本发明涉及固体废物处理技术领域，尤其涉及一种用于处置电解铝废阴极的高温连续式处理系统，具体涉及一种能耗小、成本低、无害化处理彻底且能有效提高电解铝固体废弃物的处理效率和资源化利用效率的用于处置电解铝废阴极的高温连续式处理系统。
背景技术：
随着电解铝产量的增加，电解过程中产生的固体废弃物也随之增加。其中，电解铝废弃物以电解铝阴极的危害最大，电解铝阴极以煅烧无烟煤、冶金焦、石墨等为骨料，煤沥青等黏结剂制成的，主要用于制作铝电解槽炭质内衬的块类或糊类碳素制品。铝电解过程中，阴极上发生的主要反应是熔于冰晶石(Na2AIFeNa2AIF6)中的AI被还原成液态金属铝，汇积于炭质槽底表面，铝液和炭质槽底均为电解槽的导电阴极。由于电解质熔体中有各种氟化物、杂质，在电场的作用下电解产生的熔盐对阴极炭块发生侵蚀和冲刷等作用，加上热应力的作用，使阴极材料发生变形、隆起、断裂，甚而破损为废阴极。
电解铝废阴极是含有20-40％左右氟化物，微量氰化物的危险废物，由于其氟化物及氰化物容易水解，因此如不进行有效处置，遇到雨淋、水浸容易造成严重的环境污染。2014年我国电解铝产量达到了2200多万吨，世界电解铝产量达到了5000多万吨。随着电解铝产量的增加，电解铝产生的废阴极日益增加。目前，我国电解铝行业每年产生的废阴极达到了20万吨，有400多万吨的累积堆存。由于目前国内外缺乏先进的电解铝废阴极无害化处置及资源化利用技术，电解铝企业普遍采用的掩埋处理方法造成了环境极大污染和资源极大浪费。
目前，现有的处置电解铝废阴极主要采用湿法和燃烧法、填埋法，其中湿法得到的碳粉价值不高，资源化利用效率低；燃烧法存在分离方法繁琐、加热时间长、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，但是由于大部分企业不能按照危险废物的处置方式进行无害化填埋，因此电解铝废阴极的环境污染问题一直没有得到有效解决。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是：提供一种能耗小、成本低、无害化处理彻底且能有效提高电解铝废阴极炭块的处理效率和资源化利用效率的用于处置电解铝废阴极的高温连续式处理系统，以解决现有的电解铝废阴极炭块处理方法存在成本高、能耗大、且不能达到无害化彻底处理效果的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于处置电解铝废阴极的高温连续式处理系统，用于对电解铝废阴极进行无害化处置与资源化利用，以获取碳素制品及氟化盐，其包括破碎系统、上料系统、焙烧系统、烟气处理系统及固体颗粒物处理系统；所述破碎系统用于将电解铝废阴极炭块破碎至颗粒料，并通过所述上料系统将所述颗粒料输送至所述焙烧系统；所述焙烧系统包括电煅炉，所述电煅炉的上端设有气体出料口，下端设有固体出料口；所述烟气处理系统与所述气体出料口连接，所述固体颗粒物处理系统与所述固体出料口连接。
其中，所述烟气处理系统包括依次连接的第一处理单元、第二处理单元、至少一级收尘单元及调节系统，所述第一处理单元与所述气体出料口连接。
其中，所述第一处理单元包括复燃室及设于所述复燃室底部的第一回收装置，所述复燃室的进口端与所述气体出料口连接。
其中，所述第二处理单元包括冷却室及设于所述冷却室底部的第二回收装置，所述冷却室的进口端与所述复燃室的出口端连接。
其中，所述收尘单元包括一通过通风管道连接所述冷却室出口端的收尘装置。
其中，所述收尘装置为布袋收尘器或水雾收尘器。
其中，所述烟气处理系统还包括分别与所述第二处理单元及至少一级收尘单元连接的氟化盐纯化系统。
其中，还包括分别与所述焙烧系统、第一处理单元及第二处理单元连接的余热利用系统，所述余热利用系统用于收集所述焙烧系统、第一处理单元及第二处理单元排出的高温气体的热能，并将所述热能用于发电或烘干或生产余热蒸汽。
其中，所述调节系统包括依次连接的第一风压风速调节单元、脱硫脱硝单元、第二风压风速调节单元及送风单元，所述送风单元与大气连通。
其中，所述固体颗粒物处理系统包括依次连接的缓冷单元、循环冷却单元、出料装置及碳素制品回收装置，所述缓冷单元与所述固体出料口连接。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种用于处置电解铝废阴极的高温连续式处理系统，用于对电解铝废阴极进行无害化处置与资源化利用，以获取碳素制品及氟化盐，其包括破碎系统、上料系统、焙烧系统、烟气处理系统及固体颗粒物处理系统；破碎系统用于将电解铝废阴极炭块破碎至颗粒料，并通过上料系统将颗粒料输送至焙烧系统；焙烧系统包括电煅炉，电煅炉的上端设有气体出料口，下端设有固体出料口；烟气处理系统与气体出料口连接，固体颗粒物处理系统与固体出料口连接。本申请提供的高温连续式处理系统对破碎后的电解铝废阴极炭块进行高温煅烧得到的高温电锻烟气及电解铝废阴极碳粒，并分别通过烟气处理系统及固体颗粒物处理系统进行处理，进而得到高品质的且具有经济附加值的氟化盐及碳素制品，该处理系统结构简单、操作方便，且具有能耗小、成本低、无害化处理彻底的特点，同时也能有效提高电解铝废阴极炭块的处理效率和资源化利用效率。
附图说明
图1是本发明一种用于处置电解铝废阴极的高温连续式处理系统实施例的高温连续式处理系统的具体结构示意图。
图中：1：破碎系统；2：上料系统；3：焙烧系统；4：第一处理单元；5：第二处理单元；6：第二级收尘单元；7：第三级收尘单元；8：第四级收尘单元；9：第一风压风速调节单元；10：脱硫脱硝单元；11：第二风压风速调节单元；12：氟化盐纯化系统；13：余热利用系统；A：电解铝废阴极碳块；P1：碳素制品；P2：氟化盐。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。
如图1所示，本发明提供了一种用于处置电解铝废阴极的高温连续式处理系统，用于对电解铝废阴极进行无害化处置与资源化利用，以获取碳素制品P1及氟化盐P2，包括破碎系统1、上料系统2、焙烧系统3、烟气处理系统及固体颗粒物处理系统；破碎系统1用于将电解铝废阴极炭块A破碎至颗粒料，并通过上料系统2将颗粒料输送至焙烧系统3；焙烧系统3包括电煅炉，电煅炉的上端设有气体出料口，下端设有固体出料口；烟气处理系统与气体出料口连接，固体颗粒物处理系统与固体出料口连接。具体地，在本实施例中，电煅炉的上方设有进料仓，上料系统2包括提升机，通过提升机将经破碎系统1处理后的电解铝废阴极颗粒料运输至进料仓内，进料仓内的电解铝废阴极颗粒料随后通过管道进入电煅炉内进行高温煅烧，得到高温电锻烟气及电解铝废阴极碳粒，高温电锻烟气通过气体出料口进而烟气处理系统进行处理，以得到高品质的氟化盐P2(即氟化物含量在90％以上的氟化盐P2)；电解铝废阴极碳粒通过固体出料口流入固体颗粒物处理系统进行冷却，最终得到高品质的碳素制品P1(即固定碳含量在95％以上的石墨化碳素制品P1)。
在本实施例中，电煅炉的高温区温度可以达到2000-3000℃；3-100mm的电解铝废阴极颗粒料由电煅炉的上部连续下料、下部连续卸料；其中，废阴极颗粒料中的氟化物以及硅酸盐、氧化铝、金属钠等经高温焙烧后绝大部分以气态从电煅炉的气体出料口抽出；气体出料口可以是一个，也可以是多个。
本申请提供的高温连续式处理系统对破碎后的电解铝废阴极炭块A进行高温煅烧得到的高温电锻烟气及电解铝废阴极碳粒，并分别通过烟气处理系统及固体颗粒物处理系统进行处理，进而得到高品质的且具有经济附加值的氟化盐P2及碳素制品P1，处理得到的碳素制品P1固定碳含量大于95％；可以用做炼钢增碳剂、铸造增碳剂、电解铝阴极、电解铝阳极、再生石墨材料、导电材料、涂料等。处理得到的氟化盐P2含量达90％以上的工业氟化盐主要成分为氟化钠，主要用于电解铝作为电解质，也可以用于涂装工业中作磷化促进剂，使磷化液稳定，磷化细化，改良磷化膜性能，木材防腐剂、农业杀虫剂、酿造业杀菌剂、医药防腐剂、焊接助焊剂、碱性锌酸盐镀锌添加剂及搪瓷、造纸业等。该处理系统结构简单、操作方便，且具有能耗小、成本低、无害化处理彻底的特点，同时也能有效提高电解铝废阴极炭块A的处理效率和资源化利用效率。
具体地，烟气处理系统包括依次连接的第一处理单元4、第二处理单元5、至少一级收尘单元及调节系统，第一处理单元4与气体出料口连接。具体地，通过电煅炉高温煅烧后得到的高温电锻烟气，依次经过第一处理单元4、第二处理单元5、至少一级收尘单元及调节系统处理后，得到无害化的气体并最终排放至大气中。在本实施例中，一共设置四级收尘单元，且第一级收尘单元与第二处理单元集成于一体，第一级收尘单元采用旋风收尘、布袋收尘器等方式进行第一次收尘；一次收尘后的烟气进入第二级收尘单元6，第二级收尘单元6主要采用布袋收尘器，第二级收尘单元6也可以采用其它收尘方式；二次收尘后的烟气进入第三级收尘单元7，第三级收尘单元7主要采用布袋收尘器，也可以采用其它收尘方式；三次收尘后的烟气进入第四级收尘单元8，第四级收尘单元8主要采用水雾收尘器，也可以采用其它收尘方式。对于环保要求不高的地区，或者只需经过第一级收尘单元及第二级收尘单元6处理后的烟气组分可以达到环保要求，该高温连续式处理系统可以不用第三级收尘单元7及第四级收尘单元8。
具体地，第一处理单元4包括复燃室及设于复燃室底部的第一回收装置，复燃室的进口端与气体出料口连接。其中，复燃室的温度控制在1000-1300℃。第一处理单元4主要用于对在电煅炉内未完全燃烧的杂质(比如炭粉、冰晶石等)进行再次燃烧，降低烟气中碳的含量，提高所回收氟化盐P2(主要为氟化钠)的纯度，并通过第一回收装置进行捕收，同时也起到了防止碳粉或冰晶石等固体杂质堵塞管道的作用，使得高温煅烧气体能连续排出至第二处理单元5、收尘单元及调节系统内，以避免影响整个高温连续式处理系统的正常使用及影响后续电解质产品的品质。优选地，二次燃烧可以采用鼓入空气的方法，也可以采用鼓入燃料(包括天然气、液化气、煤制气等)的方法。
具体地，第二处理单元5包括冷却室及设于冷却室底部的第二回收装置，冷却室的进口端与复燃室的出口端连接。其中，第二处理单元5用于对经第一处理单元4处理后的高温电锻烟气进行进一步的捕收处理；在本实施例中，冷却室的温度可调节，采用风冷或水冷以及二者联合的方式将从复燃室出来的高温烟气冷却为200℃左右的烟气，并与第二回收装置相配合，以实现对高温电锻烟气的梯度回收。其中，高温电锻烟气包括氟化物、氯化物、氰化物、硫、铁或硅产生的蒸汽，通过调节冷却室的温度，并与设于其底部的第二回收装置相配合，依次对氟化物、氯化物、氰化物、硫、铁或硅产生的蒸汽进行回收，以得到高品质的电解质产物。
具体地，收尘单元包括一通过通风管道连接冷却室出口端的收尘装置。优选地，收尘装置为布袋收尘器或水雾收尘器。经第二处理单元5处理后的气体通过收尘装置除去或降低烟气中飞灰含量，使得收尘处理后的气体达到排放标准，并排放至大气中，从而实现了无害化处理的目的。其中，收尘装置可以为水雾收尘器或重力式收尘装置或布袋收尘装置或水雾收尘器与重力式收尘装置与布袋收尘装置相结合的收尘装置。特别的，收尘装置并不仅局限于上述收尘装置，也可以为旋风收尘装置或湿式收尘装置或静电收尘装置或脱硫收尘装置等。
为得到品质纯正的氟化盐P2，在本实施例中，烟气处理系统还包括分别与第二处理单元5及至少一级收尘单元连接的氟化盐P2纯化系统12。高温烟气经收尘后，得到的产品为氟化盐P2、碳酸钠等的混合物，氟化盐P2纯化系统12用于将该混合物按照一定的摩尔比加入氢氟酸，将其中的碳酸钠反应成氟化钠，从而提高氟化物的纯度。
进一步地，为有效提高资源化利用效率，本申请提供的高温连续式处理系统还包括分别与焙烧系统3、第一处理单元4及第二处理单元5连接的余热利用系统13，余热利用系统13用于收集焙烧系统3、第一处理单元4及第二处理单元5排出的高温气体的热能，并将热能用于发电或烘干或生产余热蒸汽。其中，余热利用系统13可为包括余热回收油罐及与余热回收油罐连接的发电装置，余热回收油罐分别与焙烧系统3及烟气处理系统连接。在本实施例中，焙烧系统3及烟气处理系统排出的高温气体的热量，通过余热回收油罐转换后，输送至发电装置内，以提供电能。
具体地，调节系统包括依次连接的第一风压风速调节单元9、脱硫脱硝单元10、第二风压风速调节单元11及送风单元，送风单元与大气连通。其中，第一风压风速调节单元9包括风机，风机用于调节电煅炉上部空腔的负压、风量，使空腔内的高温烟气尽快排出，也用于调节多级收尘单元的风速和风压；脱硫脱硝单元10用于将经收尘后的烟气进行脱硫脱硝以达到环保要求；第二风压风速调节单元11用于调节脱硫脱硝的烟气的风速、风量，随后通过送风单元排入大气。
具体地，固体颗粒物处理系统包括依次连接的缓冷单元、循环冷却单元、出料装置及碳素制品P1回收装置，缓冷单元与固体出料口连接。为提高出料效率及保障得到高品质的碳素制品P1，缓冷单元用于将电解铝废阴极碳粒缓慢冷却至常温，随后冷却至常温的电解铝废阴极碳粒进而通过循环冷却单元进行进一步冷却后，冷却后的电解铝废阴极碳粒通过出料装置进一步处理后进入碳素制品P1回收装置，最终通过管道排放至碳素制品P1回收装置；其中，出料装置根据具体的实施条件(出料速率、温度等)来设有相应的结构及干燥功能。
本申请提供的用于处置电解铝废阴极的高温连续式处理系统，主要包括下述三种工况，具体为：
工况1：电解铝废阴极碳块A进入破碎系统1，该破碎系统1采用一段PE型颚式破碎机、一段PEX型细碎颚式破碎机、一段双层振动筛，双层振动筛的筛孔分别为3mm和20mm；经过破碎、筛分后的3-20mm电解铝废阴极颗粒料采用的上料系统2包括皮带输送机输送到焙烧系统3的立式连续化高温电煅炉中；立式连续化高温电煅炉的高温区焙烧温度为2600-2800℃，电解铝废阴极颗粒料经过高温区的时间为1小时，卸料后得到的碳素制品P1固定碳含量为98.5％；立式连续化高温电煅炉上部高温烟气出口排出的烟气温度约为1700℃(其烟气抽出速度、高温炉上部的空腔负压由后面工序的风机控制)；鼓入空气进入复燃室，高温烟气中的碳粉燃烧成二氧化碳；二次复燃的高温烟气温度约为1700℃，进入第二处理单元，该单元包括采用鼓风机风冷的方式将高温烟气快速冷却到200℃左右，然后进入第一级收尘单元(旋风收尘器)。旋风收尘器排出的烟尘进入第二级收尘单元，该第二级收尘单元包括布袋收尘器对烟气进行二次收尘。二次收尘的烟气进入第三级收尘单元，该第三级收尘单元采用电收尘对烟气再次收尘。再次收尘的烟气进入第四级收尘单元，该第四级收尘单元包括水雾收尘器，再对烟气进行处理。水雾收尘后的烟气经过第一风压风速调节单元进入脱硫脱硝单元。脱硫脱硝后的烟气经过第二风压风速调节单元及送风单元排入大气，该烟气调节系统为高35m的烟囱。收尘产品为氟化钠含量约为55％、碳酸钠含量约为45％的混合物。将收尘产品和一定质量的氢氟酸在氟化盐纯化系统中混合(质量比为1:0.6)，搅拌1h，然后烘干得到纯度为90％以上的氟化物产品。该工况无需使用余热利用系统13。
工况2：电解铝废阴极碳块A进入破碎系统1，破碎系统1采用一段PE型颚式破碎机、一段PEX型细碎颚式破碎机、一段双层振动筛，双层振动筛的筛孔分别为5mm和30mm；经过破碎、筛分后废阴极碳块的5-30mm颗粒料采用的上料系统2包括皮带输送机输送到焙烧系统3的立式连续化高温电煅炉中；立式连续化高温电煅炉的高温区焙烧温度为2400-2600℃，电解铝废阴极经过高温区的时间为1小时，卸料后得到的碳素制品P1固定碳含量为97％；立式连续化高温电煅炉上部高温烟气出口排出的烟气温度约为1700℃(其烟气抽出速度、高温炉上部的空腔负压由后面工序的风机控制)；鼓入空气进入复燃室，高温烟气中的碳粉燃烧成二氧化碳；二次复燃的高温烟气温度约为1700℃，进入第二处理单元，该单元包括采用鼓风机风冷的方式将高温烟气快速冷却到200℃左右，然后进入第一级收尘单元(旋风收尘器)。旋风收尘器排出的烟尘进入第二级收尘单元，该第二级收尘单元包括布袋收尘器对烟气进行二次收尘；二次收尘的烟气进入第三级收尘单元，该第三级收尘单元采用水雾收尘再次处理烟气；水雾收尘后的烟气第一风压风速调节单元进入脱硫脱硝单元。脱硫脱硝后的烟气经过第二风压风速调节单元及送风单元排入大气，该烟气调节系统为高35m的烟囱。收尘产品为氟化钠含量约为55％、碳酸钠含量约为45％的混合物，将收尘产品和一定质量的氢氟酸在氟化盐纯化系统中混合(质量比为1:0.6)，搅拌1h，然后烘干得到纯度为90％以上的氟化物产品。该工况无需使用余热利用系统13。
工况3：电解铝废阴极碳块A进入破碎系统1，破碎系统1采用一段PFW反击式破碎机、一段PEX型细碎颚式破碎机、一段双层振动筛，双层振动筛的筛孔分别为5mm和40mm；经过破碎、筛分后废阴极碳块的5-40mm颗粒料采用的上料系统2包括皮带输送机输送到焙烧系统3的立式连续化高温电煅炉中；立式连续化高温电煅炉的高温区焙烧温度为2800-3000℃，颗粒料经过高温区的时间为1.5小时，卸料后得到的碳素制品P1固定碳含量为99.99％。立式连续化高温电煅炉上部高温烟气出口排出的烟气温度约为1900℃(其烟气抽出速度、高温炉上部的空腔负压由后面工序的第一风压风速调节单元控制)；鼓入空气进入复燃室，高温烟气中的碳粉燃烧成二氧化碳；二次复燃的高温烟气温度约为1750℃，进入第二处理单元，该单元包括采用风冷和水冷联和的方式将高温烟气快速冷却到200℃左右，然后进入第一级收尘单元(旋风收尘器)；水冷的循环水进入余热利用系统13制备水蒸汽。旋风收尘器排出的烟尘进入第二级收尘单元，该第二级收尘单元包括布袋收尘器对烟气进行二次收尘；二次收尘的烟气进入第三级收尘单元，该第三级收尘单元采用水雾收尘再次处理烟气；水雾收尘后的烟气第一风压风速调节单元进入脱硫脱硝单元。脱硫脱硝后的烟气经过第二风压风速调节单元及送风单元排入大气，该第二风压风速调节单元包括离心风机。收尘产品为氟化钠含量约为55％、碳酸钠含量约为45％的混合物。将收尘产品和一定质量的氢氟酸在氟化物纯化系统12中混合(质量比为1:0.7)，搅拌1h，然后烘干得到纯度为93％以上的氟化物产品。
综上所述，本发明提供了一种用于处置电解铝废阴极的高温连续式处理系统，用于对电解铝废阴极进行无害化处置与资源化利用，以获取碳素制品及氟化盐，其包括破碎系统、上料系统、焙烧系统、烟气处理系统及固体颗粒物处理系统；破碎系统用于将电解铝废阴极炭块破碎至颗粒料，并通过上料系统将颗粒料输送至焙烧系统；焙烧系统包括电煅炉，电煅炉的上端设有气体出料口，下端设有固体出料口；烟气处理系统与气体出料口连接，固体颗粒物处理系统与固体出料口连接。本申请提供的高温连续式处理系统对破碎后的电解铝废阴极炭块进行高温煅烧得到的高温电锻烟气及电解铝废阴极碳粒，并分别通过烟气处理系统及固体颗粒物处理系统进行处理，进而得到高品质的且具有经济附加值的氟化盐及碳素制品，该处理系统结构简单、操作方便，且具有能耗小、成本低、无害化处理彻底的特点，同时也能有效提高电解铝废阴极炭块的处理效率和资源化利用效率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。