一种铝电解废碳渣的无害化处理方法与流程

本发明涉及废旧资源回收利用技术领域，特别是涉及一种铝电解废碳渣的无害化处理方法。

背景技术

铝作为国民经济发展的基础原材料之一，其应用十分广泛。铝通常是采用冰晶石-氧化铝熔盐电解法生产的，在此过程中，以熔融冰晶石作为熔质，以氧化铝作为熔质，以碳素体作为阳极，以铝液作为阴极，通过直流电的作用，使电解质中的氧化铝与碳反应，生成铝和二氧化碳。

预焙阳极炭块是以石油焦、沥青焦为骨料，煤沥青为粘结剂经煅烧、配料、混捏、成形、焙烧工艺后而生产的炭块，作预焙铝电解槽的阳极材料。这种炭块经过焙烧后，具有稳定的几何形状，并作铝电解槽的阳极，故称预焙阳极炭块，习惯上又称铝电解用炭阳极。预焙阳极炭块是预焙阳极铝电解槽的重要组成部分，其在铝电解过程中的主要作用为：参与铝电解过程中的电化学反应并把直流电流导入电解槽内；维持铝电解过程中的热平衡；维持铝电解过程中电磁场的相对稳定与平衡，尽力使电流分布均匀。

但炭阳极的生产质量和铝电解过程中各技术条件的不稳定等因素，使得铝电解过程中炭阳极出现部分掉渣、脱落等情况而进入电解质中，影响铝电解槽的良好运行。为此，在铝电解的过程中，需要定期或不定期的对铝电解槽电解质中的炭渣进行打捞，或者在更换阳极及出铝的过程中，对铝电解槽电解质中的炭渣进行打捞。

一般情况下，每吨铝所产生的碳渣约为10～30kg，我国是世界电解铝生产大国，2017年我国电解铝产量为3329万吨，约占世界电解铝总产量的55%，年产炭渣量约为333～1000吨。从铝电解槽中打捞出来的炭渣主要化学成分为碳、冰晶石、氟化钠、氟化铝、氟化钙、氟化镁、氟化锂、氟化钾和氧化铝等。

这些含有氟化物的碳渣，铝电解槽的废炭阴极和残炭阳极目前大都采用自然堆放、掩埋等处理方式，对环境和地下水产生污染严重，还造成资源的浪费。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种铝电解废碳渣的无害化处理方法，能够解决现有铝电解废炭渣存在的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种铝电解产生的废碳物质的无害化处理方法，利用赤泥和/或铁矿砂对废炭物质进行熔炼，生成铸铁和无害化的熔渣；包括如下步骤：

（1）破碎处理：将废炭物质利用破碎机破碎至一定粒径备用；

（2）混合：将破碎后的废炭物质与赤泥或铁矿砂中的至少一种按重量比例混合均匀；

（3）还原熔炼：将步骤（2）中得到的混合物料置入冶金炉中，经还原熔炼，得到铸铁和无害化的熔渣，所述熔渣作为生产水泥或建材的原料。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（1）中，所述粒径为500μm～25cm。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（2）中，将废炭物质与赤泥混合，且所述废炭物质与赤泥的重量比为1:3～1:30，其中，所述赤泥中fe2o3的含量为25～80wt%。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（2）中，将废炭物质与铁矿砂混合，且所述废炭物质与铁矿砂的重量比为1:6～1:20，其中，所述铁矿砂中fe2o3的含量为40wt%以上。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（2）中，将废炭物质与赤泥和铁矿砂的混合物混合，且所述废炭物质与赤泥和铁矿砂的混合物的重量比为1:7～1:25，其中，所述赤泥和铁矿砂的混合物中fe2o3的含量为35～80%。

在本发明一个较佳实施例中，所述废炭物质为电解质中的废碳渣或废碳渣与废阴极炭块和/或残炭阳极的混合物。

在本发明一个较佳实施例中，所述废碳渣与废阴极炭块或残炭阳极的混合物中，废阴极炭块或残炭阳极的添加量小于所述废碳渣添加量的5wt%。

在本发明一个较佳实施例中，所述废碳渣与废阴极炭块和残炭阳极的混合物中，废阴极炭块和残炭阳极的混合物的添加量小于所述废碳渣添加量的5wt%。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（3）中，所述还原熔炼的工艺条件为：温度1950～2000℃，时间为3～5h。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（3）中，所述冶金炉包括高炉、竖炉、回转窑、隧道炉或和还原炉。

本发明的有益效果是：本发明一种铝电解产生的废碳物质的无害化处理方法，通过将铝电解产生的废碳物质与制备氧化铝产生的高含铁物质混合，经高温还原进行无害化处理，该处理方法实现了资源的合理化利用，产生了巨大的经济效益；另一方面，将有毒有害的废弃物进行无害化转化，解决了环境污染问题，节约了巨大的废弃物处理成本，产生了巨大的经济效益和社会效益；本发明实现了低成本的环保、节能和废物的综合利用，市场前景广阔。

附图说明

图1是本发明一种铝电解产生的废碳物质的无害化处理方法一较佳实施例的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

本发明实施例包括：

本发明揭示了一种铝电解产生的废碳物质的无害化处理方法，其以铝电解槽生产过程中产生的含氟化物和氧化铝的废碳渣（也可添加一定数量的铝电解槽废炭阴极或残炭阳极），按照一定的粒度要求，经破碎后，与一定数量的氧化铝生产过程中产生的高铁含量的赤泥、铁矿砂或赤泥与铁矿砂的混合物混合均匀，在冶金还原炉内经过还原熔炼，在该还原熔炼反应过程中，废碳渣（也可添加一定数量的铝电解槽废炭阴极或残炭阳极）中的含碳物质作为还原剂，碳渣中的氟化物、氧化铝以及赤泥中的含碱物质作为助熔剂（约占各物料总量的1～16wt%），赤泥和/或铁矿砂中的金属氧化物，主要是氧化铁作为氧化剂，经过高温处理，使得金属氧化物被氧化成为相应的金属，其中主要为含量较高的铸铁，含碳物质被还原为二氧化碳或一氧化碳释放，助溶剂及其他物质形成了无害化的熔盐氧化物熔体，即无害化的熔渣，这些无害化的熔渣可以与赤泥或无害的槽内衬材料混合，制成新的耐火材料及制砖等建材，也可以作为生产水泥的原料等。

实施例1

（1）破碎处理：将废碳渣利用破碎机破碎至粒径500μm～25cm，备用；

（2）混合：将破碎后的废碳渣与赤泥按1:3～1:30的重量比混合，赤泥中fe2o3的含量为25～80wt%；

（3）还原熔炼：将步骤（2）中得到的混合物料置入冶金炉中，在1950～2000℃的温度下经还原熔炼3～5h，得到铸铁和无害化的熔渣，得到的无害化熔渣可以作为生产水泥的原料，也可以作为生产建筑材料的原料，如耐火材料、砖等。

其中，所用冶金炉包括高炉、竖炉、回转窑、或隧道炉和还原炉。

实施例2

与实施例1的区别在于，所述步骤（2）中，将破碎后的废碳渣单独与铁矿砂按1:6～1:20的重量比混合，铁矿砂中fe2o3的含量为40wt%以上。

实施例3

与实施例1的区别在于，所述步骤（2）中，将破碎后的废碳渣与赤泥和铁矿砂的混合物按1:7～1:25的重量比混合，所述赤泥和铁矿砂的混合物中fe2o3的含量为35～80%。

实施例4

与实施例1-3的区别在于，所述废碳渣中还添加有废阴极炭块，且废阴极炭块的添加量小于所述废碳渣添加量的5wt%。

实施例5

与实施例1-3的区别在于，所述废碳渣中还添加有残炭阳极，且残炭阳极的添加量小于所述废碳渣添加量的5wt%。

实施例6

与实施例1-3的区别在于，所述废碳渣中还添加有废阴极炭块和残炭阳极的混合物，且废阴极炭块和残炭阳极的混合物的添加量小于所述废碳渣添加量的5wt%。

目前，国内处理铝电解槽生产过程中产生的废炭渣成本在1000元/t左右，国家对固体废物排污收费标准为1000元/t，国内填埋成本2200元/t。

以一个产量为100万吨/年的电解铝厂为例，至少可产生的经济效益为：

①铝电解过程中年产生废炭渣在1～3万吨，平均按照年产生2万吨炭渣计算，则国家对固体废物排污收费为2000万元，填埋处理成本4400万元，两项合计需6400万元；即采用本发明，年可节约万元。

②采用本发明，年可处理赤泥约200万吨，节省排污费2.0亿元，年节省赤泥处理维护成本约1.0亿元；即全年可节省3.0亿元。

③因处理了高铁含量赤泥和铁矿砂等，年可回收生铁约10万吨，以每吨生铁1200元计算，年创经济效益1.2亿元。

④本发明产生的无害熔渣可生产水泥、耐火材料和建材等，产生的经济效益也非常显著。

综上，如果全国电解铝工业产生的废炭渣的处理采用本发明，年创经济效益至少在169亿元的巨大经济效益；与此同时解决了铝电解槽生产过程中产生的废炭渣和赤泥的污染问题，解决了世界性难题，其社会效益十分显著。

本方法不仅有效处理了铝电解槽生产过程中产生的废炭渣的难题，同时也处理了一部分高铁含量赤泥问题，同时解决了处理铝电解槽废炭渣和氧化铝生产过程中产生的赤泥两大世界难题，不仅解决了环境污染问题，而且有效地将两大废毒物质转化为宝的无害化处理，实现了低成本的环保、节能和废物的综合利用，具有巨大的经济效益和显著的社会效益。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。