一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法，屬于鋁電解固廢處理技術領域。本發(fā)明將鋁電解槽廢槽襯破碎至粒徑≤15mm，在馬弗爐中200?400℃恒溫一定時間加熱除氰，除氰廢槽襯加入可溶無機鈣鹽水溶液中進行鹽浸處理，攪拌浸出后過濾，濾渣填埋或貯存處理，濾液作為鹽浸液回用。本發(fā)明具有低溫除氰徹底、可溶化合物溶出速率高、資源循環(huán)利用率高、二次污染率低、工藝流程短等優(yōu)勢，適于大規(guī)模工業(yè)化應用。
【專利說明】
一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法，屬于鋁電解固廢處理技術領域。
技術背景
[0002]鋁電解槽內(nèi)襯建構在鋼鐵框架中，由炭、碳化硅、耐火磚、保溫磚、硅酸鈣板等材料構成。生產(chǎn)過程中，槽內(nèi)襯不可避免地受到高溫電解質和鋁液、金屬鈉等物質的滲透腐蝕，導致內(nèi)襯結構發(fā)生變形、破裂，槽內(nèi)的鋁液和電解質從裂縫漏出。一般新槽使用3?6年后就需要停槽大修，產(chǎn)生的廢槽襯是鋁電解生產(chǎn)過程中最主要的固體廢棄物。數(shù)據(jù)表明，2015年中國原鋁產(chǎn)量約3141萬噸，廢槽襯排放量超90萬噸。
[0003 ] 鋁電解槽廢槽襯中可溶廠的溶出率約為6000mg/L，OO#出率約為I Omg/L?40mg/L，遠超《危險廢物鑒別標準通則》(2007)中《危險廢物鑒別標準腐蝕性鑒別》(GB5085.1-2007)和《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》(GB5085.3-2007)中F—和OHS出標準，屬于危險固體廢棄物。
[0004]鋁電解槽廢槽襯對生態(tài)環(huán)境危害很大，主要表現(xiàn)有:①含有較高水平的可溶氟化物和氰化物，可以污染地表水和地下水;②釋放有毒氣體(NH3、HF、HCN等)污染大氣，使動物骨骼和植物組織變黑壞死，影響農(nóng)業(yè)生態(tài)平衡。
[0005]廢槽襯處理是當前鋁冶金領域面臨的重大難題，如何高效合理、環(huán)保經(jīng)濟地處理鋁電解槽廢槽襯是亟需攻克的行業(yè)難關，業(yè)內(nèi)專家學者和生產(chǎn)一線人員對此進行了多方面探索研究。
[0006]專利CN1895803A公開了一種處理鋁電解槽廢槽襯的方法:將廢槽襯破碎，加入粉煤灰、生石灰均勻混合磨細至粒度小于0.074mm后制團，在900°C?IlOOcC溫度下焙燒30?90分鐘;焙燒后物料磨細至粒度小于0.074mm，用濃度為0.5 %?5%的石灰水浸出殘余的可溶廠過濾，所得濾液可作為純堿工業(yè)和氧化鋁工業(yè)的原料，濾渣可作為水泥工業(yè)和耐火材料工業(yè)的原料。
[0007]專利CN101306798A公開了一種以煤為催化劑處理鋁電解槽廢槽襯的方法，涉及一種鋁電解生產(chǎn)過程中廢棄的電解槽內(nèi)襯(廢槽襯)，特別是包括廢陰極炭塊、廢耐火材料在內(nèi)的所有廢槽襯的無害化處理方法。其處理過程包括:(I)將廢槽襯破碎成粒度小于2mm的顆粒料；(2)在廢槽襯中配入粒度小于2_的煤、石灰石和粉煤灰，混和均勻；(3)將混合料在850°C_1150°C溫度下，焙燒60-120min;(4)焙燒煙氣進入干法凈化系統(tǒng)回收HF;焙燒處理后的固體料用作水泥原料或填土材料。
[0008]專利CN1583301A公開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。
[0009]專利CN101147913A公開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:(I)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Imm; (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900-1200°C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。
[0010]專利CN101440500A公開了一種電解鋁大修槽產(chǎn)生的廢陰極碳塊的處置方法，將電解槽大修產(chǎn)生廢渣中分選出來的廢陰極碳塊用機械破碎成粉料后，加入氧化鋁廠燒結法系統(tǒng)中進行配料，然后與生料漿一起進入燒成車間回轉窯中進行熟料燒結。
[0011]專利CN1785537A公開了一種鋁電解槽廢舊陰極炭塊無害化處理的方法，涉及一種電解生產(chǎn)金屬鋁過程中廢棄的內(nèi)襯材料的炭陰極部分，特別是包括廢底部炭塊、廢側部炭塊和廢陰極糊在內(nèi)的所有陰極材料(不包括耐火材料)的無害化處理工藝。其特征在于其處理過程是將鋁電解槽廢陰極炭塊進行焙燒處理后，再進行濕法分解處理。本發(fā)明的方法以廢陰極炭塊為原料，以富含S12和Al2O3的工業(yè)廢料粉煤灰為反應分散劑，進行焙燒處理后再用硫酸和石灰常溫分解，最終產(chǎn)物為AlF3、含CaF2、S12和Al2O3物料和NaOH溶液，使廢陰極炭塊完全無害化又可有效回收陰極炭塊中高附加值氟化鹽。
[0012]填埋和貯存仍是當前鋁電解槽廢槽襯主要處理方式。鋁電解槽廢槽襯富含炭和電解質，未來隨著綜合回收利用工藝的創(chuàng)新和提升，貯存的廢槽襯將會是一種具有高價值的可回收資源。現(xiàn)有的鋁電解槽廢槽襯無害化處理都是對廢舊槽襯進行高溫焙燒，使得廢槽襯中的有價物質炭燃燒損失，斷絕了廢槽襯貯存待綜合回收處理的可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法。
[0014]本發(fā)明一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法，包括以下步驟:
[0015]步驟一
[0016]將鋁電解槽廢槽襯破碎，得到備用顆粒，所述備用顆粒的粒徑
[0017]步驟二
[0018]將步驟一所得備用顆粒加熱至200-400°C，保溫一段時間后加入含鈣水溶液中攪拌浸出。
[0019]本發(fā)明一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法，將步驟一所得備用顆粒加熱至200-400 0C，并保溫20-90min。
[0020]本發(fā)明一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法，所述含鈣水溶液中，Ca2+的濃度為5-20g/Lo
[0021 ]本發(fā)明一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法，所述含鈣水溶液中，Ca2+由CaCl2、Ca3(N03)2、CaBr2、Ca(C104)2 中的至少一種提供。
[0022]本發(fā)明一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法，將步驟一所得備用顆粒加熱至200-4000C，保溫20-90min后按液固質量比10-30:1加入含鈣水溶液中進行浸出。
[0023]本發(fā)明一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法，浸出時，控制攪拌速度為100-500r/mino
[0024]本發(fā)明一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法，浸出時，控制浸出時間為60-240min，優(yōu)先浸出時間為90-150min。
[0025]本發(fā)明一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法，浸出后，過濾，濾液返回步驟二重復利用。
[0026]本發(fā)明一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法，浸出后，過濾，濾液也可經(jīng)蒸發(fā)結晶，析出鈉鹽。
[0027]本發(fā)明一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法，將步驟一所得備用顆粒加熱至200-4000C，保溫20-90min后不需冷卻直接加入含鈣水溶液中進行浸出。
[0028]本發(fā)明一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法，過濾所得濾渣完全達到國家環(huán)保標準，可以采用填埋或貯存處理的方式進行處理。
[0029]本發(fā)明一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法，通過200-400°C加熱除去氰化物；加熱除氰主要化學反應為:
[0030]NaCN+02^Na20+C02T+N2T+N0x
[0031]物料不冷卻直接加入可提高鹽浸液溫度，加快反應速率。
[0032]浸出時，其主要反應為:
[0033]Ca2++2F^CaF2 丄
[0034]原理和優(yōu)勢
[0035]本發(fā)明通過低溫加熱和鹽浸的協(xié)同作用實現(xiàn)了高效率、低污染、無害化地處理鋁電解廢槽襯。具體表現(xiàn)為:
[0036]1.通過對鋁電解槽廢槽襯低溫加熱處理，分解去除了廢槽襯中含有的氰化物，其加熱溫度遠低于現(xiàn)有鋁電解廢槽襯火法處理技術中的溫度。
[0037]2.鈣鹽溶液鹽浸處理廢槽襯，將廢槽襯中可溶氟化物轉化為CaF2沉淀，廢槽襯填埋和貯存處理對地表水、地下水不構成污染。
[0038]3.鹽浸濾液可循環(huán)使用，并可蒸發(fā)結晶得到鈉鹽，不產(chǎn)生二次污染。
[0039]4.處理后的廢槽襯有價物質未遭到破壞，可貯存待進一步處理。由于采用低溫加熱的方式，有利于炭和電解質等物質的回收再利用。
[0040]總之，本發(fā)明通過各工序及相關參數(shù)的協(xié)同作用，實現(xiàn)了鋁電解廢槽襯的高效無害化處理，保留了廢槽襯中有價物質進一步回收利用的空間。
【具體實施方式】
[0041]下面結合具體實施例作進一步說明，但本發(fā)明并不因此而受到任何限制。
[0042]本發(fā)明實施例和對比例中按《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別GB5085.3—2007》檢測方法測得待檢測物中可溶氰化物浸出濃度以及可溶氟化物的浸出濃度，同時按照其標準評價是否污染環(huán)境。
[0043]實施例1
[0044]取國內(nèi)某廠鋁電解槽廢槽襯1g，按《GB5085.3—2007》中檢測方法測得其中可溶氰化物浸出液濃度33.8mg/L、可溶氟化物浸出液濃度4650mg/L，將其破碎至15mm以下，平鋪在9cmX6cm的平底方形瓷舟中。將盛有廢槽襯粉料的瓷舟放入馬弗爐中，加熱升溫至400°C后保溫60min，隨后取出瓷舟將廢槽襯粉料加入盛有150mlCaCl2溶液的燒杯中攪拌溶解120min，攪拌速率400r/min，溶液中Ca2+濃度10g/L。過濾分離，測得濾渣中可溶氰化物和氟化物浸出液濃度分別為3.9mg/L、79mg/L，均滿足國家環(huán)保要求。
[0045]對比例I
[0046]取國內(nèi)某廠鋁電解槽廢槽襯1g，按《GB5085.3—2007》中檢測方法測得其中可溶氰化物浸出液濃度33.8mg/L、可溶氟化物浸出液濃度4650mg/L，將其破碎至30mm以下，平鋪在9cmX6cm的平底方形瓷舟中。將盛有廢槽襯粉料的瓷舟放入馬弗爐中，加熱升溫至400°C后保溫60min，隨后取出瓷舟將廢槽襯粉料加入盛有150mlCaCl2溶液的燒杯中攪拌溶解120min，攪拌速率400r/min，溶液中Ca2+濃度10g/L。過濾分離，測得濾渣中可溶氰化物和氟化物浸出液濃度分別為4.3mg/L、175mg/L。浸出液中可溶氟化物濃度不能滿足國家環(huán)保要求，處理后的物料仍對環(huán)境存在威脅。
[0047]對比例2
[0048]取國內(nèi)某廠鋁電解槽廢槽襯1g，按《GB5085.3—2007》中檢測方法測得其中可溶氰化物浸出液濃度33.8mg/L、可溶氟化物浸出液濃度4650mg/L，將其破碎至15mm以下，將廢槽襯粉料加入盛有150mlCaCl2溶液的燒杯中攪拌溶解120min，攪拌速率400r/min，溶液中Ca2+濃度10g/L ο過濾分離，測得濾渣中可溶氰化物和氟化物浸出液濃度分別為27.7mg/L、95mg/L。浸出液中可溶氰化物濃度不能滿足國家環(huán)保要求，處理后的物料仍對環(huán)境存在威脅。
[0049]對比例3
[0050]取國內(nèi)某廠鋁電解槽廢槽襯1g，按《GB5085.3—2007》中檢測方法測得其中可溶氰化物浸出液濃度33.8mg/L、可溶氟化物浸出液濃度4650mg/L，將其破碎至15mm以下，平鋪在9cmX6cm的平底方形瓷舟中。將盛有廢槽襯粉料的瓷舟放入馬弗爐中，加熱升溫至400°C后保溫60min，隨后取出瓷舟將廢槽襯粉料倒入盛有150ml水的燒杯中攪拌溶解120min，攪拌速率400r/min。過濾分離，測得濾渣中可溶氰化物和氟化物浸出液濃度分別為4.7mg/L、3896mg/L。浸出液中可溶氟化物濃度不能滿足國家環(huán)保要求，處理后的物料仍對環(huán)境存在威脅。
[0051 ] 實施例2
[0052]取國內(nèi)某廠鋁電解槽廢槽襯10g，按《GB5085.3—2007》中檢測方法測得其中可溶氰化物浸出液濃度27.1mg/L、可溶氟化物浸出液濃度4924mg/L，將其破碎至15mm以下，平鋪在9cmX6cm的平底方形瓷舟中。將盛有廢槽襯粉料的瓷舟放入馬弗爐中，加熱升溫至400°C后保溫60min，隨后取出瓷舟將廢槽襯粉料加入盛有150mlCaCl2溶液的燒杯中攪拌溶解240min，攪拌速率100r/min，溶液中Ca2+濃度20g/L。過濾分離，測得濾渣中可溶氰化物和氟化物浸出液濃度分別為1.6mg/L、77mg/L，均滿足國家環(huán)保要求。
[0053]實施例3
[0054]取國內(nèi)某廠鋁電解槽廢槽襯1g，按《GB5085.3—2007》中檢測方法測得其中可溶氰化物浸出液濃度15.8mg/L、可溶氟化物浸出液濃度327 lmg/L，將其破碎至15mm以下，平鋪在9cmX6cm的平底方形瓷舟中。將盛有廢槽襯粉料的瓷舟放入馬弗爐中，加熱升溫至200°C后保溫20min，隨后取出瓷舟將廢槽襯粉料加入盛有300mlCaCl2溶液的燒杯中攪拌溶解60min，攪拌速率400r/min，溶液中Ca2+濃度5g/L。過濾分離，測得濾渣中可溶氰化物和氟化物浸出液濃度分別為2.lmg/L、69mg/L，均滿足國家環(huán)保要求。
[0055]實施例4
[0056]取國內(nèi)某廠鋁電解槽廢槽襯1g，按《GB5085.3—2007》中檢測方法測得其中可溶氰化物浸出液濃度35.5mg/L、可溶氟化物浸出液濃度5688mg/L，將其破碎至15mm以下，平鋪在9cmX6cm的平底方形瓷舟中。將盛有廢槽襯粉料的瓷舟放入馬弗爐中，加熱升溫至400°C后保溫90min，隨后取出瓷舟將廢槽襯粉料加入盛有10mlCaCl2溶液的燒杯中攪拌溶解180min，攪拌速率500r/min，溶液中Ca2+濃度10g/L。過濾分離，測得濾渣中可溶氰化物和氟化物浸出液濃度分別為4.7mg/L、94mg/L，均滿足國家環(huán)保要求。
【主權項】
1.一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一 將鋁電解槽廢槽襯破碎，得到備用顆粒，所述備用顆粒的粒徑 步驟二 將步驟一所得備用顆粒加熱至200-400°C，保溫一定時間后加入含鈣水溶液中攪拌浸出。2.根據(jù)權利要求1所述的一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法，其特征在于，將步驟一所得備用顆粒加熱至200-400°C，保溫20-90min。3.根據(jù)權利要求1所述的一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法，其特征在于，所述含鈣水溶液中，Ca2+的濃度為5-20g/L。4.根據(jù)權利要求1所述的一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法，其特征在于，所述含鈣水溶液中，Ca2+由CaCl2、Ca3(N03)2、CaBr2、Ca(C104)2中的至少一種提供。5.根據(jù)權利要求1所述的一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法，其特征在于，將步驟一所得備用顆粒加熱至200-400°C，保溫20-90min后按液固質量比10-30:1加入含鈣水溶液中進行浸出。6.根據(jù)權利要求1所述的一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法，其特征在于，浸出時，控制攪拌速度為100-500r/min。7.根據(jù)權利要求1所述的一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法，其特征在于，浸出時，控制浸出時間為60-240min。8.根據(jù)權利要求1所述的一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法，其特征在于:浸出后，過濾，濾液返回步驟二重復利用。9.根據(jù)權利要求1所述的一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法，其特征在于:浸出后，過濾，濾液經(jīng)蒸發(fā)結晶，析出鈉鹽。10.根據(jù)權利要求1所述的一種無害化處理鋁電解槽廢槽襯的方法，其特征在于:將步驟一所得備用顆粒加熱至200-400°C，保溫20-90min后不需冷卻直接加入含鈣水溶液中進行浸出。
【文檔編號】B09B3/00GK105964660SQ201610367037
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】肖勁, 袁杰, 田忠良, 楊凱, 仲奇凡, 賴延清, 李劼
【申請人】中南大學