本实用新型涉及一种铝电解槽废碳渣回收冰晶石的系统，属于电解铝废弃物处理技术领域。
背景技术：
铝电解槽废炭渣为电解铝生产过程中从阳极剥落的碳块掉入熔融电解质中并漂浮在其表面产生的废渣，主要成分为碳和电解质，其中电解质主要为冰晶石，冰晶石的重量百分比一般在40%~60%。冰晶石作为电解铝生产过程的助熔剂，使用时成本较高，从废炭渣中回收其中的冰晶石，用于返回电解槽作为助熔剂使用，可在一定程度上降低电解铝生产成本，并减少废渣排放对周围环境可能产生的负面影响。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种能够从铝电解槽废碳渣中回收冰晶石且回收率及纯度均较高的铝电解槽废碳渣回收冰晶石的系统。
为了实现以上目的，本实用新型的铝电解槽废碳渣回收冰晶石的系统的技术方案如下：
一种铝电解槽废碳渣回收冰晶石的系统，包括依次相连的浸出仓、浮选装置、固液分离装置。
本实用新型的铝电解槽废碳渣回收冰晶石的系统能够利用浮选法对铝电解槽废碳渣进行冰晶石的回收，能够针对废碳渣中冰晶石的含量及杂质成分，将废碳渣中的冰晶石彻底地浮选回收，能够大幅度提高废碳渣中冰晶石的回收率。本实用新型的铝电解槽废碳渣回收冰晶石的系统设置有浸出仓和浮选装置，使制浆、浸出工序在一个装置中进行，浮选在另一个装置中进行，避免了两个工序之间的相互影响，而且能够同时在两个装置中进行制浆浸出和浮选，提高了工艺的连续性，提高了回收处理效率。另外，制浆浸出工序和浮选工序分别在浸出仓和浮选装置中进行，也避免了每一次回收处理后均需对反应装置进行清洗以消除浮选机对制浆浸出工序的影响。
由于浮选过程中气体的产生导致工艺对装置的要求也有所区分，浮选装置为耐压装置或者在浮选装置上设置有排气装置，浸出仓则不需要上述设置。
所述浮选装置为依次相连的两个以上的浮选机构，所述浮选机构为浮选机或者浮选柱。优选的，所述浮选机构为四个依次相连的浮选机，能够进行“粗选-初步精选-再次精选-扫选”的浮选工艺，提高浮选效率，也提高冰晶石的纯度。相邻的两个浮选机之间连接有砂浆泵。
本实用新型的铝电解槽废碳渣回收冰晶石系统还包括反应仓，所述反应仓上设置有加酸口，所述浸出仓的出料口与所述浮选装置的加料口相连，所述浮选装置的出料口与固液分离装置的加料口相连，所述固液分离装置的固体出口与反应仓的加料口相连，反应仓的出料口连接固液分离装置的加料口。
所述固液分离装置包括第一固液分离装置和第二固液分离装置，第一固液分离装置的加料口与浮选装置的出料口相连，第一固液分离装置的固体出口与反应仓的加料口相连，反应仓的出料口与第二固液分离装置的加料口相连。第一固液分离装置为压滤机。第二固液分离装置为离心分离机。离心分离机的固体出口上连接有烘干机。烘干机上连接有吨包机。
本实用新型的铝电解槽废碳渣回收冰晶石系统还包括缓冲装置，所述浮选装置的上层泡沫浆料出口与缓冲装置加料口相连，缓冲装置的出料口与固液分离装置加料口相连。当浮选装置包括多个浮选机构时，每一个浮选机构的上层浆料出口均与缓冲装置的加料口相连。
缓冲装置包括第一缓冲池、第二缓冲池、第三缓冲池，第一缓冲池与最后一个浮选机的出料口相连，用来制备提纯浆料，第二缓冲池与每一个浮选机的上层泡沫出口相连，用来收集上层泡沫浆料。第三缓冲池的加料口与反应仓的出料口相连，第三缓冲池的出料口与第二固液分离装置的加料口相连。
本实用新型的铝电解槽废碳渣回收冰晶石系统还包括循环水池，所述循环水池的入水口与固液分离装置的液体出口相连，循环水池的出水口与反应仓的加料口相连。
本实用新型的铝电解槽废碳渣回收冰晶石系统还包括与浸出仓相连的输料装置，输料装置包括破碎机、块料仓、给料机、球磨机、粉料仓。
破碎机上连接有振动输送机，振动输送机上连接有原料输送带，原料经原料输送带送至振动输送机，由振动输送机送入破碎机。振动输送机上设置有除铁装置，用来除去原料中的铁块。破碎机下部设置有皮带输送机和滚动筛选机。
块料仓下部设置有给料机，给料机的出料端与球磨机的进料口相连，用以将块料仓中的小块块料输送至球磨机进行制粉。
本实用新型的铝电解槽废碳渣回收冰晶石系统还包括除尘装置，除尘装置能够将收集到的粉尘送入输料装置。
本实用新型的铝电解槽废碳渣回收冰晶石系统还包括储酸罐，储酸罐通过管道与加酸口相连。
浸出仓、反应仓、缓冲装置中均设置有搅拌器。浸出仓、反应仓中均设置有控温装置，包括温度探杆和温度控制器，用以对反应仓内的物料的温度进行探测和控制。
本实用新型的铝电解槽废碳渣回收冰晶石系统还包括监测控制系统。块料仓和粉料仓顶部均设置有漫反射测距仪。漫反射测距仪用以检测仓内的物料高度，并通过监测控制系统换算为仓内的物料质量。浸出仓、反应仓、循环水池、缓冲装置、破碎机、块料仓、球磨机、拆包机、储酸罐、压滤机、离心分离机、烘干机、吨包机、原料输送带、振动输送机、皮带输送机、混动筛选机、螺旋输送机、除尘器、给料机的进出口及其之间的连接管道上均设置有电动阀，电动阀与监测控制系统相连，用以控制各个电动阀的开启和关闭。
本实用新型的铝电解槽废碳渣回收冰晶石的装置能够对铝电解槽废碳渣中的大部分冰晶石进行回收再利用，按照废碳渣中冰晶石的平均含量为40~60%计算，目前市场上冰晶石的平均价格在5000元以上，以每年处理4000吨废碳渣计算，生产成本1000元/吨，则每年的产值在800万以上，利润在400万以上。得到的废碳渣再生得到的冰晶石可以直接回用到电解铝生产过程中，也可用作制造玻璃和搪瓷的遮光剂等。进一步的，浮选得到的碳泥可用作燃料和碳素厂的原料使用。此外，产生的废水可循环使用，且不影响产品质量，既节约成本，又符合环境保护的要求。
本实用新型的铝电解槽废碳渣回收冰晶石的方法包括：
将废碳渣粉料与水混合，得待浮选浆料，使用浮选剂对待浮选浆料进行浮选后，得上层泡沫浆料和下层浆料；将下层浆料脱水，即得冰晶石。
本实用新型的铝电解槽废碳渣回收冰晶石的方法先将废碳渣粉料与水制成浆料，使可溶性杂质尽量溶出，然后通过浮选，将浆料浮选为上层泡沫泥浆和下层浆料，将浆料中的杂质尽可能地除去，得到的冰晶石的纯度也非常高，而且，本实用新型的方法能够将废碳渣中的冰晶石最大程度地回收再利用，回收率较高。
上述待浮选浆料转移至浮选装置中进行浮选。
上述废碳渣粉料与水混合后搅拌10min，可以提高二者的混合均匀程度。一般的，加水的量大于废碳渣质量的10倍以上，优选的，废碳渣与水的质量比为1:10-20。
所述浮选为两级以上的浮选，且至少有两级浮选所用的浮选剂不同。
所述两次以上的浮选为四次浮选。四级浮选的步骤为：向待浮选浆料中加入第一浮选剂进行一级粗选，得第一上层泡沫浆料和第一下层浆料，向第一下层浆料中加入第二浮选剂进行二级精选，得第二上层泡沫浆料和第二下层浆料，向第二下层浆料中加入第三浮选剂进行三级精选，得第三上层泡沫浆料和第三下层浆料，向第三下层浆料中加入第四浮选剂进行四级扫选，得第四上层泡沫浆料和第四下层浆料。通过一级粗选、二级精选、三级精选及四级扫选之后，废碳渣浆料中的碳及其他杂质均通过上层泡沫浆料除去，提高了冰晶石的回收率和回收冰晶石产品的纯度。优选的，四级浮选所用的浮选机都不同。
每一次浮选后上层泡沫浆料与下层浆料分离并从浮选装置中排出。
所述浮选剂包括捕收剂和起泡剂，所述捕收剂为煤油、柴油、XF-3型捕收剂中的任意一种。所述起泡剂为2号油、松醇油、樟脑油、甲醇、吡啶、BK-201型起泡剂中的任意一种。
浮选剂的加入量为依靠浮选剂的加入速度及时间来控制。一般的，浮选剂逐滴加入，在1吨的浆料中每分钟加入30-180mL浮选剂。加入速度为3-6mL/（min·t），滴加的时间为10-30min。
每一级浮选时间在10min以上，一般的优选为10-30min。进一步优选的，一级粗选的时间为30min，二级精选的时间为20min，三级精选的时间为10min，四级扫选的时间为10min。
将第一上层泡沫浆料、第二上层泡沫浆料、第三上层泡沫浆料、第四上层泡沫浆料合并，脱水，得碳泥。从上层泡沫浆料中提取碳泥，实现了废碳渣的进一步再利用。
为了进一步对冰晶石粗品进行提纯，将最终得到的下层浆料加水，制成提纯浆料，加入酸，浸出，脱水，得到冰晶石。所述最终得到的下层浆料与水的质量比为1:3-5。所述浸出的时间为10-30min，优选为30min。所述酸为盐酸。所述盐酸的质量分数优选为8-10%。盐酸的加入量以调节浆料pH为4-6为宜。
所述脱水为过滤或者离心分离。
本实用新型的铝电解槽废碳渣回收冰晶石的方法能够将废碳渣中的冰晶石彻底回收，回收率超过90%，而且回收效率非常高，适合于大规模处理铝电解废渣。本实用新型最终得到的冰晶石的纯度高达91.3%。
附图说明
图1为本实用新型的铝电解槽废碳渣回收冰晶石系统的实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型的技术方案进行进一步的说明。
本实用新型的铝电解槽废碳渣回收冰晶石系统的实施例：
如图1所示，本实施例的铝电解槽废碳渣回收冰晶石系统包括依次相连的输料装置、浸出仓101、反应仓102、浮选装置、固液分离装置，反应仓102上设置有加酸口。浮选装置包括依次相连的四个浮选机：第一浮选机104、第二浮选机105、第三浮选机106、第四浮选机107，相邻两个浮选剂之间设置有渣浆泵，渣浆泵通过管道与浮选机相连，每一个浮选机均包括四个浮选槽，浸出仓101的出料口与第一浮选机的加料口相连。
固液分离装置包括第一固液分离装置和第二固液分离装置，第一固液分离装置为压滤机，本实施例中为第一板式压滤机201和第二板式压滤机202，第二固液分离装置为离心分离机，本实施例中为卧式离心分离机203。
本实施例的铝电解槽废碳渣回收冰晶石系统还包括缓冲装置，缓冲装置包括三个缓冲池：第一缓冲池401、第二缓冲池402、第三缓冲池403，三个缓冲池上均设置有搅拌装置。第一缓冲池的加料口与第一板式压滤机的固体出口相连，第一板式压滤机的加料口与第四浮选机的出料口相连，同时第一缓冲池的出料口通过渣浆泵103与反应仓102的加料口相连。四个浮选机上均设置有泡沫浆料出口，用以将浮选后的上层泡沫浆料排出。第二缓冲池的加料口分别通过渣浆泵与四个浮选机的泡沫浆料出口相连，第二缓冲池的出料口与第二板式压滤机的加料口通过渣浆泵相连。第三缓冲池的加料口与反应仓102的出料口相连，第三缓冲池的出料口与卧式离心分离机相连。卧式离心分离机的固体出口上依次连接有烘干机5、第四提升机7、吨包机6，以将得到的冰晶石进行干燥、打包。从第四浮选机出料口出来的下层浆料进入第一板式压滤机，脱水后的料渣送入第一缓冲池，加3-5倍质量的水制成料浆，送入反应仓102，加酸搅拌除杂后送入第三缓冲池，经卧式离心分离机分离后进行烘干、打包。
本实施例的铝电解槽废碳渣回收冰晶石系统还包括循环水池8，循环水池的入水口与板式压滤机和卧式离心分离机的液体出口均相连，循环水池的出水口与浸出仓101的加料口相连，或者也可以在浸出仓101上设置加水口，并与循环水池的出水口相连。
输料装置包括破碎机304、块料仓308、给料机309、球磨机306、粉料仓307，破碎机上连接有振动输送机302，振动输送机上连接有原料输送带301，原料经原料输送带送至振动输送机，由振动输送机送入破碎机，振动输送机上设置有除铁装置303，用来除去原料中的铁块，破碎机为箱式破碎机，破碎机下部设置有皮带输送机305和滚动筛选机306，滚动筛选机用于输送和筛分破碎后的块料并能够将杂物除去，对块料的筛分是将混杂在原料中的其他废物如编织袋、玻璃瓶等从块料中筛分分离开来，滚动筛选机上通过第一提升机307与块料仓相连，用以将滚动筛选机筛分后的块料输送至块料仓，块料仓下部设置有给料机309，给料机的出料端与球磨机的进料口相连，用以将块料仓中的块料输送至球磨机进行制粉，本实施例中的给料机为电磁给料机；球磨机上设置有磨头筛，球磨机上连接有第三螺旋输送机，第三螺旋输送机上连接有第二提升机310，第二提升机与粉料仓相连，粉料仓通过第三提升机311与浸出仓101相连。
第一提升机上连接有第一螺旋输送机，第一螺旋输送机上连接有第一除尘器312，第一除尘器收集的粉尘经螺旋输送机送入第一提升机；第三螺旋输送机上连接有第二螺旋输送机，第二螺旋输送机上连接有第二除尘器313，第二除尘器收集的粉尘经第二螺旋输送机送入第三螺旋输送机。本实施例的铝电解槽废碳渣回收冰晶石系统还包括除尘管道，振动输送机、破碎机、皮带输送机、电磁给料机、球磨机、浸出仓101、反应仓102均与除尘管道相连，第一除尘器、第二除尘器也与除尘管道314相连，经过除尘器处理后的无尘空气经风机315送入烟囱排放至大气。
第一提升机、第二提升机、第三提升机、第四提升机均可以为现有技术中的提升机，本实施例中均为斗式提升机。第一除尘器、第二除尘器均可以为现有技术中的除尘器，本实施例中均为脉冲除尘器。
本实施例的铝电解槽废碳渣回收冰晶石系统还包括储酸罐9，储酸罐通过管道与反应仓102上的加酸口相连。
浸出仓101、反应仓102中均设置有搅拌器。
块料仓和粉料仓顶部均设置有漫反射测距仪，用以检测仓内的物料高度，并通过监测控制系统换算为仓内的物料质量。浸出仓、反应仓、循环水池、缓冲池、破碎机、块料仓、球磨机、储酸罐、压滤机、离心分离机、烘干机、吨包机、皮带输送机、滚动筛选机、螺旋输送机、除尘器、提升机、给料机的进出口及其之间的连接管道上均设置有电动阀，电动阀与监测控制系统相连，用以控制各个电动阀的开启和关闭。浸出仓101与循环水池之间的电动阀为单向阀。
浸出仓101、反应仓102的侧壁上以及粉料仓的底部均设置有取样口，用以取样检测。
本实施例的铝电解槽废碳渣回收冰晶石系统还包括温度控制系统，温度控制系统包括分别设置在浸出仓101、反应仓102中的温度探杆和加热装置以及与其相连的温度控制器。
本实施例的铝电解槽废碳渣回收冰晶石系统在使用时，废碳渣经过破碎机破碎、筛选后进入块料仓，经给料机送入球磨机球磨制粉，并由提升机送入粉料仓。第一除尘器、第二除尘器中收集的粉尘分别送入对应的提升机和螺旋输送机。粉料进入浸出仓，制浆，然后进入第一浮选机进行浮选，浮选后产生的上层泡沫浆料和下层浆料分离后，下层浆料进入第二浮选机进行浮选，产生上层泡沫浆料和下层浆料，依次类推，在第四浮选机中浮选产生上层泡沫浆料和下层浆料，第四浮选机中产生的下层浆料进入板式压滤机，脱水后的料渣送入第一缓冲池，加3-5倍质量的水配成料浆，送入反应仓，加酸搅拌浸出后送入第三缓冲池，经卧式离心分离机分离后进行烘干、打包。卧式离心分离机和板式压滤机液体出口出来的水送入循环水池，进行重复利用。各级浮选机中得到的上层泡沫浆料合并后进入第二缓冲池，经压滤机脱水后得到碳泥。
在本实用新型的铝电解槽废碳渣回收冰晶石系统的其他实施例中，第三缓冲池的加料口与第四浮选机的出料口相连，在不需要对冰晶石进行进一步加酸除杂时，第四浮选机浮选后的浆料直接进入第三缓冲池，并由卧式离心分离机脱水。在其他实施例中，第四浮选机的出料口直接与反应仓的加料口相连。
在其他实施例中，多级浮选装置中的浮选机的数量可以为两个、三个或者五个以上。
在其他实施例中，固液分离装置仅为一个卧式离心分离机，所有的固液分离均在该离心分离机中进行。当然也可以设置多个板式压滤机或者多个卧式离心分离机或者多个板式压滤机与多个卧式离心分离机同时使用。
在其他实施例中，缓冲装置为缓冲筒。在其他实施例中，缓冲装置的数量可以为两个，仅包括第一缓冲池和第二缓冲池。或者仅为一个，用来收集各级浮选机浮选产生的上层泡沫浆料。在其他实施例中，也可以不包括缓冲装置，浆料直接送入下一工序对应的设备即可。
在其他实施例中，循环水池的出水口不与浸出仓的加料口相连，最终过滤得到的滤液收集后进行其他方式处理，浸出仓中需要的水通过其他方式加入。在其他实施例中，不设置循环水池。在其他实施例中，不包括烘干机和吨包机。
在其他实施例中，视大修渣原料的颗粒情况，输料装置可以不包括破碎机或者球磨机中的一个。在其他实施例中，回收系统可以不包括除尘器、除尘管道、除铁装置、循环水池。
本实用新型的铝电解槽废碳渣回收冰晶石的方法包括如下步骤：
1）将废碳渣原料经原料输送带输送至振动输送机，经过振动输送机上的除铁装置除去原料中的铁块，由振动输送机送入破碎机进行破碎，将破碎后的原料块进行筛选，直径不大于20mm的小块原料经提升机送入块料仓，直径大于20mm的大块原料送回破碎机继续破碎；块料仓中的小块原料经电磁振动给料机送入球磨机进行球磨制成原料细粉，筛分，筛出铝块、铁块等杂质后的原料细粉经第一螺旋输送机输送至第一提升机，由第一提升机提升送入粉料仓；
2）在浸出仓中加入水，将粉料仓中的粉料送入浸出仓中，与水混合制成浆料，并搅拌10min混匀，制得待浮选浆料；粉料与水的质量比为1:3-5；
3）向步骤2）中得到的待浮选浆料中以3mL/（min·t）的速度逐滴计量加入第一浮选剂进行一级粗选，粗选时间为30min，得第一上层泡沫浆料和第一下层浆料，向第一下层浆料中以3mL/（min·t）的速度逐滴计量加入第二浮选剂进行二级精选，精选时间为20min，得第二上层泡沫浆料和第二下层浆料，向第二下层浆料中以3mL/（min·t）的速度逐滴计量加入第三浮选剂进行三级精选，精选时间为10min，得第三上层泡沫浆料和第三下层浆料，向第三下层浆料中以3mL/（min·t）的速度逐滴计量加入第四浮选剂进行四级扫选，扫选时间为10min，得第四上层泡沫浆料和第四下层浆料；
第一浮选剂由质量比为1:1的捕收剂和起泡剂组成，捕收剂为煤油，起泡剂为2号油；第二浮选剂由质量比为1:1的捕收剂和起泡剂组成，捕收剂为柴油，起泡剂为松醇油；第三浮选剂由质量比为1:1的捕收剂和起泡剂组成，捕收剂为柴油，起泡剂为甲醇；第四浮选剂由质量比为1:1的捕收剂和起泡剂组成，捕收剂为XF-3型捕收剂，起泡剂为BK-201型起泡剂；
4）将步骤3）中得到的第四下层浆料经压滤机压滤后，加3倍质量的水搅拌制成浆料，送入反应仓中，加入8%的盐酸调节浆料的pH为5，搅拌浸出30min，使其中的可溶性Fe、Si等杂质溶出，将混合浆料送入卧式离心分离机进行脱水，脱水后的固体送入烘干机进行干燥后经吨包机打包得到冰晶石产品；
合并第一、二、三、四上层泡沫浆料，经压滤机压滤后得到碳泥。
上述卧式离心分离机和压滤机中产生的滤液均送入循环水池中作为水循环利用。
经检测，本实施例的冰晶石回收率达到91.6%，冰晶石的纯度达到94.6%。
本实用新型的铝电解槽废碳渣回收冰晶石的装置能够对铝电解槽废碳渣中的大部分冰晶石进行回收再利用，按照废碳渣中冰晶石的平均含量为40~60%计算，目前市场上冰晶石的平均价格在5000元以上，以每年处理4000吨废碳渣计算，生产成本1000元/吨，则每年的产值在800万以上，利润在400万以上。得到的废碳渣再生得到的冰晶石可以直接回用到电解铝生产过程中，也可用作制造玻璃和搪瓷的遮光剂等。浮选得到的碳泥可用作燃料和碳素厂的原料使用，此外产生的废水可循环使用，且不影响产品质量，既节约成本，又符合环境保护的要求。