统

技术领域

本实用新型涉及一种铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统，属于电解铝废弃物处理技术领域。

背景技术

铝电解槽阴极碳块为电解铝过程中作为阴极使用的碳在电解槽大修时产生的废旧物质，主要成分为碳和氟化钠，还含有少量氟化钙、冰晶石、氧化铝等，其中的碳主要为石墨，石墨和氟化物均具有较高的回收利用价值。

阴极废碳块中碳的回收传统方式为采用电弧炉生产高纯碳粒，如申请公布号为CN103754861A（申请公布日为2014年4月30日）的中国实用新型专利申请公开了一种利用废旧碳块的电弧炉生产高纯碳粒的方法，将铝电解槽阴极碳块破碎后置入直流电弧炉中，使其中的氟化盐及其他杂质汽化后冷却得高纯碳粒。该方法工艺复杂，能源消耗较大，而且容易对环境造成污染，不利于推广，该方法采用的设备操作复杂，处理效率较低。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能够提高回收石墨的纯度的铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统。

为了实现以上目的，本实用新型的铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统的技术方案如下：

一种铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统，包括浸出仓以及与浸出仓相连的固液分离装置，所述浸出仓的出料口与固液分离装置的加料口相连。

还包括缓冲装置，所述固液分离装置的固体出口与缓冲装置的加料口相连，所述缓冲装置的出料口与固液分离装置的加料口相连。

还包括用来进行回收氟化钙反应的反应仓，所述固液分离装置的液体出口与反应仓的加料口相连，所述反应仓的出料口与固液分离装置的加料口相连。

所述固液分离装置包括第一固液分离装置和第二固液分离装置，第一固液分离装置的加料口与浸出仓的出料口相连，第一固液分离装置的液体出口与反应仓的加料口相连，第二固液分离装置的液体出口与反应仓的加料口相连。在具有缓冲装置时，第一固液分离装置的固体出口与缓冲装置的加料口相连，第二固液分离装置的加料口与缓冲装置的出料口及反应仓的出料口相连。所述缓冲装置的出料口与第一固液分离装置的加料口相连。

所述固液分离装置的加料口与缓冲装置的出口相连。具体的，所述第一固液分离装置的加料口与缓冲装置的出口相连。

第一固液分离装置为压滤机。第二固液分离装置为离心分离机。离心分离机的固体出口上连接有烘干机，以将反应仓中得到的氟化钙进行烘干。烘干机上连接有吨包机。

本实用新型的铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统还包括循环水池，所述循环水池的入水口与第二固液分离装置的液体出口相连，所述循环水池的出口与浸出仓的加料口相连。

为了方便自动加料，氟化钙回收剂加入口上连接有拆包机。为了提高混合效率，浸出仓、反应仓、缓冲装置中均设置有搅拌器。

本实用新型的铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统还包括与浸出仓相连的输料装置，输料装置包括破碎机、块料仓、给料机、球磨机、粉料仓。

破碎机上连接有振动输送机，振动输送机上连接有原料输送带，原料经原料输送带送至振动输送机，由振动输送机送入破碎机。振动输送机上设置有除铁装置，用来除去原料中的铁块。破碎机下部设置有皮带输送机和滚动筛选机。

块料仓下部设置有给料机，给料机的出料端与球磨机的进料口相连，用以将块料仓中的小块块料输送至球磨机进行制粉。

本实用新型的铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统还包括除尘装置，除尘装置能够将收集到的粉尘送入输料装置。

本实用新型的铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统还包括储酸罐，储酸罐通过管道与加酸口相连。

本实用新型的铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统还包括监测控制系统。块料仓和粉料仓顶部均设置有漫反射测距仪。漫反射测距仪用以检测仓内的物料高度，并通过监测控制系统换算为仓内的物料质量。浸出仓、反应仓、循环水池、缓冲池、破碎机、块料仓、球磨机、拆包机、储酸罐、压滤机、离心分离机、烘干机、吨包机、原料输送带、振动输送机、皮带输送机、混动筛选机、螺旋输送机、除尘器、给料机的进出口及其之间的连接管道上均设置有电动阀，电动阀与监测控制系统相连，用以控制各个电动阀的开启和关闭。

浸出仓、反应仓的侧壁上以及粉料仓的底部均设置有取样口。用以取样检测物料中氟化物含量或者其pH。

本实用新型的铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统，结构简单，操作方便，能够实现对铝电解槽阴极碳块中石墨的高效回收，而且能提高石墨的纯度。

进一步的，本实用新型的铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统设置有反应仓，将回收石墨时的滤液全部收集合并，通过生成氟化钙的形式回收其中的氟化物，在一定程度上实现了阴极碳块的资源化，较好地实现了电解铝废渣的资源化处理与利用，为工业化实践提供了设计与处理依据，具有良好的产业化前景。

本实用新型的铝电解槽阴极碳块回收石墨的方法，包括：将阴极碳块粉料与水混合，浸出，所得浸出渣即为石墨；

本实用新型的铝电解槽阴极碳块回收石墨的方法通过制浆、浸出、固液分离，将阴极碳块中的杂质溶出并分离，即可得到回收石墨产品。本实用新型的方法还能避免其他杂质的引入，提高回收石墨产品的纯度。另外，本实用新型的方法简单易操作，处理效率非常高。

所述浸出渣进行至少一次的加水、浸出、固液分离后得到石墨。多次浸出、分离可以提高杂质溶出的效率，进一步提高石墨的纯度。一般的，将浸出渣进行两次加水、浸出、固液分离的过程，即可使阴极碳块中的氟化物及其他杂质充分溶出，具体的，将浸出渣加水、浸出、进行固液分离后得到的分离渣再次加水、浸出、固液分离即得到石墨产品。

与阴极碳块粉料混合的水的量为阴极碳块粉料质量的3倍以上。为了提高浸出效率，加入水的量控制为阴极碳块粉料质量的3-5倍。

所述浸出的时间一般在10min以上，以能够保证阴极碳块粉料中的氟化物充分溶出。浸出时间进一步优化为10-30min。

将浸出渣加水后进行10-30min的搅拌。

固液分离后的浸出液中含有大量的氟离子，将浸出液加酸调节呈中性，再加入氟化钙回收剂，反应，固液分离，得氟化钙固体。氟化钙回收剂的加入量以反应后氟离子含量小于10mg/L为准。

所述氟化钙回收剂为氯化钙、氢氧化钙、氧化钙中的一种。这些氟化钙回收剂能够将浆料中的可溶性氟盐转化为氟化钙，并保证不引入其他污染物。

固液分离得氟化钙后的分离液与阴极碳块粉料混合，循环进行回收石墨，以对水进行循环利用。

上述反应的时间一般在10min以上，以保证反应充分。反应时间进一步优化为10-30min，以提高反应效率。

所述酸为盐酸。一般的，盐酸的质量浓度为8-10%。加酸后搅拌反应10-30min。

所述固液分离为过滤或者离心分离。所述过滤是指采用压滤机进行压滤。

本实用新型的通过将阴极碳块粉料进行制浆、浸出、固液分离后得到石墨，提高了阴极碳块的资源化利用程度，而且方法简单，效率非常高。进一步的，将回收石墨后的浸出液（或分离液）通过加入氟化钙回收剂的方式，生成氟化钙沉淀，进一步提高了阴极碳块的资源化程度，使阴极碳块中的大部分有用资源都得到了回收。

附图说明

图1为本实用新型的铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统的实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型的技术方案进行进一步的说明。

本实用新型的铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统的实施例：

如图1所示，本实施例的铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统包括输料装置、浸出仓101、反应仓102、固液分离装置、缓冲装置、循环水池、烘干机、吨包机，固液分离装置包括第一固液分离装置和第二固液分离装置，第一固液分离装置和第二固液分离装置均可以为压滤机或者离心分离机，压滤机优选为板式压滤机，离心分离机优选为卧式离心分离机，本实施例中，第一固液分离装置为板式压滤机201，第二固液分离装置为卧式离心分离机202；缓冲装置为缓冲池或者缓冲筒，本实施例中为缓冲池4。浸出仓的出料口与板式压滤机的加料口通过管道相连，该连接管道上还设置有渣浆泵103，板式压滤机的液体出口与反应仓的加料口通过管道相连，板式压滤机的固体出口通过皮带输送机与缓冲池的加料口相连，缓冲池的出料口与卧式离心分离机的加料口通过管道相连，卧式离心分离机的液体出口与反应仓的加料口相连，卧式离心分离机的固体出口与烘干机5加料口相连，烘干机出料口通过第三提升机7与吨包机6入口相连，卧式离心分离机的液体出口还与循环水池的入水口相连；反应仓上设置有加酸口和氟化钙回收剂加入口，反应仓的出料口与卧式离心分离机的加料口相连。

缓冲池的出口还通过管道与板式压滤机的加料口相连，能够将压滤机压滤之后进入缓冲池的滤渣进行多次重复压滤，提高脱水效果。卧式离心分离机的固体出口还与卧式离心分离机的加料口通过皮带输送机相连，便于将卧式离心分离机中出来的固体分离物进行多次重复分离，提高脱水效果。循环水池8的出水口通过水泵与浸出仓的加料口相连，以将循环水池中收集到的滤液等循环水进行循环利用。当然，也可以在浸出仓上单独设置加水口与循环水池相连。

浸出仓、反应仓、缓冲池中均设置有搅拌器。

氟化钙回收剂加入口上通过螺旋输送机连接有拆包机1021，将袋装的氟化钙回收剂放上拆包机，即可实现自动拆包并向反应仓中加入氟化钙回收剂。

输料装置包括破碎机304、块料仓308、给料机309、球磨机306、粉料仓307，破碎机上连接有振动输送机302，振动输送机上连接有原料输送带301，原料经原料输送带送至振动输送机，由振动输送机送入破碎机，振动输送机上设置有除铁装置303，用来除去原料中的铁块，破碎机为箱式破碎机，破碎机下部设置有皮带输送机305和滚动筛选机306，滚动筛选机用于输送和筛分破碎后的块料并能够将杂物除去，对块料的筛分是将混杂在原料中的其他废物如编织袋、玻璃瓶等从块料中筛分分离开来，滚动筛选机上通过第一提升机307与块料仓相连，用以将滚动筛选机筛分后的块料输送至块料仓，块料仓下部设置有给料机309，给料机的出料端与球磨机的进料口相连，用以将块料仓中的块料输送至球磨机进行制粉，本实施例中的给料机为电磁给料机；球磨机上设置有磨头筛，球磨机上连接有第三螺旋输送机，第三螺旋输送机上连接有第二提升机310，第二提升机与粉料仓相连，粉料仓通过第三提升机311与浸出仓101相连。原料输送带、振动输送机、破碎机、块料仓、给料机、球磨机、粉料仓构成了输料线路。

第一提升机上连接有第一螺旋输送机，第一螺旋输送机上连接有第一除尘器312，第一除尘器收集的粉尘经螺旋输送机送入第一提升机；第三螺旋输送机上连接有第二螺旋输送机，第二螺旋输送机上连接有第二除尘器313，第二除尘器收集的粉尘经第二螺旋输送机送入第三螺旋输送机。本实施例的铝电解槽废碳渣回收冰晶石系统还包括除尘管道，振动输送机、破碎机、皮带输送机、电磁给料机、球磨机、浸出仓101、反应仓102均与除尘管道相连，第一除尘器、第二除尘器也与除尘管道314相连，经过除尘器处理后的无尘空气经风机315送入烟囱排放至大气。

第一提升机、第二提升机第三提升机及第四提升机均可以为现有技术中的提升机，本实施例中均为斗式提升机。第一除尘器、第二除尘器均可以为现有技术中的除尘器，本实施例中均为脉冲除尘器。

本实施例的回收系统还包括储酸罐9，储酸罐通过管道与加酸口相连。

块料仓和粉料仓顶部均设置有漫反射测距仪，用以检测仓内的物料高度，并通过监测控制系统换算为仓内的物料质量。浸出仓、反应仓、循环水池、缓冲池、破碎机、块料仓、球磨机、拆包机、储酸罐、压滤机、离心分离机、烘干机、吨包机、皮带输送机、滚动筛选机、螺旋输送机、除尘器、提升机、给料机的进出口及其之间的连接管道上均设置有电动阀，电动阀与监测控制系统相连，用以控制各个电动阀的开启和关闭。浸出仓与循环水池之间的电动阀为单向阀。

浸出仓、反应仓的侧壁上以及粉料仓的底部均设置有取样口，用以取样检测。

本实施例的铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统还包括温度控制系统，温度控制系统包括分别设置在浸出仓、反应仓中的温度探杆和加热装置以及与其相连的温度控制器。

本实施例的铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统在使用时，阴极碳块经过破碎机破碎、筛选后进入块料仓，经给料机送入球磨机球磨制粉，并由提升机送入粉料仓。第一除尘器、第二除尘器中收集的粉尘分别送入对应的提升机和螺旋输送机。粉料进入浸出仓，制浆，浸出，然后进行固液分离，滤液进入反应仓，滤渣进入缓冲池搅拌制浆后再次送入压滤机固液分离，滤液仍进入反应仓，滤渣进入缓冲池中制浆，固液分离后滤液仍进入反应仓，滤渣烘干、打包得石墨产品；进入反应仓的滤液合并，加入酸和氟化钙回收剂，反应后的料浆过滤，得到固体氟化钙。

在本实用新型的铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统的其他实施例中，不包括反应仓，即不再进行氟化钙的回收，仅进行石墨产品的回收，各料浆固液分离后的液体直接进入循环水池进行收集处理。

在其他实施例中，板式压滤机的浆料入口与缓冲池的出口不相连，缓冲池中收集的滤渣不再重复进行制浆、压滤。

在其他实施例中，循环水池的出水口不与浸出仓相连，最终固液分离得到的液体仅在循环水池中收集进行后续处理。在其他实施例中，循环水池可以由储水罐替换。或者不包括循环水池，最终固液分离得到的液体直接排放。

在其他实施例中，视阴极碳块原料的颗粒情况，输料装置可以不包括破碎机或者球磨机中的一个。

在其他实施例中，固液分离装置仅为一个卧式离心分离机，所有的固液分离均在该离心分离机中进行。当然也可以设置多个板式压滤机或者多个卧式离心分离机或者多个板式压滤机与多个卧式离心分离机同时使用。

在其他实施例中，氟化钙回收剂通过与反应仓相连的试剂仓向反应仓中加料，不使用拆包机进行拆包加料。

在其他实施例中，不包括除尘器、除尘管道、除铁装置。

本实用新型的铝电解槽阴极碳块回收石墨的方法包括如下步骤：

1）将阴极碳块原料经原料输送带输送至振动输送机，经过振动输送机上的除铁装置除去原料中的铁块，由振动输送机送入破碎机进行破碎，将破碎后的原料块进行筛选，直径不大于20mm的小块原料经提升机送入块料仓，直径大于20mm的大块原料送回破碎机继续破碎；块料仓中的小块原料经电磁振动给料机送入球磨机进行球磨制成原料细粉，筛分，筛出铝块、铁块等杂质后的原料细粉经第一螺旋输送机输送至第一提升机，由第一提升机提升送入粉料仓；

2）在浸出仓中加入水，将粉料仓中的原料细粉送入浸出仓中，制成固液比为1:3的浆料，搅拌浸出30min得浸出浆料，使其中的可溶性氟化物充分溶出；

3）将上述浸出浆料送入压滤机进行脱水，得第一滤液和第一滤渣，第一滤液送入反应仓，第一滤渣通过皮带输送机送至缓冲池中，缓冲池中加入滤渣质量的5倍的水，开启缓冲池搅拌器，搅拌10min制浆，将浆料送入板式压滤机进行脱水，得第二滤液和第二滤渣，第二滤液送入反应仓；第二滤渣送入缓冲池中，加第二滤渣质量3倍的水，搅拌10min制浆，将浆料送入卧式离心分离机中反复脱水三次，滤液均送入反应仓，最后所得滤渣送入烘干机干燥并经吨包机打包得回收石墨产品；

4）向反应仓中加入盐酸，盐酸的加入量以能够调节反应仓中的合并滤液的pH值为中性为准，盐酸的质量分数为8%，反应30min，使反应液呈中性，然后向反应仓中加入氟化钙回收剂氯化钙，反应30min，将反应后的混合物送入离心分离机中进行离心分离，滤液送入循环水池，滤渣送入烘干机烘干后经吨包机打包得氟化钙产品；其中氟化钙回收剂的加入量以能够使反应后的液体中的氟离子含量小于10mg/L为准；循环水池中的滤液送入浸出仓重复利用。

本实用新型的铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统能够通过先回收石墨产品再回收氟化钙产品将阴极碳块进行无害化处理，既避免了阴极碳块对环境的危害，还在一定程度上实现了资源化，较好地实现了电解铝废渣的资源化处理与利用，为工业化实践提供了设计与处理依据。阴极碳块中具有很高含量的氟化物，以氟化物含量为10000mg/L计算，处理每吨阴极碳块理论上可以回收得到的氟化钙质量为205kg，以市场价平均2000元/t氟化钙计算，处理1吨阴极碳块成本300元，可获得利润110元。市场上的石墨依品质不同，价格差异较大，一般在2000元以上。阴极碳块中一般含有70%的碳，按处理1吨阴极碳块成本300元计算，每吨可获得利润1200元。

Claims (4)

1.一种铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统，其特征在于，包括用来对阴极碳块浸出的浸出仓以及与浸出仓相连的固液分离装置，所述浸出仓的出料口与固液分离装置的加料口相连；

还包括缓冲装置，所述固液分离装置的固体出口与缓冲装置的加料口相连，所述缓冲装置的出料口与固液分离装置的加料口相连。

2.如权利要求1所述的铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统，其特征在于，还包括用来进行回收氟化钙反应的反应仓，所述固液分离装置的液体出口与反应仓的加料口相连，所述反应仓的出料口与固液分离装置的加料口相连。

3.如权利要求2所述的铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统，其特征在于，所述固液分离装置包括第一固液分离装置和第二固液分离装置，第一固液分离装置的加料口与浸出仓的出料口相连，第一固液分离装置的液体出口与反应仓的加料口相连，第二固液分离装置的液体出口与反应仓的加料口相连。

4.如权利要求3所述的铝电解槽阴极碳块回收石墨的系统，其特征在于，还包括循环水池，所述循环水池的入水口与第二固液分离装置的液体出口相连，所述循环水池的出水口与浸出仓的加料口相连。