一种电解铝行业废阴极炭块的重利用方法及成焦剂与流程

1.本发明属于焦炭炼焦技术领域，具体涉及一种电解铝行业废阴极炭块的重利用方法及成焦剂。


背景技术：

2.据统计数据，2020年，中国铝材产量累计5779.3万吨，同比增长8.6％，电解铝产量累计3708.0万吨，同比增长4.9％。根据工业铝电解槽的氟平衡调查统计结果：通常情况下,每生产1t电解铝将产生约25kg废碳素材料(其中废阴极碳块约占55％)。目前,除去新产生的废材料，还有20多万吨的累积堆存，所以有大量的废阴极炭块需要去处理。电解铝厂大多采用露天堆放或直接土壤填埋的方法处理电解铝固体废弃物,不仅占用了大量土地,而且其中含有的可溶性氟化物、氰化物还会随雨水流人江河,渗人地下污染土壤和地下水、地表水,对周围生态环境、人类健康和动植物生长造成极大危害。
3.传统的处理废阴极炭块的方法是湿法和火法，湿法处理的优缺点是能实现废阴极炭块中的高价值的石墨重复利用，缺点是耗资大，处理量少，社会效益低；火法处理的优缺点是利用高温简单有效的处理废阴极炭块，但不能把废阴极炭块中的高价值的石墨利用，社会效益低。以上两种方法均无法进行大规模的工业化应用，不仅浪费环境资源，还增加社会无害化处理成本，显然不利于绿色可持续发展道路的实施。现有无害化处理方法还有作为钢铁生产流程的碳添加剂，作为发电、水泥生产的燃料，“浮选——酸浸法”提取氟化物和炭等，这些处理方式都面临处理费用高、处理量小、氟排放超标等问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种电解铝行业废阴极炭块的重利用方法及成焦剂，以解决上述技术问题。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种电解铝行业废阴极炭块的重利用方法，包括将废阴极炭块、锻烧石油焦、石墨以及无烟煤经密闭粉碎、混合后得到混料，混料加水调节为粉料，粉料再与炼焦煤掺混后高温炼焦得到无害化的铸造焦炭。
7.其中，本发明还可以进一步包括以下技术方案：将废阴极炭块、锻烧石油焦、石墨以及无烟煤密闭粉碎后，通过负压收尘器进行不同粒度的分筛收集。
8.其中，本发明还可以进一步包括以下技术方案：通过调节负压收尘器的高低度收集80
‑
200目的不同粒度。
9.其中，本发明还可以进一步包括以下技术方案：混料中加入质量比为10％
‑
20％的水调节后成为粉料。
10.其中，本发明还可以进一步包括以下技术方案：炼焦煤的粉碎粒度为0.5mm
‑
3mm。
11.其中，本发明还可以进一步包括以下技术方案：粉料与炼焦煤掺混的质量比为3:97。
12.其中，本发明还可以进一步包括以下技术方案：掺混采用密闭滚筒搅拌混合均匀。
13.其中，本发明还可以进一步包括以下技术方案：高温炼焦产生的尾气通过炼焦工序中的除尘、脱氨、脱硫过程，进行碱中和并分离提纯。
14.一种成焦剂，采用铝电解废阴极炭块的重利用方法制备的粉料，其混料各成分含量为40wt％的锻烧石油焦、15wt％的石墨、15wt％的优质无烟煤以及30wt％的废阴极炭块。
15.其中，本发明还可以进一步包括以下技术方案：检测成份占比为：含碳量大于78wt％,f元素小于3wt％，水份12wt％，其它占7wt％。
16.有益效果:
17.本发明结合了湿法和火法处理的优缺点，把废阴极炭块作为一种原料合成一种炼焦用的催化剂，让废阴极炭块中的石墨得到重利用，同时让废阴极炭块中氟化物和氰化物在炼焦高温过程中无害化，并且此工艺成本低廉，能工业化大批量处理，实用性好。
附图说明
18.图1为本发明一种电解铝行业废阴极炭块的重利用方法示意图。
具体实施方式
19.下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.如图1所示，一种电解铝行业废阴极炭块的重利用方法，包括将废阴极炭块、锻烧石油焦、石墨以及无烟煤经密闭粉碎、混合后得到混料，混料加水调节为粉料，粉料再与炼焦煤掺混后高温炼焦得到无害化的铸造焦炭。
21.其中，本发明还可以进一步包括以下技术方案：将废阴极炭块、锻烧石油焦、石墨以及无烟煤密闭粉碎后，通过负压收尘器进行不同粒度的分筛收集。采用锷破和/或雷蒙磨对废阴极炭块、锻烧石油焦、石墨以及无烟煤进行密闭粉碎。
22.其中，本发明还可以进一步包括以下技术方案：通过调节负压收尘器的高低度收集80
‑
200目的不同粒度。粒度分筛有利于后期炼焦过程中与炼焦煤形成更紧密的结合体。
23.其中，本发明还可以进一步包括以下技术方案：混料中加入质量比为10％
‑
20％的水调节后成为粉料。加水后利用水的表面张力来增加产品的黏粘性，让其能与炼焦煤结合紧密；加水后让产品便于运输，起到抑尘的作用。其中，水分调节设备采用自动化程度高的预给水系统。
24.其中，本发明还可以进一步包括以下技术方案：炼焦煤的粉碎粒度为0.5mm
‑
3mm。因不同的炼焦煤的最佳粉碎粒度分别为：肥煤2
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3mm，1/3焦煤0.5
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1mm，焦煤粉1.5
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2mm，贫瘦煤0.5
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1mm，所以炼焦煤的粉碎粒度约为0.5mm
‑
3mm。把产品加工成小颗粒，应用缝隙漏斗的原理，经过炼焦过程中的捣固等炼焦工序，让产品与炼焦煤结合更紧密。
25.其中，本发明还可以进一步包括以下技术方案：粉料与炼焦煤掺混的质量比为3:97。粉料与炼焦煤以质量比为3:97的比例进行预混，预混后输送至炼焦炉，在1000℃
‑
1350℃(炼焦时正常温度)的高温下进行炼焦。
26.其中，本发明还可以进一步包括以下技术方案：掺混采用密闭滚筒搅拌混合均匀。
27.其中，本发明还可以进一步包括以下技术方案：高温炼焦产生的尾气通过炼焦工序中的除尘、脱氨、脱硫过程，进行碱中和并分离提纯。
28.由于炼焦煤与粉料配比为97：3，其中的氟化物占比为0.09wt％以下。
29.经高温后，成焦剂中的氰化物已全部分解无害化。氟化物经高温分解后分成两部分：
30.1、其中一部分以caf2形式残留在固碳部分(caf2作为炼钢的溶剂，可以改善炉渣的流动性，会使炉渣的反应增强)，其它炉渣中氟的含量已完全低于国家危险废物鉴别标准50mg/l(gb5085.1
‑3‑
1996)。
31.2、尾气中含有的氟化物进行碱中和并分离提纯，其主要反应为：
32.hf naoh＝h2o naf
33.2naf h2o cao＝caf2↓
2naoh
34.分离后的滤液为浓度较高的naoh溶液，可作为生产纯碱、氢氧化铝的原料，
35.二次固相主要成分为caf2和少量caso4，可作为水泥、耐火材料的原料或反应催化剂。
36.经多次过滤后，气体所含氟化物已完全达到国家废气氟化氢气体排放标准1mg/m3(hj/t549)。
37.一种成焦剂，采用铝电解废阴极炭块的重利用方法制备的粉料，其混料各成分含量为40wt％的锻烧石油焦、15wt％的石墨、15wt％的优质无烟煤以及30wt％的废阴极炭块。其中，选用40wt％的锻烧石油焦(含碳98.5％以上，灰份≦1％，挥发份≦10％，硫份≦0.5％)，15wt％的石墨(含碳量98％以上，灰份≦3％，挥发份≦1％，硫份≦0.3％)，15wt％的优质无烟煤(含碳量90％以上，灰份≦5％，挥发份≦4％，硫份≦0.4％)，30wt％的废阴极炭块(含碳量60％以上，危废代码为321
‑
023
‑
48)。此配方是为了让铸造焦炭做为支撑料柱保持其良好的透气性，并且具有应块度大、反应性低、气孔率小、具有足够的抗冲击破碎强度、灰分和硫分低等特点。
38.其中，本发明还可以进一步包括以下技术方案：检测成份占比为：含碳量大于78wt％,f元素小于3wt％，水份12wt％，其它占7wt％。
39.经过不同配比的测试，结果如下：
40.[0041][0042]
为了测试本产品成焦剂在炼焦过程中的作用，采用40kg试验焦炉模拟了生产焦炉的操作条作，此型号试验焦炉测试的数据可靠，与生产焦炉生产的焦碳质量可比性强。
[0043]
试验流程如下：
[0044]
焦炉实验条件：
[0045]
入炉煤量为40kg，火道温度为1200℃，焦饼中心温度800℃时，逐渐插烟道盲板，结焦时间15小时，熄焦用水15kg。
[0046]
该过程为高温分解法，经实验得在1200℃以上高温燃烧炉里面将废阴极炭块高温分解，其反应方程为：
[0047]
2nacn 4.5o2＝na2o 2no2 2co2[0048]
2nacn 4o2＝na2o n2o3 2co2[0049]
2naf cao sio2＝caf2 na2o.sio2[0050]
2naf 3cao 2sio2＝caf2 na2o.sio2 2cao.sio2[0051]
naf h2o＝naoh hf(g)
[0052]
2naf al2o3 h2o＝2naalo2 2hf(g)
[0053]
转鼓试验条件：
[0054]
转鼓直径1000mm，厚度250mm，入鼓焦碳质量12.5kg。转鼓转100转，所用时间在4min
±
10s。
[0055]
焦碳热性能试验条件：
[0056]
反应温度1100℃，反应时间2小时，i型转鼓：转速20
±
1.5r/min，转600转。
[0057]
实验炼焦过程中使用成焦剂后各项指标对比：
[0058][0059]
炼焦企业实际生产焦碳成焦测试数据：
[0060][0061]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。