一種廢舊陰極無害化處理與資源利用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種廢舊陰極無害化處理與資源利用方法。方法包括:對廢舊陰極進(jìn)行破碎混勻處理,得到廢舊陰極碎塊;用水浸泡廢舊陰極碎塊;溶出處理后進(jìn)行固液分離得到溶出后的礦體和溶出水。其中溶出處理的適宜條件:溶出之前的破碎粒度為0~10mm,溶出處理后溫度80~95℃,處理時間3~4hr。溫度升高,處理時間可縮短。本發(fā)明的方法通過對廢舊陰極的高溫溶出處理,去除了其中可溶物,使得廢舊陰極由危險固體廢棄物轉(zhuǎn)化為一般固體廢棄物,使得其碳含量進(jìn)一步提高,可以方便地運(yùn)輸、堆存及處理或利用。
【專利說明】—種廢舊陰極無害化處理與資源利用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電解鋁廢舊陰極無害化處理、綜合回收利用和環(huán)?!炯夹g(shù)領(lǐng)域】,是一種電解鋁廢舊陰極無害化處理與提質(zhì)方法,此方法適合電解鋁廢舊陰極的綜合回收利用。
技術(shù)背景
[0002]電解鋁生產(chǎn)的主體設(shè)備為鋁電解槽。在鋁電解生產(chǎn)過程中,炭素陰極由于氟和鈉等雜質(zhì)的滲透而膨脹報廢,每隔3?5年需進(jìn)行大修更換,大修過程中產(chǎn)生的廢舊陰極是鋁行業(yè)產(chǎn)生的主要固體廢棄物之一。據(jù)報道,每生產(chǎn)一噸鋁,大約產(chǎn)生廢舊陰極30?50kg。隨著鋁產(chǎn)量的逐年增加,我國每年產(chǎn)出大量的廢舊陰極。以2013年為例,電解鋁年產(chǎn)量達(dá)到2195萬噸,產(chǎn)出廢舊陰極為65.85?131.7萬噸,其排放量不可小視,且呈逐年遞增的趨勢。鋁電解槽廢舊陰極材料中平均可溶F-含量約2000mg/L、CN-約15mg/L,遠(yuǎn)超國家危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)F-50mg/L、CN-5mg/L(GB5085.3-1996),屬于危險固體廢物,禁止隨意丟棄。
[0003]經(jīng)檢測表明,廢舊陰極材料中石墨化炭占30?70%;電解質(zhì)成分占70?30%,主要為冰晶石、氟化鈉和氟化鈣等,是一種富含石墨和氟鹽的礦物資源。目前對鋁電解廢舊陰極材料主要采用安全填埋的方式處理,不僅占用耕地,而且無法徹底消除其危害,而且造成資源的浪費(fèi)。
[0004]目前已有多種綜合利用工藝,如浮選法、酸堿浸出、煅燒處理等,均由于工藝復(fù)雜、效果不理想等原因未得到廣泛的應(yīng)用。
[0005]為此,尋求新的對廢舊陰極材料無害化處理及綜合利用途徑,具有重要的應(yīng)用價值。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足,本發(fā)明的目的在于一種廢舊陰極無害化處理與資源利用方法。
[0007]為了實現(xiàn)上述任務(wù),本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案:
[0008]一種廢舊陰極無害化處理與資源利用方法,方法包括:
[0009]破碎混勻處理:對廢舊陰極進(jìn)行破碎混勻處理,得到廢舊陰極碎塊;
[0010]溶出處理:用水浸泡廢舊陰極碎塊;
[0011]固液分離:溶出處理后進(jìn)行固液分離得到溶出后的礦體和溶出水。
[0012]優(yōu)選的,廢舊陰極碎塊的粒度為O?10mm。
[0013]優(yōu)選的,溶出處理時間不低于2hr,溶出處理溫度為80?95 °C,溶出處理液固比為20 ?45。
[0014]進(jìn)一步,所述溶出水作為回收氟化物的原料。
[0015]進(jìn)一步,對溶出后的礦體進(jìn)行漂洗。
[0016]優(yōu)選的,所述溶出處理和漂洗在3個溶出池中進(jìn)行,且3個溶出池分別處于溶出、漂洗、卸料與加料狀態(tài)。
[0017]進(jìn)一步,漂洗產(chǎn)生的水用于溶出處理。
[0018]進(jìn)一步,對溶出水進(jìn)行除氟處理,除氟處理后的液體用于漂洗。
[0019]進(jìn)一步,溶出水與漂洗產(chǎn)生的水進(jìn)行熱交換。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0021]本發(fā)明的方法通過對廢舊陰極的高溫溶出處理,去除了其中可溶物,使得廢舊陰極由危險固體廢棄物轉(zhuǎn)化為一般固體廢棄物,使得其碳含量進(jìn)一步提高,可以方便地運(yùn)輸、堆存及處理或利用。
[0022]本發(fā)明的方法在廢舊陰極炭塊的破碎與混勻、細(xì)碎的基礎(chǔ)上,進(jìn)行高溫溶出處理。并通過合理的溶出工藝設(shè)計,使廢舊陰極中的含氟可溶物快速溶出,達(dá)到將危險固廢轉(zhuǎn)化為一般固廢的目標(biāo),便于儲存與綜合利用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明鋁電解廢舊陰極的無害化與資源綜合利用工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0024]本發(fā)明對分揀后的廢舊陰極(將拆解下來的廢舊陰極進(jìn)行分揀,分別揀出鋁片和電解質(zhì)塊)破碎、混勻,以保證成分等的穩(wěn)定。為了保證混勻效果,應(yīng)有一定的陰極廢料存量。破碎粒度到O?10mm。
[0025]廢舊陰極中大約含有11%的水溶性物質(zhì),而且溶出速度較快。本發(fā)明對破碎廢舊陰極進(jìn)入溶出池進(jìn)行浸泡處理,溶出處理時間不低于2hr。溶劑采用工業(yè)用水,充分利用溫度升高,溶出時間縮短、溶出充分的特點,溶出溫度80?95°C (溶出溫度提高,溶出時間可適當(dāng)縮短。為防止大量氣體的產(chǎn)生,加熱以不發(fā)生沸騰為限)。為了保證溶出處理后的固體中可溶氟的有效去除,溶出后進(jìn)行漂洗處理。采用溶出和漂洗水的循環(huán)與換熱設(shè)計,回收溶出處理水的余熱。
[0026]本發(fā)明的固液分離可以采用滾筒分離機(jī)——沖洗——離心式分離機(jī)的工藝。分離后固體的氟溶出等達(dá)到一般工業(yè)固體廢棄物標(biāo)準(zhǔn),同時碳含量提高5?8% ;對溶出處理后的液體進(jìn)行沉氟處理或蒸發(fā)得到氟化物或返回氟鹽生產(chǎn)工序。漂洗水可以直接作為溶出處理用水。
[0027]本發(fā)明的固液分離可根據(jù)溶出、漂洗、出料和裝新料環(huán)節(jié),采用三個溶出槽交替運(yùn)行的處理方式。通過合理工藝設(shè)計,實現(xiàn)對熱態(tài)溶出水余熱的循環(huán)利用。
[0028]本發(fā)明可采用換熱器將高溫溶出水和漂洗產(chǎn)生的水進(jìn)行換熱,實現(xiàn)對熱態(tài)溶出水余熱的循環(huán)利用,降低高溫溶出的能量消耗。
[0029]以下是發(fā)明人提供的具體實施例,以對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步解釋說明。
[0030]實施例1年產(chǎn)20萬噸鋁的電解鋁生產(chǎn)企業(yè)的廢舊陰極利用
[0031](I)基本情況:
[0032]年生產(chǎn)能力20萬噸的電解鋁廠,采用300kA大型預(yù)焙槽電解技術(shù)和預(yù)焙陽極焙燒技術(shù)。年廢舊陰極產(chǎn)生量8000噸。參考陰極成分如下:碳含量33?65%,石墨化程度高達(dá)70?88 % ;電解質(zhì)成分含量為65?32 %。
[0033](2)應(yīng)用方式
[0034]對收集的廢舊陰極采用破碎、混勻后,進(jìn)行細(xì)碎,將廢舊陰極破碎至5mm以下(采用閉路破碎)。
[0035]設(shè)置3個溶出池(本別用A、B、C表示),分別處于溶出、漂洗、卸料與加料狀態(tài),交替作業(yè)。溶出處理溫度90-95°C,漂洗水為常溫水,溶出處理液固比為30-40。
[0036]I)狀態(tài)1:A溶出、B漂洗、C卸料與加料。廢舊陰極破碎料溶出池A進(jìn)行溶出處理,溶出用水為B池漂洗水,調(diào)節(jié)溶出濃度為50%,溶出時間2小時。C池處于出料和加料狀態(tài);
[0037]2)狀態(tài)2:A漂洗、B卸料與加料、C溶出。A溶出結(jié)束,將其中的水放出,進(jìn)行除氟處理或返回氟鹽系統(tǒng);然后向其加入除氟處理后的中水進(jìn)行漂洗處理(參見圖1);將溶出池B中漂洗水放入到加新料的C溶解池。B溶解池完成漂洗后卸料與裝新料,卸料后接離心脫水,水含量到5%以下。
[0038]3)狀態(tài)3:A卸料與加料、B溶出、C漂洗。B池進(jìn)入溶解作業(yè),溶解水為溶解池A的漂洗水。C進(jìn)入漂洗狀態(tài),漂洗水為除氟處理后的返回水。然后A卸料、進(jìn)行固液粗分離,力口入新料。
[0039]為了充分利用溶出水的余熱,溶出處理后的熱水與漂洗水采用管式換熱器換熱后調(diào)溫再進(jìn)入溶出處理池。
[0040]系統(tǒng)進(jìn)入新一個輪回。
[0041]處理工藝如附圖1所示。作業(yè)槽切換關(guān)系如表I所示。
[0042]表I交替處理作業(yè)槽切換時序關(guān)系圖
[0043]
累計時間I 2小時 4 ?寸 6小時 8小時 10小時 12小時 14小時 16小時"""18小時~Th Wm^^Wtii mm, 裝料、加溶出 ? 裝料、加
____w____M____H_
Ti裝W、加溶出--? wk
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B槽漂洗裝料、溶出漂洗裝料、加溶出漂洗裝料、加 ^屮__I力口料Iti 丨I料._
[0044]處理后得到的產(chǎn)品指標(biāo)如下表2所示。
[0045]表2處理得到的主要技術(shù)指標(biāo)
[0046]
產(chǎn)品名稱碳質(zhì)材料中C品位(%)可溶F- (mg/L)
原廢舊陰極 54?612200?3000
溶出處理后 62?6942?45
危險固廢界定標(biāo)準(zhǔn)
—SilTTlρ/Ι,
(GB5085.3-1996)一 °
[0047](3)應(yīng)用結(jié)果
[0048]可實現(xiàn)廢舊陰極的無害化處理,便于儲存和進(jìn)一步處理利用。處理廢水實現(xiàn)了循環(huán)利用。產(chǎn)生的廢舊陰極經(jīng)過無害化處理后全部作為煉鋼增碳劑回收利用。
[0049]實施例2年產(chǎn)60萬噸電解鋁企業(yè)的應(yīng)用
[0050](I)基本情況
[0051]年生產(chǎn)能力60萬噸的電解鋁廠,采用300kA大型預(yù)焙槽電解技術(shù)和預(yù)焙陽極焙燒技術(shù)。年廢舊陰極產(chǎn)生量20000-24000噸。參考陰極成分如下:碳含量42?69%,石墨化程度高達(dá)70?88% ;電解質(zhì)成分含量為58?31%。
[0052](2)應(yīng)用方式
[0053]對收集的廢舊陰極采用破碎、混勻后,進(jìn)行細(xì)碎,將廢舊陰極破碎至1mm以下(采用閉路破碎)。
[0054]設(shè)置3個溶出池(本別用A、B、C表示),分別處于溶出、漂洗、卸料與加料狀態(tài),交替作業(yè)。溶出處理溫度90-93°C,漂洗水為常溫水。溶出處理液固比為30-40。
[0055]I)狀態(tài)1:A溶出、B漂洗、C卸料與加料。廢舊陰極破碎料溶出池A進(jìn)行溶出處理,溶出用水為B池漂洗水,調(diào)節(jié)溶出濃度為50%,溶出時間2小時以上。C池處于出料和加料狀態(tài);
[0056]2)狀態(tài)2:A漂洗、B卸料與加料、C溶出。A溶出結(jié)束,將其中的水放出,進(jìn)行除氟處理或返回氟鹽系統(tǒng);然后向其加入除氟處理后的中水進(jìn)行漂洗處理;將溶出池B中漂洗水放入到加新料的C溶解池。B溶解池完成漂洗后卸料與裝新料,卸料后接離心脫水,水含量到5%以下。
[0057]3)狀態(tài)3:A卸料與加料、B溶出、C漂洗。B池進(jìn)入溶解作業(yè),溶解水為溶解池A的漂洗水。C進(jìn)入漂洗狀態(tài),漂洗水為處理后的返回水。然后A卸料、進(jìn)行固液粗分離,加入新料。
[0058]系統(tǒng)進(jìn)入新一個輪回。
[0059]為了充分利用溶出水的余熱,溶出處理后的熱水與漂洗水采用管式換熱器換熱后調(diào)溫再進(jìn)入溶出處理池。
[0060]處理工藝如附圖1所示。處理后得到的產(chǎn)品指標(biāo)如下表3所示。
[0061]表3處理得到的主要技術(shù)指標(biāo)
[0062]
產(chǎn)品名稱碳質(zhì)材料中C品位(%) 可溶F- Cmg/L)
原廢舊陰極54?612200?3500
溶出處理后62?693 5?42
危險固廢界定標(biāo)準(zhǔn)
- 5()irm/L
(GB5085.3-1996)___:_
[0063](3)應(yīng)用結(jié)果
[0064]可實現(xiàn)廢舊陰極的無害化處理,便于儲存和進(jìn)一步處理利用。處理廢水實現(xiàn)了循環(huán)利用。處理后的陰極材料部分作為冶金增碳劑,部分作為燃料利用。
[0065]實施例3年產(chǎn)100萬噸的電解鋁的產(chǎn)業(yè)園區(qū)的應(yīng)用
[0066](I)基本情況
[0067]鋁產(chǎn)業(yè)園區(qū),年電解鋁生產(chǎn)能力100萬噸。采用200?350kA大型預(yù)焙槽電解技術(shù)和預(yù)焙陽極焙燒技術(shù)。年廢舊陰極產(chǎn)生量38000?46000噸。參考陰極成分如下:碳含量38?67 %,石墨化程度高達(dá)70?88 % ;電解質(zhì)組分含量為62?33 %。
[0068](2)應(yīng)用方式
[0069]對收集的廢舊陰極采用破碎、混勻后,進(jìn)行細(xì)碎,將廢舊陰極破碎至1mm以下(采用閉路破碎)。
[0070]設(shè)置3個溶出池(本別用A、B、C表示),分別處于溶出、漂洗、卸料與加料狀態(tài),交替作業(yè)。溶出處理溫度92-95°C,漂洗水為常溫水。溶出處理液固比為20-35。
[0071]I)狀態(tài)1:A溶出、B漂洗、C卸料與加料。廢舊陰極破碎料溶出池A進(jìn)行溶出處理,溶出用水為B池漂洗水,調(diào)節(jié)溶出濃度為50%,溶出時間I小時以上。C池處于出料和加料狀態(tài);
[0072]2)狀態(tài)2:A漂洗、B卸料與加料、C溶出。A溶出結(jié)束,將其中的水放出,進(jìn)行除氟處理或返回氟鹽系統(tǒng);然后向其加入除氟處理后的中水進(jìn)行漂洗處理;將溶出池B中漂洗水放入到加新料的C溶解池。B溶解池完成漂洗后卸料與裝新料,卸料后接離心脫水,水含量到5%以下。
[0073]3)狀態(tài)3:A卸料與加料、B溶出、C漂洗。B池進(jìn)入溶解作業(yè),溶解水為溶解池A的漂洗水。C進(jìn)入漂洗狀態(tài),漂洗水為處理后的返回水。然后A卸料、進(jìn)行固液粗分離,加入新料。
[0074]系統(tǒng)進(jìn)入新一個輪回。
[0075]為了充分利用溶出水的余熱,溶出處理后的熱水與漂洗水采用管式換熱器換熱后調(diào)溫再進(jìn)入溶出處理池。
[0076]處理工藝如附圖1所示。交替處理作業(yè)槽切換時序關(guān)系如表4所示??紤]到處理量比較大,溶出時間為4小時,其余工序時間不變。
[0077]表4交替處理作業(yè)槽切換時序關(guān)系
[0078]
累計時間,小時246810 12 14 16
A槽溶出溶出裝料、漂洗溶出溶出裝料、漂洗
加料加料
C槽漂洗溶出溶出裝料、漂洗溶出溶出裝料、
加料加料
B槽裝料、漂洗溶出溶出裝料、漂洗溶出溶出
加料加料
[0079]處理后得到的產(chǎn)品指標(biāo)如下表5所示。
[0080]表5處理得到的主要技術(shù)指標(biāo)
[0081] 廣品名稱碳質(zhì)材料中C品位(%) 可溶F- (mg/L)
原廢舊陰極54?612500?3200
溶出處理后62?6930?40
危險固廢界定標(biāo)準(zhǔn)?.—50mg/L
(GB5085.3-1996)"
[0082](3)應(yīng)用結(jié)果
[0083]可實現(xiàn)廢舊陰極的無害化處理,便于儲存和進(jìn)一步處理利用。處理廢水實現(xiàn)了循環(huán)利用。處理后含碳材料部分作為冶金輔料,部分用于浮選處理,分離碳和電解質(zhì)。
【權(quán)利要求】
1.一種廢舊陰極無害化處理與資源利用方法,其特征在于,方法包括: 破碎混勻處理:對廢舊陰極講行破碎混勻處理,得到廢舊陰極碎塊; 溶出處理:用水浸泡廢舊陰極碎塊; 固液分離:溶出處理后進(jìn)行固液分離得到溶出后的礦體和溶出水。
2.如權(quán)利要求1所述的廢舊陰極無害化處理與資源利用方法,其特征在于,廢舊陰極碎塊的粒度為O?10mm。
3.如權(quán)利要求1所述的廢舊陰極無害化處理與資源利用方法,其特征在于,溶出處理時間不低于2hr,溶出處理溫度為80?95°C,溶出處理液固比為20?45。
4.如權(quán)利要求1所述的廢舊陰極無害化處理與資源利用方法,其特征在于,所述溶出水作為回收氟化物的原料。
5.如權(quán)利要求1所述的廢舊陰極無害化處理與資源利用方法,其特征在于,對溶出后的礦體進(jìn)行漂洗。
6.如權(quán)利要求5所述的廢舊陰極無害化處理與資源利用方法,其特征在于,所述溶出處理和漂洗在3個溶出池中進(jìn)行,且3個溶出池分別處于溶出、漂洗、卸料與加料狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求5或6所述的廢舊陰極無害化處理與資源利用方法,其特征在于,漂洗產(chǎn)生的水用于溶出處理。
8.如權(quán)利要求7所述的廢舊陰極無害化處理與資源利用方法,其特征在于,對溶出水進(jìn)行除氟處理,除氟處理后的液體用于漂洗。
9.如權(quán)利要求8所述的廢舊陰極無害化處理與資源利用方法,其特征在于,溶出水與漂洗產(chǎn)生的水進(jìn)行熱交換。
【文檔編號】B09B3/00GK104162536SQ201410377437
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月1日
【發(fā)明者】趙俊學(xué), 張博, 賈柏林, 胡曉濱, 王榮軍, 施瑞盟, 唐雯聃, 鮑龍飛, 方釗 申請人:西安建筑科技大學(xué)