專利名稱：利用煤矸石處理鋁電解槽廢槽襯的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種處理鋁電解槽廢槽襯的方法，尤其是一種利用煤矸石、生石灰處理 鋁電解槽廢槽襯的方法，屬于電解技術領域。
背景技術：
鋁電解槽在使用一段時間后，通常為4年，須進行大修，更換槽內(nèi)的保護層——槽 襯，由于槽襯的材料主要是耐火磚、保溫磚和碳塊等，故更換下來的槽襯材料形成了電 解槽的大修渣，每噸鋁產(chǎn)生的槽襯量大約為0.04噸。在鋁電解生產(chǎn)過程中需加入氟化鹽， 每噸鋁約消耗氟化鹽33kg，其中一部分氯化物排入大氣，另一部分殘留于槽襯中，致使 大修渣中氟化物的濃度較高。氟化物含量占廢渣總量的3.49% 11.48%。按國家環(huán)保局 的規(guī)定，無機氟化物廢物屬危險廢物， 一旦經(jīng)過雨水的淋溶，必然析出其中有害成分， 滲入地下后，將造成地下水體和地面水體的污染，嚴重危害人類健康和動植物生存。因 此要防止和減少電解槽大修渣對環(huán)境造成的污染，必須先防止高濃度含氟淋溶液的下 滲。因此如何去除含氟物質(zhì)就顯得特別重要，廢槽襯的污染已成為影響鋁工業(yè)健康協(xié)調(diào) 可持續(xù)發(fā)展的重大問題之一。
煤矸石是指煤炭開采、洗選加工過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，屬于可利用的資源，具 有雙重性。從煤炭開采來看，中國每年生產(chǎn)l億t煤炭，排放矸石1400萬t左右；從煤炭 洗選加工來看，每洗選l億t煉焦煤排放矸石量2000萬t，每洗l億t動力煤，排放矸石量 1500萬t。 2005年，國內(nèi)各類煤礦生產(chǎn)煤炭1045億t，洗煤385億t，排放矸石量19-20億t。 因而，全國國有煤礦現(xiàn)有矸石山1500余座，堆積量30億t以上(占中國工業(yè)固體廢物排 放總量的40%以上)。
煤矸石的大量堆放，不僅壓占土地，影響生態(tài)環(huán)境，矸石淋溶水將污染周圍土壤 和地下水，而且煤矸石中含有一定的可燃物，在適宜的條件下發(fā)生自燃，排放二氧化硫、 氮氧化物、碳氧化物和煙塵等有害氣體污染大氣環(huán)境，影響礦區(qū)居民的身體健康。如遼 寧本溪礦區(qū)曾發(fā)生過因矸石自燃造成人員中毒死亡的事故。
關于鋁電解槽廢槽襯的無害化處理和綜合利用方法，以往研究較多的是濕法技術處 理廢槽襯。采用濕法技術處理廢槽襯，可回收部分碳質(zhì)材料和氟化鹽，但濕法技術存在
其無法克服的技術難題①毒害物的去除率較低，易造成二次污染；②處理設備的腐 蝕很難解決；③只對廢陰極有效果，對廢耐火材料作用不大。因此濕法處理技術不能實 現(xiàn)廢槽襯的完全無害化。
在公開號CN1895803A的專利中報道了一種處理鋁電解槽廢槽襯的方法，其是在廢 槽襯中加入一定量的石灰石和粉煤灰，混合均勻后磨細，在回轉窯中進行焙燒處理，處 理后物料用石灰水進行二次反應。在工業(yè)實施過程中，該法受回轉窯運行性能所限，存 在物料容易結塊的不足。
在公開號CN101147913A的專利中報道了一種以鎂還原渣為添加劑處理鋁電解槽廢 槽襯的方法，其特征在于其處理過程為(1)將包括廢陰極、廢耐火材料在內(nèi)的廢槽襯 破碎、磨細至粒度小于0.15mm ; (2)將鎂還原渣、石灰石分別破碎、磨細至粒度小于 lmm; (3)將廢槽襯、石灰石和鎂還原渣配料、混合均勻，其中石灰石配入量為廢槽襯 重量的20% 45%，鎂還原渣配入量為廢槽襯重量的5% 45% ; (4)將混和料加入回 轉窯或類似設備中，在卯0 120(TC溫度下進行焙燒處理，焙燒反應時間45 75分鐘；(5) 焙燒后制得分散性好、可作為水泥原料或筑路填土材料的固體料。處理后消除了廢槽襯 的污染，并使廢槽襯、鎂還原渣得到了有效利用。在工業(yè)實施過程中，該法對石灰和鎂 還原渣需求量大，因此對回轉窯或類似設備中要求也就比較高。
在公開號CN1583301A的專利中報道了一種鋁電解槽廢槽襯的無害化處理方法，涉 及一種電解生產(chǎn)金屬鋁過程中廢棄的電解槽內(nèi)襯，特別是包括廢陰極炭塊、廢耐火材料 在內(nèi)的所有廢槽內(nèi)襯的無害化處理方法。以含氧化鈣的礦物為反應劑，以含二氧化硅的 物料為添加劑，以煙煤為外加燃料，采用回轉窯進行熱處理，尾氣用氧化鋁吸附，處理 后物料用石灰水淋洗進行二次反應，石灰水循環(huán)利用，使廢槽襯無害化的方法。處理后 可使廢槽襯中可溶氟化物及氰化物含量下降95 %以上，固體渣中可溶氟化物含量低于 50mg/L，氰化物含量低于1.0mg/L，固體渣和煙氣滿足國家環(huán)保排放要求。消除了廢槽 襯的污染，無碳無毒固體渣可用作水泥工業(yè)、耐火材料工業(yè)的原料或用于鋪路，載氟氧 化鋁返回鋁電解槽使用。在工業(yè)實施過程中，該法對相對成本較高，存在反應速度慢， 生產(chǎn)效率低的不足。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術在處理鋁電解槽廢槽襯中存在的上述不足，本發(fā)明提供一種利用煤 矸石、生石灰處理鋁電解槽廢槽襯的方法，它以廢治廢，變廢為寶，使廢槽襯完全無害化，且處理成本低、易于工業(yè)實施并且生產(chǎn)效率高。
本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的 一種以煤矸石、生石灰處理鋁電解槽廢 槽襯的方法，其特征在于其處理過程為
A、 將廢槽襯破碎、磨細至粒度小于0,2mm;
B、 將煤矸石磨細至粒度小于0.5mm;
C、 將添加量為廢槽襯質(zhì)量10 30%的煤矸石，以及添加量為廢槽襯質(zhì)量5 35%的 生石灰，與廢槽襯混合均勻；
D、 將C步驟的混和料在溫度為900 120(TC條件下，焙燒40 70min ，得焙燒物；
E、 將D步驟的焙燒物磨細至粒度小于0.074mm，用濃度為0.5 5%的石灰水沒過焙 燒物，以浸出殘余的可溶F、浸出時間為30 60min，之后進行過濾，分別收集濾液和 濾渣。
所述D步驟的焙燒采用現(xiàn)有的焙燒爐或者回轉窯、回轉爐，以焙燒出分散性好，可 作為水泥原料或筑路填土材料的固體物料。
所述E步驟的石灰水浸出量以石灰水浸沒過細粒焙燒物為宜。
本發(fā)明的煤矸石發(fā)熱量一般為800 1500卡/克,其無機成分主要是硅、鋁、鈣、鎂、 鐵的氧化物和某些稀有金屬。其化學成分為Si02為52 65; Al203為16 36; Fe203為 2.28 14.63; CaO為0.42 8.32; MgO為0.44 2.41。生石灰含CaO 〉85%。
本發(fā)明的焙燒過程主要反應為
2NaCN + (2X + 5 ) / 202 = Na20 + 2C02 + 2NOx ,
2NaF + CaO = CaF2 + Na20 ，
2NaF + 4CaO + 4Si02 + A1203= Ca4Si207F2+ 2NaAISi04 2CaO+ Si02=CaSi04。
本發(fā)明具有下列優(yōu)點和效果采用上述方案，即以煤矸石、生石灰為添加劑，在處 理鋁電解槽廢槽襯的過程中，有效利用了在掘進、開采和洗煤過程中排出的固體廢物一 一煤矸石，具體是利用了煤矸石所含的Si02 、 A1203、可燃物等有用成分，達到了以廢 治廢、變廢為寶的綜合利用目的。該方法技術可靠，易于工業(yè)化處理，所用各種原料來 源廣、價格便宜，處理過程中還充分有效地利用了廢陰極自身的和煤矸石的熱值，使處
理成本降低、處理效果好。處理所得濾液為NaOH溶液，經(jīng)回收后可作為其它工業(yè)應用， 所得濾渣主要成分為CaF2、 CaSi04 、 Ca4Si207F2、霞石和/ 一氧化鋁，可直接作為水
泥原料或筑路填土材料使用。
具體實施方式
實施例l
將廢鋁電解槽槽襯、煤矸石預先破碎、磨細，稱取粒度小于0.2!!1111的廢槽襯1000克， 粒度小于0.5mm的煤矸石100克，生石灰350克，將三種物料混合均勻，將混和料送入現(xiàn) 有技術的焙燒爐中進行焙燒，在焙燒溫度900。C下，焙燒反應時間70min，焙燒后物料 磨粉，用濃度為5%的石灰水浸沒過細粉焙燒物，浸出30min,經(jīng)現(xiàn)有技術的方法進行過 濾后，濾液NaOH可供工業(yè)生產(chǎn)用，濾渣主要成分為CaF2、 CaSi04 、 Ca4Si207F2、霞石 和-一氧化鋁，作為水泥原料或筑路填土材料的固體物料。
實施例2
將廢鋁電解槽槽襯、煤矸石預先破碎、磨細，稱取粒度小于0.2mm的廢槽襯1000克， 粒度小于0.5mm的煤矸石150克，生石灰250克，將三種物料混合均勻，將混和料送入現(xiàn) 有的焙燒裝置中進行焙燒，焙燒溫度100(TC，焙燒反應時間60min，焙燒后物料磨粉， 用濃度為3%的石灰水浸沒過細粉焙燒物，浸出40min，經(jīng)現(xiàn)有方法過濾后，濾液NaOH 可供工業(yè)生產(chǎn)用，濾渣作為水泥原料或筑路填土材料的固體料。
實施例3
將廢鋁電解槽槽襯、煤矸石預先破碎、磨細，稱取粒度小于0.2mm的廢槽襯1000克， 粒度小于0.5mm的煤矸石200克，生石灰150克，將三種物料混合均勻，將混和料送入現(xiàn) 有技術的焙燒裝置中進行焙燒，焙燒溫度110(TC，焙燒反應時間50min，焙燒后物料磨 粉，用濃度為1.5%的石灰水浸沒過細粉焙燒物，浸出50min，經(jīng)過濾，濾液NaOH可供工 業(yè)生產(chǎn)用，濾渣作為水泥原料或筑路填土材料的固體料。
實施例4
將廢鋁電解槽槽襯、煤矸石預先破碎、磨細，稱取粒度小于0.2mm的廢槽襯1000克， 粒度小于0.5mm的煤矸石300克，生石灰50克，將三種物料混合均勻，將混和料送入現(xiàn) 有技術的焙燒設備進行焙燒，焙燒溫度120(TC，焙燒反應時間40min，焙燒后物料磨粉， 用濃度為0.5%的石灰水浸沒過細粉焙燒物，浸出60min，用現(xiàn)有技術的過濾方法過濾后， 濾液NaOH可供工業(yè)生產(chǎn)用，濾渣作為水泥原料或筑路填土材料的固體料。
權利要求
1、一種利用煤矸石處理鋁電解槽廢槽襯的方法，其特征在于其處理過程為A、將廢槽襯破碎、磨細至粒度小于0.2mm；B、將煤矸石磨細至粒度小于0.5mm；C、將添加量為廢槽襯質(zhì)量10～30％的煤矸石，以及添加量為廢槽襯質(zhì)量5～35％的生石灰，與廢槽襯混合均勻；D、將C步驟的混和料在溫度為900～1200℃條件下，焙燒40～70min，得焙燒物；E、將D步驟的焙燒物磨細至粒度小于0.074mm，用濃度為0.5～5％的石灰水沒過焙燒物，以浸出殘余的可溶F-，浸出時間為30～60min，之后進行過濾，分別收集濾液和濾渣。
2、 根據(jù)權利要求l所述的利用煤矸石處理鋁電解槽廢槽襯的方法，其特征在于所述 D步驟的焙燒采用現(xiàn)有的焙燒爐或者回轉窯、回轉爐，以焙燒出分散性好，可作為水泥 原料或筑路填土材料的固體物料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用煤矸石處理鋁電解槽廢槽襯的方法，經(jīng)過原料破碎、磨細，將添加量為廢槽襯質(zhì)量10～30％的煤矸石，以及添加量為廢槽襯質(zhì)量5～35％的生石灰與廢槽襯混合均勻；在溫度為900～1200℃條件下，焙燒40～70min，焙燒物磨細至粒度小于0.074mm，用濃度為0.5～5％的石灰水浸出殘余的可溶F^-，浸出時間為30～60min，之后進行過濾，濾液收集后作它用，濾渣回收即為可用物。它達到了以廢治廢、變廢為寶的綜合利用目的。其技術可靠，易于工業(yè)化處理，原料來源廣、價格便宜，處理過程中還充分有效地利用了廢陰極自身的和煤矸石的熱值，使處理成本降低、處理效果好。處理濾液回收再用，濾渣直接作為水泥原料或筑路填土材料使用。
文檔編號B09B3/00GK101357367SQ20081005893
公開日2009年2月4日 申請日期2008年9月19日 優(yōu)先權日2008年9月19日
發(fā)明者平 寧, 張慧娜, 方祖國, 楊月紅, 歐根能, 趙健蓉 申請人:昆明理工大學