本發(fā)明涉及固體廢物處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于處置電解鋁廢陰極的高溫連續(xù)式處理方法，具體涉及一種能耗小、成本低、無害化處理徹底且能有效提高電解鋁廢陰極炭塊的處理效率和資源化利用效率的用于處置電解鋁廢陰極的高溫連續(xù)式處理方法。

背景技術(shù)：

電解鋁陰極以煅燒無煙煤、冶金焦、石墨等為骨料，煤瀝青等黏結(jié)劑制成的，主要用于制作鋁電解槽炭質(zhì)內(nèi)襯的塊類或糊類碳素制品。鋁電解過程中，陰極上發(fā)生的主要反應(yīng)是熔于冰晶石(Na2AIFeNa2AIF6)中的AI3+被還原成液態(tài)金屬鋁，匯積于炭質(zhì)槽底表面，鋁液和炭質(zhì)槽底均為電解槽的導(dǎo)電陰極。由于電解質(zhì)熔體中有各種氟化物、雜質(zhì)，在電場的作用下電解產(chǎn)生的熔鹽對陰極炭塊發(fā)生侵蝕和沖刷等作用，加上熱應(yīng)力的作用，使陰極材料發(fā)生變形、隆起、斷裂，甚而破損為廢陰極。

電解鋁廢陰極是含有20-40％左右氟化物，微量氰化物的危險廢物，由于其氟化物及氰化物容易水解，因此如不進行有效處置，遇到雨淋、水浸容易造成嚴重的環(huán)境污染。2014年我國電解鋁產(chǎn)量達到了2200多萬噸，世界電解鋁產(chǎn)量達到了5000多萬噸。隨著電解鋁產(chǎn)量的增加，電解鋁產(chǎn)生的廢陰極日益增加。目前，我國電解鋁行業(yè)每年產(chǎn)生的廢陰極達到了20萬噸，有400多萬噸的累積堆存。由于目前國內(nèi)外缺乏先進的電解鋁廢陰極無害化處置及資源化利用技術(shù)，電解鋁企業(yè)普遍采用的掩埋處理方法造成了環(huán)境極大污染和資源極大浪費。

目前，現(xiàn)有的處置電解鋁廢陰極主要采用濕法和燃燒法、填埋法，其中濕法得到的碳粉價值不高，資源化利用效率低；燃燒法存在分離方法繁瑣、加熱時間長、能耗大且不能有效回收其中的氟化物；因此主要采用高成本的填埋法，但是由于大部分企業(yè)不能按照危險廢物的處置方式進行無害化填埋，因此電解鋁廢陰極的環(huán)境污染問題一直沒有得到有效解決。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是：提供一種能耗小、成本低、無害化處理徹底且能有效提高電解鋁廢陰極炭塊的處理效率和資源化利用效率的用于處置電解鋁廢陰極的高溫連續(xù)式處理方法，以解決現(xiàn)有的電解鋁廢陰極炭塊處理方法存在成本高、能耗大、且不能達到無害化徹底處理效果的問題。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于處置電解鋁廢陰極的高溫連續(xù)式處理方法，用于對電解鋁廢陰極碳塊進行處理并同步獲得碳素制品及氟化鹽，具體包括如下操作步驟：

S1、破碎：將所述電解鋁廢陰極碳塊破碎，得到電解鋁廢陰極顆粒料；

S2、混合或捏合：將步驟S1中的所述電解鋁廢陰極顆粒料與瀝青捏合或與電解鋁廢陽極顆粒料或與煅后石油焦顆粒料或與電解鋁廢陽極顆粒料及煅后石油焦顆粒料分別按一定的比例混合，得到混合料；

S3、煅燒：將步驟S2中的所述混合料進行高溫煅燒，分別得到高溫電鍛煙氣及電解鋁廢陰極碳粒；

S4、煙氣捕收：將步驟S3中的所述高溫電鍛煙氣依次通過復(fù)燃室、冷卻室處理后，通過煙氣捕收裝置獲取所述氟化鹽；

S5、碳粒收集：將步驟S3中的所述電解鋁廢陰極碳粒冷卻，得到所述碳素制品。

其中，在步驟S2中，所述與瀝青按一定的比例混合的電解鋁廢陰極顆粒料的粒徑不大于3mm，且通過與所述瀝青捏合成粒徑范圍為3-50mm的混合料。

其中，在步驟S2中，所述與電解鋁廢陽極顆粒料或與煅后石油焦顆粒料或與電解鋁廢陽極顆粒料及煅后石油焦顆粒料分別按一定的比例混合的電解鋁廢陰極顆粒料的粒徑范圍為3-100mm；所述電解鋁廢陽極顆粒料的粒徑范圍為3-100mm。

其中，在步驟S3中，還包括將步驟S1中的所述電解鋁廢陰極顆粒料進行高溫煅燒，分別得到高溫電鍛煙氣及電解鋁廢陰極碳粒。

其中，在步驟S3中，所述高溫煅燒的溫度不低于2000°。

其中，在步驟S4中，所述高溫電鍛煙氣通過復(fù)燃室進行二次燃燒，使得碳粉、碳末及冰晶石完全燃燒，揮發(fā)出其中的氟化物并分解其中的氰化物為氮化物。

其中，所述復(fù)燃室的出口處還設(shè)有煙氣冷卻室及捕收裝置，所述煙氣冷卻室的溫度可調(diào)節(jié)且與所述捕收裝置相配合，以實現(xiàn)對所述高溫電鍛煙氣中的氟化物及氮化物進行梯度回收。

其中，所述煙氣冷卻室的出口處還設(shè)有收塵裝置，經(jīng)所述煙氣冷卻室處理后的剩余氣體進入收塵裝置進行處理，得到潔凈空氣，并通過管路直接排入大氣。

其中，在步驟S5中，所述電解鋁廢陰極碳粒先經(jīng)過緩冷室冷卻后，再進入冷卻室冷卻，且所述冷卻室的出口處依次連接有出料裝置及碳素制品回收裝置。

其中，在進行步驟S4的同時進行步驟S5。

(三)有益效果

本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點：本發(fā)明提供了一種用于處置電解鋁廢陰極的高溫連續(xù)式處理方法，用于對電解鋁廢陰極碳塊進行處理并同步獲得碳素制品及氟化鹽，具體包括：S1、破碎：將電解鋁廢陰極碳塊破碎，得到電解鋁廢陰極顆粒料；S2、混合或捏合：將步驟S1中的電解鋁廢陰極顆粒料與瀝青捏合或與電解鋁廢陽極顆粒料或與煅后石油焦顆粒料或與電解鋁廢陽極顆粒料及煅后石油焦顆粒料分別按一定的比例混合，得到混合料；S3、煅燒：將步驟S2中的混合料進行高溫煅燒，分別得到高溫電鍛煙氣及電解鋁廢陰極碳粒；S4、煙氣捕收：將步驟S3中的高溫電鍛煙氣依次通過復(fù)燃室、冷卻室處理后，通過煙氣捕收裝置獲取氟化鹽；S5、碳粒收集：將步驟S3中的電解鋁廢陰極碳粒冷卻，得到碳素制品。本申請對電解鋁廢陰極炭塊進行高溫煅燒得到的高溫電鍛煙氣及電解鋁廢陰極碳粒分別進行處理，進而得到高品質(zhì)的氟化鹽及碳素制品，該處理方法操作方便，且具有能耗小、成本低、無害化處理徹底的特點，同時也能有效提高電解鋁廢陰極炭塊的處理效率和資源化利用效率，實用性強，利于進行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)及推廣。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的高溫連續(xù)式處理方法的具體操作步驟流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明提供了一種用于處置電解鋁廢陰極的高溫連續(xù)式處理方法，用于對電解鋁廢陰極碳塊進行處理并同步獲得碳素制品及氟化鹽，具體包括如下操作步驟：

S1、破碎：將電解鋁廢陰極碳塊破碎，得到電解鋁廢陰極顆粒料；

S2、混合或捏合：將步驟S1中的電解鋁廢陰極顆粒料與瀝青捏合或與電解鋁廢陽極顆粒料或與煅后石油焦顆粒料或與電解鋁廢陽極顆粒料及煅后石油焦顆粒料分別按一定的比例混合，得到混合料；在本實施例中，還設(shè)有包括提升機的上料裝置，上料裝置用于將混合料輸送至煅燒系統(tǒng)內(nèi)進行高溫煅燒；

S3、煅燒：將步驟S2中的混合料進行高溫煅燒，分別得到高溫電鍛煙氣及電解鋁廢陰極碳粒；其中，本實施例中的高溫煅燒設(shè)備為封閉的電煅爐，電煅爐的頂部設(shè)有進料裝置，步驟S2中的混合料通過提升機將混合料輸送至進料裝置中，并通過進料管路進入電煅爐的爐體內(nèi)進行高溫煅燒工序，進而得到高溫電鍛煙氣及電解鋁廢陰極碳粒；

S4、煙氣捕收：將步驟S3中的高溫電鍛煙氣依次通過復(fù)燃室、冷卻室處理后，通過煙氣捕收裝置獲取氟化鹽；經(jīng)過電煅爐高溫煅燒后，得到的高溫電鍛煙氣中帶有碳粉、碳末及冰晶石等未完全燃燒的物質(zhì)，由此會產(chǎn)生下述問題：其一，極易堵塞管路，不利于維護整個生產(chǎn)流程的正常作業(yè)；其二，會影響后續(xù)電解質(zhì)回收的品質(zhì)。在本實施例中，通過復(fù)燃室對上述未完全燃燒物質(zhì)進行二次燃燒，后續(xù)通過冷卻室及煙氣捕收裝置，以獲取高品質(zhì)的氟化鹽。

S5、碳粒收集：將步驟S3中的電解鋁廢陰極碳粒冷卻，冷卻后的物料即為高品質(zhì)的碳素制品。

本申請對電解鋁廢陰極炭塊進行高溫煅燒得到的高溫電鍛煙氣及電解鋁廢陰極碳粒分別進行處理，進而得到高品質(zhì)的氟化鹽及碳素制品，該處理方法操作方便，且具有能耗小、成本低、無害化處理徹底的特點，同時也能有效提高電解鋁廢陰極炭塊的處理效率和資源化利用效率，實用性強，利于進行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)及推廣。

優(yōu)選地，在步驟S2中，與瀝青按一定的比例混合的電解鋁廢陰極顆粒料的粒徑不大于3mm，且采用碳素捏合系統(tǒng)通過與瀝青捏合成粒徑范圍為3-50mm的混合料。其中，與瀝青捏合成粒徑范圍為3-50mm的混合料還可與電解鋁廢陽極顆粒料及煅后石油焦顆粒料按一定的比例混合，并進行高溫煅燒，以獲取高品質(zhì)的碳素制品及氟化鹽。

優(yōu)選地，在步驟S2中，與電解鋁廢陽極顆粒料或與煅后石油焦顆粒料或與電解鋁廢陽極顆粒料及煅后石油焦顆粒料分別按一定的比例混合的電解鋁廢陰極顆粒料的粒徑范圍為3-100mm；電解鋁廢陽極顆粒料的粒徑范圍為3-100mm。

進一步地，在步驟S3中，還包括將步驟S1中的電解鋁廢陰極顆粒料進行高溫煅燒，分別得到高溫電鍛煙氣及電解鋁廢陰極碳粒。其中，電解鋁廢陰極顆粒料的粒徑范圍為3-100mm。

優(yōu)選地，在步驟S3中，高溫煅燒的溫度不低于2000°。電解鋁廢陰極中的氟化物、金屬鈉、氧化鋁等呈高溫氣體揮發(fā)，卸出電煅爐的碳素產(chǎn)品固定碳含量提高到95％以上；揮發(fā)氣體中的氟化物、碳酸鈉等通過回收裝置捕收，最終獲取高品質(zhì)的氟化鹽。

在步驟S4中，高溫電鍛煙氣通過復(fù)燃室進行二次燃燒，使得碳粉、碳末及冰晶石完全燃燒，揮發(fā)出其中的氟化物并分解其中的氰化物為氮化物。其中，復(fù)燃室的溫度控制在1000-1300℃，復(fù)燃室用于對在電煅爐內(nèi)未完全燃燒的雜質(zhì)(比如炭粉、冰晶石等)進行再次燃燒，降低煙氣中碳的含量，提高所回收氟化鹽的純度，同時也起到了防止碳粉或冰晶石等固體雜質(zhì)堵塞管道的作用。

進一步地，復(fù)燃室的出口處還設(shè)有煙氣冷卻室及捕收裝置，煙氣冷卻室的溫度可調(diào)節(jié)且與捕收裝置相配合，以實現(xiàn)對高溫電鍛煙氣中的氟化物及氮化物進行梯度回收。其中，高溫電鍛煙氣除了氟化物及氮化物，還包括氯化物、硫、鐵或硅產(chǎn)生的蒸汽，通過煙氣冷卻室及與煙氣冷卻室相配合的捕收裝置(即電解捕收裝置)，根據(jù)上述氣體的液化溫度，依次對氟化物、氯化物、氮化物、硫、鐵或硅產(chǎn)生的蒸汽進行梯度回收，以得到高品質(zhì)的氟化鹽。在本實施例中，為避免高溫電鍛煙氣的熱量流失，復(fù)燃室內(nèi)設(shè)有至少一個加熱噴嘴。具體地，加熱噴嘴的數(shù)量及設(shè)置方位均可根據(jù)實際實施條件來選擇。

進一步地，為實現(xiàn)無害化生產(chǎn)，煙氣冷卻室的出口處還設(shè)有收塵裝置，經(jīng)煙氣冷卻室處理后的剩余氣體進入收塵裝置進行處理，得到潔凈空氣，并通過管路直接排入大氣，從而實現(xiàn)了無害化處理的目的。其中，收塵裝置可以為重力式收塵裝置或布袋收塵裝置或重力式收塵裝置與布袋收塵裝置相結(jié)合的收塵裝置。特別的，收塵裝置并不僅局限于上述收塵裝置，也可以為旋風(fēng)收塵裝置或濕式收塵裝置或靜電收塵裝置或脫硫收塵裝置等。

在步驟S5中，電解鋁廢陰極碳粒先經(jīng)過緩冷室冷卻后，再進入冷卻室冷卻，且冷卻室的出口處依次連接有出料裝置及碳素制品回收裝置。緩冷室用于將高溫煅燒后的電解鋁廢陰極碳粒緩慢冷卻到常溫，再進入冷卻室進行進一步地冷卻作業(yè)，不僅有利于節(jié)約冷卻室的能耗，提高了生產(chǎn)效率，而且還有利于處理后的產(chǎn)品性能均勻、品質(zhì)穩(wěn)定。

特別的，為進一步地提高生產(chǎn)效率，在進行步驟S4的同時進行步驟S5。

具體地，本發(fā)明提供的高溫連續(xù)式處理方法，電解鋁廢陰極中氟化物揮發(fā)成氣體，氰化物分解成氮的氧化物氣體和水氣體，金屬鈉反應(yīng)成碳酸鈉氣體，上述氣體通過在煙氣捕收步驟中獲取。處理得到的碳素材料固定碳含量大于95％，可以用做煉鋼增碳劑、鑄造增碳劑、電解鋁陰極、電解鋁陽極、再生石墨材料、導(dǎo)電材料、涂料等。煙氣處理得到的主要含氟化物、碳酸鈉的混合物可以在經(jīng)過氫氟酸處理得到氟化物含量達90％以上的工業(yè)氟化鹽，主要成分為氟化鈉，主要用于電解鋁作為電解質(zhì)，也可以用于涂裝工業(yè)中作磷化促進劑，使磷化液穩(wěn)定，磷化細化，改良磷化膜性能，木材防腐劑、農(nóng)業(yè)殺蟲劑、釀造業(yè)殺菌劑、醫(yī)藥防腐劑、焊接助焊劑、堿性鋅酸鹽鍍鋅添加劑及搪瓷、造紙業(yè)等。

在本實施例中，對電解鋁廢陰極碳塊進行處理并同步獲得碳素制品及氟化鹽主要包括下述四種工況，具體為：

工況1：首先將電解鋁廢陰極碳塊處理為粒徑在0-3mm的電解鋁廢陰極碳粉，按2:1比例與瀝青混合，采用碳素捏合系統(tǒng)將廢陰極碳粉捏合成3-50mm顆粒料；然后進入高溫區(qū)可以達到2400-2600℃的立式連續(xù)化電煅爐焙燒系統(tǒng)中焙燒5h，得到的碳素產(chǎn)品從立式連續(xù)化電煅爐中的下部卸出，固定碳含量達到95-97％，石墨化度達到80-82％；高溫?zé)煔鈴碾婌褷t上部空腔排出，經(jīng)過煙氣處理系統(tǒng)，主要包括復(fù)燃、冷卻、收塵及捕收工序；經(jīng)收塵處理后的煙氣經(jīng)過脫硫脫硝排入大氣。其中，收塵產(chǎn)品為氟化物含量約為55％、碳酸鈉含量約為45％的混合物。

工況2：首先將電解鋁廢陰極碳塊處理為粒徑在8-50mm的電解鋁廢陰極顆粒料，并將其與粒徑為8-50mm的電解鋁廢陽極顆粒料進行充分混合，加入到高溫區(qū)溫度可以達到2600-2800℃的立式連續(xù)化電煅爐中，經(jīng)過6小時高溫煅燒，得到的碳素產(chǎn)品從立式連續(xù)化電煅爐中的下部卸出，固定碳含量達到98-99％，石墨化度達到80-85％；高溫?zé)煔鈴碾婌褷t上部空腔排出，然后經(jīng)過煙氣處理系統(tǒng)，主要包括復(fù)燃、冷卻、收塵及捕收工序；經(jīng)收塵處理后的煙氣經(jīng)過脫硫脫硝排入大氣。其中，收塵產(chǎn)品為氟化物含量約為55％、碳酸鈉含量約為45％的混合物。

工況3：首先將電解鋁廢陰極碳塊處理為粒徑在8-50mm的電解鋁廢陰極顆粒料，并將其與粒徑為8-50mm的煅后石油焦混合，加入到高溫區(qū)溫度可以達到2300-2500℃的立式連續(xù)化電煅爐焙燒系統(tǒng)中，經(jīng)過7小時高溫煅燒，得到的碳素顆粒從立式連續(xù)化電煅爐中的下部卸出，固定碳含量達到98-99％，石墨化度達到80-85％；高溫?zé)煔鈴碾婌褷t上部空腔排出，經(jīng)過煙氣處理系統(tǒng)，主要包括復(fù)燃、冷卻、收塵及捕收工序；經(jīng)收塵處理后的煙氣經(jīng)過脫硫脫硝排入大氣。其中，收塵產(chǎn)品為氟化物含量約為55％、碳酸鈉含量約為45％的混合物。

工況4：首先將電解鋁廢陰極碳塊處理為粒徑在0-3mm的電解鋁廢陰極碳粉，按2:1比例與瀝青混合，采用碳素捏合系統(tǒng)將廢陰極碳粉捏合成3-50mm顆粒料；并將3-50mm顆粒料與粒徑為8-50mm的電解鋁廢陽極顆粒料及粒徑為8-50mm的煅后石油焦，按照1:1:2比例混合加入到高溫區(qū)溫度可以達到2300-2500℃的立式連續(xù)化電煅爐中，經(jīng)過7小時高溫煅燒，得到的碳素顆粒從立式連續(xù)化電煅爐中的下部卸出，固定碳含量達到98-99％，石墨化度達到80-85％；高溫?zé)煔鈴碾婌褷t上部空腔排出，經(jīng)過煙氣處理系統(tǒng)，主要包括復(fù)燃、冷卻、收塵及捕收工序；經(jīng)收塵處理后的煙氣經(jīng)過脫硫脫硝排入大氣。其中，收塵產(chǎn)品為氟化物含量約為55％、碳酸鈉含量約為45％的混合物。

綜上所述，本發(fā)明提供了一種用于處置電解鋁廢陰極的高溫連續(xù)式處理方法，用于對電解鋁廢陰極碳塊進行處理并同步獲得碳素制品及氟化鹽，具體包括：S1、破碎：將電解鋁廢陰極碳塊破碎，得到電解鋁廢陰極顆粒料；S2、混合或捏合：將步驟S1中的電解鋁廢陰極顆粒料與瀝青捏合或與電解鋁廢陽極顆粒料或與煅后石油焦顆粒料或與電解鋁廢陽極顆粒料及煅后石油焦顆粒料分別按一定的比例混合，得到混合料；S3、煅燒：將步驟S2中的混合料進行高溫煅燒，分別得到高溫電鍛煙氣及電解鋁廢陰極碳粒；S4、煙氣捕收：將步驟S3中的高溫電鍛煙氣依次通過復(fù)燃室、冷卻室處理后，通過煙氣捕收裝置獲取氟化鹽；S5、碳粒收集：將步驟S3中的電解鋁廢陰極碳粒冷卻，得到碳素制品。本申請對電解鋁廢陰極炭塊進行高溫煅燒得到的高溫電鍛煙氣及電解鋁廢陰極碳粒分別進行處理，進而得到高品質(zhì)的氟化鹽及碳素制品，該處理方法操作方便，且具有能耗小、成本低、無害化處理徹底的特點，同時也能有效提高電解鋁廢陰極炭塊的處理效率和資源化利用效率，實用性強，利于進行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)及推廣。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。