铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于冶金环保技术领域，特别涉及一种铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置及其使用方法。
【背景技术】
[0002]金属铝是用冰晶石-氧化铝熔盐电解的方法生产的，在从原铝到原铝净化、制成金属锭和合金材料的整个生产过程中，产生如下几种废料:
1.在铝电解槽大修过程中产生的如下固体废料:(I)含钠和电解质的废阴极炭块；(2)含有渗透了电解质、金属钠与耐火材料反应生成硅铝酸钠的废耐火材料内衬；(3)含有电解质的氮化硅结合碳化硅的废阴极内衬;(4)阴极钢棒被铝侵蚀后生成的Fe-Al合金；
2.在铝电解生产过程中产生的含有电解质的阳极炭渣；
3.原铝净化、铸锭和合金材料制作过程中产生的铝灰渣。
[0003]这些铝工业中产生的固体废料，如果弃之，不仅对环境造成危害，而且也使这些废料中的许多有价值的资源被浪费，因此有许多研究者对其进行研究，提出了很多单项的处理这些废料的方法。最近我们的前一个专利“一种处理及回收铝电解固体废料的装置”(申请号2015105198314)发明了一种在同一炉内综合处理和回收铝电解固体废料的方法。
[0004]利用该专利技术可实现上述从原铝生产到铝的净化、铸造、合金材料制作全过程固体废料得到有效的分离和回收利用，但这一方法和装置也存在如下的缺点和不足:
1.该技术装置的真空电阻炉的整个上部结构的炉内壁、内衬没有保温措施，因此热损失较大，热效率低；
2.从废料分离回收处的金属钠或钠钾合金不容易从炉内取出，从钠结晶器上取下也很困难；
3.出炉时，碱金属钠或钠钾合金大面积暴露在空气中，碱金属钾钠非常容易被氧化，稍有不慎就可能引起氧化起火，且不容易被扑灭；
4.当从固体废料分离出来的碱金属为Na-K合金时，此钠钾合金在常温下就以液体形式存在，而这种液态的钠钾合金很难与结晶器剥离干净，即使是纯的金属钠在常温下也常以很软的状态与结晶器粘在一起。
[0005]石油焦是招冶金工业招电解炭阳极制造的基本原料和冶金工业制造石墨电极的基本原料，也就是说，冶金工业炼钢所用的石墨电极和铝电解所用炭阳极都是用石油焦制作的，石油焦的消耗量巨大。以铝电解为例，每电解生产一吨金属铝所消耗的炭阳极约在420?500kg，而消耗的石油焦约在600kg左右。一个年产量为50万吨的电解铝厂，其每年所消耗的石油焦约为30万吨左右。石油焦是石油冶炼后所剩渣油经焦化产生的，是石油冶炼工业的副广品，故称石油焦。
[0006]石油焦中硫含量变化范围较大，从低于0.5%到高于10%，主要取决于制作石油焦所用原料石油中的硫含量。石油焦按其含硫量大小划分可分为低硫焦和尚硫焦，但尚硫焦的划分没有统一的标准，一般把高于3%硫含量的石油焦认为是高硫焦，把低于1.5%硫含量的石油焦认为是低硫焦，把1.5?3.0%硫含量的石油焦认为是中硫焦。但硫含量低于1.5%的低硫焦量很少，市场上低硫焦越来越少，价格也很高，因此在我国电解铝厂目前只能将低硫焦与尚硫焦进彳丁混合配料使用，混合后的石油焦其硫含量在2?3%左右或以下，且有升尚的趋势。在目前中等硫含量的范围内，似乎硫含量对铝电解阳极的质量没有什么太大的影响，但对电解铝厂和电极生产厂家来说，石油焦中硫对环境的影响是巨大的；以一个年产为50万吨的电解铝厂为例，若使用含硫量2%的石油焦制作生产出的炭阳极，则每年排放的由铝电解而产生的SO2量为I万吨，而这些SO2排放到大气中，与空气中的水分发生反应所生成的亚硫酸为1.2万吨，由此可见，石油焦中的硫对环境的影响是巨大的；然而到目前为止，还没有找到一种工业规模的石油焦脱硫的方法和技术。
[0007]目前，所有的关于石油焦的脱硫方法都是处于实验室研究阶段，在这些研究中，应该说高温脱硫是一种比较现实的脱硫方法;工业上无论是铝电解的炭阳极还是炼钢工业上用的石墨电极的制造，其所用石油焦都是经过1200?1250°C的温度煅烧的，在这样的煅烧温度下，不仅使石油焦的密度、强度和性能得到了提高，而且使石油焦中的硫含量降低20?25%，但更高的硫含量仍未得到有效的脱除，进一步提高温度，如提高到1500?1700°C，可以脱除石油焦中90%以上的硫，但如果将石油焦煅烧温度提高到1500?1700°C，不仅消耗很多的能量，而且装置设计也具有一定的难度，因此到目前为止，在工业上尚未开发出一种能在1500°C或1500°C以上的温度条件下进行高温脱硫的方法和装置。
【发明内容】
[0008]针对现有铝工业固体废料回收处理及石油焦高温脱硫存在的上述问题，本发明提供一种铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置及其使用方法，以铝工业固体废料当中的铝电解槽废阴极炭块的碎块料或石油焦作为电阻发热体，以耐火材料制成炉膛，在炉膛上方设置高熔点结晶室，在炉壳外设置低熔点物质结晶室和液体低熔点物质集收器，高熔点结晶室和低熔点物质结晶室分别与真空系统连接，通过高温真空分离回收的方式，达到高效分离铝工业固体废料的效果，或高效石油焦脱硫的效果。
[0009]本发明的铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置包括炉体、炉体后端的低熔点物质结晶器和低熔点物质结晶器下方的液体低熔点物质集收器;炉体外部为炉壳，炉壳上部的外壁上设有冷却水套，顶部设有与炉壳密封连接的炉盖，炉壳内设有保温材料层，保温材料层内设有槽型耐火材料墙体，槽型耐火材料墙体由四个侧墙板和一个底墙板构成；槽型耐火材料墙体内设有耐火混凝土内墙体;耐火混凝土内墙体由三个与底墙板垂直的内墙墙板构成，内墙墙板高度低于槽型耐火材料墙体高度，耐火混凝土内墙体与槽型耐火材料墙体靠近炉体前端的侧墙板的一部分围成一个长方体副料室，槽型耐火材料墙体内部的副料室以外的空间作为主料室;主料室用于放置作为电阻发热体的铝电解槽废阴极炭块的碎块料，或者用于放置作为电阻发热体的石油焦，所述的石油焦为生焦或煅后石油焦;主料室顶部设置有主料室上盖;耐火混凝土内墙体上设有通孔，耐火混凝土内墙体顶部还设有槽型开口，通孔和槽型开口将主料室和副料室连通;槽型耐火材料墙体靠近炉体前端的侧墙板上设有两个石墨电极，两个石墨电极位于副料室两侧，两个石墨电极的一端分别与一个金属电极装配在一起，金属电极密封固定在炉壳上，两个石墨电极的另一端与电阻发热体的两端连接;槽型耐火材料墙体顶部设置有预制板，预制板与炉盖之间设有耐火保温材料板;主料室上盖的上方和副料室的上方以及预制板下方空间作为高熔点物质结晶室；炉壳上设有带阀门的前端真空抽气管，前端真空抽气管位于两个石墨电极的上方，前端真空抽气管与保温材料层和槽型耐火材料墙体上的真空通道连通，真空通道与高熔点物质结晶室连通;槽型耐火材料墙体后端设有套筒，套筒与低熔点物质结晶器连通，低熔点物质结晶器底部通过阀门与液体低熔点物质集收器连通，液体低熔点物质集收器内设有抬包;低熔点物质结晶器设有带阀门的后端真空抽气管和氩气充气管。
[0010]上述的低熔点物质结晶器为卧式结构，或为竖式结构，外部交替缠绕有电阻丝加热装置和冷却水管；当低熔点物质结晶器为卧式结构时，其下部为倒置的锥形，倒置的锥形的底端连接一个集收管，该集收管通过阀门与液体低熔点物质集收器内部连通，低熔点物质结晶器远离炉体的一端设有端盖与低熔点物质结晶器密封连接；当低熔点物质结晶器为竖式结构时，低熔点物质结晶器由倾斜段与垂直段组成，倾斜段上方与套筒连通，倾斜段的下部连接一个集收管，该集收管通过阀门与液体低熔点物质集收器内部连通，垂直段的顶端设有端盖与低熔点物质结晶器密封连接。
[0011]上述装置中，低熔点物质结晶器内设有挡板，挡板上设有挡板通孔，后端真空抽气管和氩气充气管位于端盖和挡板之间。
[0012]上述装置中，液体低熔点物质集收器顶部设有集收器上盖，集收器上盖与液体低熔点物质集收器密封连接;集收器上盖与集收管固定在一起，集收管外交替缠绕有电阻丝和冷却水管。
[0013]本发明的铝工业固体废料回收/石油焦高温脱硫装置的使用方法，其中铝工业固体废料回收方法按以下步骤进行:
1、将铝电解槽废阴极炭块的碎块料置于主料室内作为电阻发热体;所述的铝电解槽废阴极炭块的碎块料的粒径^ 8cm；
2、将阳极炭渣，或粒径<