专利名称：用熔盐消毁铝熔炼电极的制作方法
技术领域：
本发明涉及铝熔炼运行中废旧碳电极的消毁，尤其涉及消毁废碳阳极和碳块阴极的一种熔盐工艺，这些电极在熔炼铝的电解工艺中被碱卤化物盐所沾污。
在熔炼铝的Hall/Heroult(电弧炉)工艺中，氧化铝Al2O3溶解在冰晶石Na3AlF6中，并在含有浴化的冰晶石溶槽的炉中电解，电解浴槽底部有个碳块阴极以及自上悬挂硬碳阳极并接触熔化的冰晶石浴槽。熔融铝沉降在碳块阴极上，碳阳极因其磨损进入了熔化的冰晶石浴槽而要下降。
废碳阳极和碳块阴极两者被碱卤化物盐特别是冰晶石所沾污。冰晶石浸透了碳阳极和阴极，当它薄到一定程度失去尺寸的稳定性时便报废了。碳电极变成被碱盐主要是冰晶石中氟化物所污染。这种废电极处理是昂贵的，将其深埋政治上不能接受。
熔盐氧化(MSO)已被证明是消毁危险的有机废物的一种合适的技术。这种技术以诸如碳酸钠的熔盐在高温下经催化氧化完成了这种消毁。
US3708270公开了一种工艺，该工艺利用包括一种碱金属碳酸盐且大约从1％至25wt％的碱金属硫化物的一种熔盐来热解如固体废物的含碳材料。
US3916617公开了一种工艺，它部分氧化并完全气化一种诸如煤的含碳材料使之产生可燃气体，该工艺利用的熔盐包括一种碱金属碳酸盐和大约1-25wt％的碱金属硫化物。
现已发现，废碳电极，包括源于铝熔炼并用碱氟化物特别是冰晶石污染的碳阳极和碳块阴极，可安全地消毁，其方法是在约900-1000℃高温下，将这种 含有特别是冰晶石污染盐的废碳电极放入熔化的碱碳酸盐如碳酸钠浴槽。该碳电极可被催化氧化并消毁，形成一种含有CO2的排出气体并在熔化的碱碳酸盐浴槽中留有废污染盐如来自冰晶石污染物的氟化钠和铝酸钠。
少量的氯化钠可加到碱碳酸盐如碳酸钠浴槽中，以便产生过量的氯离子与碱金属如在冰晶石或Na3AlF6中的钠起反应。再者，少量的碱土金属氧化物尤其是氧化钙亦可加到碱碳酸盐或碳酸钠熔盐浴槽中优先与冰晶石中的氟生成氟化钙。这些盐加到碱碳酸盐浴中可降低熔盐浴槽的运行温度。
因此，本发明提供一种改良的简便而安全的方法消毁铝熔炼电极。优选提供一种有效的工艺，消毁被碱卤化物盐污染的废碳阳极和碳块阴极，在熔盐浴槽中这种电极内基本上所有的碳可转化成CO2，同时在该浴槽中留下污染的碱卤化物盐。
本发明还提供上述类型的一种工艺，其中采用高温熔化的碳酸钠浴槽。
唯一的
按照本发明消毁体系，其中将大块的废铝熔炼碳电极馈入熔盐浴槽。
本发明的主要目的是从铝熔炼碳电极中去除冰晶石，电极包括阳极和阴极，同时利用氧化将碳电极消毁并转化成良性化合物。概括地讲，该目的可按照本发明的工艺实现，该工艺包括将含有Na3AlF6污染盐的废碳电极，优选以所说电极块状形式馈入熔化碱碳酸盐浴槽，将氧馈入该熔盐浴槽，将所说这种电极的碳催化氧化并消毁，回收一种含CO2的排出气体，并且在熔融碱碳酸盐浴中留下主要是氟化钠和铝酸钠形式的废污染盐。
按照本发明消毁的材料，是从电解铝熔炼操作中废碳阳极和碳块阴极，它们已被冰晶石Na3AlF6介质污染，该介质是铝熔炼操作中所采用的。这种冰晶石污染物也会含有少量的氰化钠。尽管这种氰化钠存在量小于冰晶石盐量的0.1％，但是与电极碳一起消毁这种有毒材料仍十分重要。碳阳极和碳块阴极在馈入熔盐浴槽之前一般要研磨成合适尺度的碎块。
熔盐氧化要在空气或氧存在下进行。采用充足的氧使铝熔炼阳极和阴极的碳全部转化成碳氧化物。优选采用过量的氧，以便将废电极中所有碳基本转化成CO2以及相当少的CO。如果采用至少过量20％的氧，则排出气体中的产物主要含CO2并且基本上无CO存在。
熔盐浴槽基本包括碱金属碳酸盐，如碳酸钠，碳酸钾，碳酸锂或其混合物。使用碳酸钠作熔盐时，反应温度的范围大约900-1000℃。然而使用混合物时，如以重量计50％的碳酸钠和50％的碳酸钾，熔盐浴槽的温度可降低。也可使用诸如碳酸钠的碱金属碳酸盐和诸如氯化钠、氯化钾或氯化钙的卤化盐之混合物，其中含有大约10-90％的卤化物盐，例如90％的碳酸钠和10％的氯化钠混合物。使用这种混合物可将熔盐浴槽温度范围降至大约600-800℃。
少量的碱土金属氧化物，例如以熔盐浴总量计大约2-20％的氧化钙也可加到熔盐中，以提供钙离子使Na3AlF6污染盐中的氟与之优先生成氟化钙。
铝熔炼工艺的氟化铝钠电解介质中，由于通常存有少量氰化钠，例如大约0.05-0.5％(以氟化铝钠重量计)，熔盐氧化附有另外的将氰化钠氧化成氮和CO2的功能，它们也存在于排出气体中。
熔盐在反应中是用作催化剂而不参与反应。因此，熔盐浴除了起催化反应介质消毁碳和氰化钠的作用之外，也起着保留废盐和减少废碳物量的作用。排出气体CO2和氮气是相当无害的。使用过量空气或氧的操作可防止生成CO并可得到CO2。
现在参看附图，馈给系统10说明设计的一种体系，将铝熔炼运行中废碳阳极和碳块阴极中的废碳输送到电炉14所含有的熔盐浴槽12内。
为此目的，提供一馈给漏斗16来接收这种含有废冰晶石沾污物和氰化钠的碳阳极和阴极的碎块。在优选方案中，以数字22表示的振动装置提供在馈给漏斗16上以促进碳电极碎块移动离开馈给漏斗并进入与馈给漏斗16底部相连的斜槽24。振动装置22可以是任何熟知类型的振动器，如气动或机电式振动器。利用一个控制阀26来控制从馈给漏斗16进入斜槽24逐渐增多的废碳碎块18的流通。
斜槽24下斜至闭锁漏斗28内其减缓端结止，闭锁漏斗28安置一种双重闭锁阀，以数字30标明。斜槽24优选利用类似于振动器22的振动器32来振动，以便促进碳块18向下通过斜槽24的输送。使用闭锁漏斗28可令由斜槽24导入的馈给碳块18累增，经阀门30落入电炉14内的熔盐浴槽12。
由闭锁漏斗28使废碳碎块18向其落入的熔盐浴槽12，装在电炉内炉套管36(例如Jnconel)设置的铝管34内。熔盐浴槽含有诸如碳酸钠的碱金属碳酸盐，温度为900-1000℃。馈给的废碳碎块18自闭锁漏斗源至增多并通过氧化铝下降管37下落进入管34内的熔盐浴槽12使得馈给块18的反应成分被熔盐浸没，馈给的废块分解或氧化，基本生成CO2和氮气。在盐浴12内以冰晶石污染的碳块18和NaCN进行分解和氧化，此时在40处导入工程空气向下通过管34内设置的细管42流通进入熔盐浴槽12。反应生成的产物气体是CO2和N2的混和体，它向下通过管34壁和下降管37之间的环状空间44流向气体排出口38。废污染盐残留在碳酸钠浴槽内。
也可使用其他传送空气的装置或螺旋传送器将冰晶石污染的电极碎块或碎汽馈送到熔化碱碳酸盐浴的表面之下。
下面是本发明的实施例。实施例1使用传动空气将铝熔炼操作中的碳阳极残极磨碎成每块1/4″或更小的块馈入1000℃碳酸钠浴槽并在该浴的表面之下。加入20％过量的空气，确保碳完全转化成二氧化碳。阳极中残留的冰晶石转化成氟化钠和铝酸钠。在馈送的阳极料中含有的氰化钠转化成二氧化碳和氮，它们与排出气体一起排放。钠以碳酸钠或氟化钠形式残留在该浴槽中。实施例2铝熔炼运行中尺度小于1/4″的用剩碳阳极残极用螺旋传送器馈入熔盐浴表面之下，熔盐浴具有碳酸钠和10％的氧化钙。将该浴槽保持在1000℃并在该浴槽底部加入20％过量空气强力喷洒该浴。当气体向上通过该浴时其流速大约每秒2英尺。钙与残存冰晶石中的氟结合生成氟化钙。碳阳极料氧化成二氧化碳。与阳极材料一起加入的氰化钠转化成二氧化碳和氮气，氰化物中的钠残留在该盐浴内。实施例3一定尺寸的铝熔炼运行中废碳阳极材料与20％过量的传送空气一起，确保碳完全燃烧成二氧化碳，馈入900℃添加10％氯化钠的碳酸钠浴槽，氯化钠的加入可降低该浴的熔点，从而得到增大的运行余地。氯化钠既不参与和阳极的反应也不与污染物冰晶石或氰化钠参与反应，并且残留在熔体内。阳极材料内残存的冰晶石转化成氟化钠和铝酸钠。阳极材料内含有的剩余氰化钠转化成CO2和N2，在排出气体中排放。阳极材料中的碳完全转化成CO2充入排出气体。
以上可见，本发明提供一种简便有效的工艺来消毁铝熔炼中的碳阳极和阴极，该碳极已被铝熔炼工艺的冰晶石盐介质以及常见的氰化钠所污染，这些含碳材料以碎块形式在熔盐浴例如碳酸钠浴中进行催化氧化，使这些废碳转化成主要是CO2的排放气体，废污染盐残留在熔盐浴槽内，与此同时消毁了起始冰晶石污染盐中存在的任何氰化钠。
应当了解本发明已叙述的主要原理精神的说明，本领域技术人员按照本发明可作许多改进并不背离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种消毁铝熔炼中废碳电极的工艺，包括将含有Na3AlF6污染的所说废碳电极引入熔化碱碳酸盐浴槽，引入氧并催化氧化和消毁所说电极的碳，排放含CO2的排出气体，和废污染盐残留在熔化碱碳酸盐浴中。
2.根据权利要求1的工艺，其中所说Na3AlF6污染物物也含有少量氰化钠，工艺也包括所说氰化钠氧化成氮和CO2含在所说排出气体中。
3.根据权利要求1的工艺，其中所说废污染盐包括氟化钠和铝酸钠。
4.根据权利要求1的工艺，其中所说熔化碱碳酸盐浴基本是碳酸钠。
5.根据权利要求1的工艺，其中所说熔化碱碳酸盐浴是碳酸钠并包括氯化钠。
6.根据权利要求1的工艺，所说熔化碱碳酸盐浴是碳酸钠并包括少量氧化钙。
7.根据权利要求1的工艺，所说熔化碱金属碳酸盐是碳酸钠并包括以总熔盐浴重量计大约10-90％的氯化钠。
8.根据权利要求1的工艺，所说碱金属碳酸盐是碳酸钠并包括以熔盐浴总重计大约2-20％的氧化钙，以便提供钙离子与所说Na3AlF6污染物中的氟优先生成氟化钙。
9.根据权利要求1的工艺，采用过量的氧以便将所说电极中所有的碳基本转化成二氧化碳。
10.根据权利要求1的工艺，其中所说铝熔炼中的电极是碳阳极和碳块阴极。
11.一种消毁铝熔炼中废碳电极的工艺，其中包括向大约900-1000℃温度的熔化碳酸钠浴槽引入铝熔炼中废碳阳极和碳块阴极的碎块，该碎块含有Na3AlF6污染物和少量氰化钠，将空气引入所说熔化碳酸钠浴，催化氧化和消毁所说阳极和阴极，消毁所说NaCN，将所说Na3AlF6污染物转化成氟化钠和铝酸钠用剩盐，排放含CO2和N2的排出气体，将所说废盐残留在熔化碳酸钠浴槽中。
12.根据权利要求11的工艺，所说熔化碳酸钠浴包括以熔盐浴总重计大约10-90％的氯化钠并使所说熔化碳酸钠浴温度降低。
13.根据权利要求11的工艺，所说熔化碳酸钠浴包括以熔盐浴总重计大约2-20％的氧化钙，以提供钙离子优选与所说Na3AlF6污染物中的氟生成氟化钙，并且也将所说熔盐浴温度降低。
14.根据权利要求11的工艺，采用至少过量20％氧的空气量以便将所说用废阳极和阴极的碎块主要转化成CO2。
全文摘要
一种消毁铝熔炼废碳阳极和碳块阴极的工艺，该碳极已被冰晶石Na
文档编号A62D101/49GK1120015SQ95101978
公开日1996年4月10日 申请日期1995年2月15日 优先权日1994年6月6日
发明者G·D·施尼特格伦德 申请人:洛克威尔国际有限公司