一种酸法氧化铝打壳下料和烟气分离一体化装置和方法与流程

文档序号:19117038发布日期:2019-11-13 01:16阅读:194来源:国知局
一种酸法氧化铝打壳下料和烟气分离一体化装置和方法与流程

本发明涉及铝电解技术领域,尤其涉及一种酸法氧化铝打壳下料和烟气分离一体化装置和方法。



背景技术:

目前hall-héroult熔盐电解法仍然是工业炼铝的主要方法。氧化铝作为铝电解槽熔体的主要原料,优化它的下料装置结构有利于铝电解良好稳定的生产。由于铝电解槽目前使用的打壳下料装置采用的是打壳和下料分开进行的方式,先打壳,后下料,使得氧化铝扬尘更大,设备和操作相对比较复杂,并且下料定位不够准确,部分氧化铝无法精确进入火眼。

在铝电解槽上部,氧化铝会堆积形成壳面,既能对铝电解进行保温,又可以防止氟化物等大量排出而污染环境。但是每次打壳后形成的下料孔,也即火眼,会使得气体从下料孔溢出,进而排放到外部车间环境中,既会损害到工作人员的身体健康,又会污染环境,不符合当前环境保护的政策需要。

当前,根据我国独特的铝行业现状,研究出了“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化铝的新工艺,该工艺得到的酸法氧化铝在物化性质、溶解特性和对氟化氢气体的吸附能力等方面都和传统的碱法氧化铝存在一定的差异,针对这些差异,亟需考虑如何来调整现行工厂设备来适应酸法氧化铝的特性,从而更好的发挥酸法氧化铝的特性,优化电解生产。

中国发明专利cn107653460a公开了一种铝电解槽打壳下料一体化装置,该装置实现了铝电解槽中打壳机构和下料机构的一体化,然而该机构并非针对酸法氧化铝而设计,且也不能解决打壳后火眼排出的烟气对于环境和人员有较大危害的问题。



技术实现要素:

有鉴于此,本发明提供一种酸法氧化铝打壳下料和烟气分离一体化装置和方法,本发明的装置将酸法氧化铝的打壳、下料和烟气分离融为一体,简化了设备结构,且在打壳和下料过程中能收集分离打壳过程中逸出的烟气,减少对环境和操作人员的危害;而且利用该装置,还能使得酸法氧化铝物料和烟气逆流接触,不仅有助于下料的均匀和稳定,而且利于烟气的净化。

本发明为达到其目的,提供如下技术方案:

本发明一方面提供一种酸法氧化铝打壳下料和烟气分离一体化装置,包括料箱、下料筒、下料室、集气罩、烟气室、传动机构、动力机构和打壳头,其中,

所述下料筒的内腔由上至下依次分隔成至少两个下料腔室,各下料腔室底部均设有下料口,且所述下料腔室通过其底部的下料口和位于其下方的相邻下料腔室相连通;

所述料箱设于所述下料筒上方,所述料箱底部设有和该料箱相邻的下料腔室相连通的下料口;所述下料室设于所述下料筒下方,和所述下料室相邻的下料腔室通过其底部的下料口与该下料室连通,所述下料室底部设有投料口;

所述传动机构贯穿各个所述下料口,且所述传动机构在所述动力机构的驱动下能相对所述下料筒上下运动,在上下运动过程中,所述传动机构能关闭或打开各个所述下料口,且相邻两个下料口之一被关闭或打开时,另一个下料口相应的被打开或关闭;所述打壳头安装于所述传动机构底部并能随所述传动机构向下运动而运动至所述投料口的下方;

所述集气罩设于所述下料室外围,集气罩的底部开有烟气集气口,下料室侧壁设有和集气罩连通的烟气入口;与所述料箱相邻的下料腔室的上部设有烟气出口,所述烟气室与所述烟气出口连通。

通过传动机构的上下运动,来控制上下设置的各个下料口的开闭,酸法氧化铝物料和烟气能双向对流接触,使得下料过程更加均匀、稳定,下料口不容易堵塞,大大提高下料过程的流畅连续性。烟气主要从打壳头打壳后的火眼冒出,通过集气罩收集火眼烟气,在传动机构的上下运动(打壳和下料)过程中和物料进行多次接触,二者均匀混合和热传递,酸法氧化铝物料能吸附烟气中的有害物质,净化烟气,而烟气又能提高酸法氧化铝物料的温度,干燥物料;同时两者的对流强化了物料的流动性,有利于酸法氧化铝在电解槽中的溶解扩散,提高了电解过程的稳定性。

一些实施方式中,所述传动机构包括传动杆和设于传动杆上的一组下料口调节件,所述一组下料口调节件包括分别与各个所述下料口相适配的多个下料口调节件,所述传动杆在所述动力机构驱动下能相对所述下料筒上下运动,且所述一组下料口调节件在所述传动杆上下运动过程中能关闭或打开各个所述下料口,并使得相邻两个下料口之一被关闭或打开时,另一个下料口相应的被打开或关闭。

一些实施方式中,所述下料口的开口处呈圆柱形,所述下料口调节件包括与所述下料口相适配的圆柱形本体,所述圆柱形本体的顶部端面或底部端面设有圆台。采用这样的结构,一方面能保证传动杆的移动畅通,下料口调节件能与下料口完全契合;另一方面,当传动杆运动时,会有轻微横向移动,而圆台为变径结构,其轴径由小变大或由大变小,可以保证传动杆轻微移动不会导致下料过程卡顿,可以调整下料口调节件与下料口的契合过程。而圆柱形本体则利于保证下料口与下料口调节件契合完全,不会漏料、积料。

一些实施方式中,和所述料箱相邻的下料腔室设置为用于控制酸法氧化铝单次下料量的定容下料腔室。

一些实施方式中,所述料箱的底部和/或除了所述定容下料腔室之外的其他下料腔室的底部分别设有下料缓冲挡板,所述下料缓冲挡板上设有作为所述下料口的开口,所述下料缓冲挡板呈斜坡状,并使得下料缓冲挡板所围绕的区域逐渐向着设于该下料缓冲挡板上的下料口缩窄。斜坡状的下料缓冲挡板具有缓冲作用,通过斜坡,使得氧化铝物料速度减缓,分散更均匀,同时不易堵塞下料口;同时还利于控制下料口的下料量。

一些实施方式中,所述下料缓冲挡板的坡度为30-60°。

一些实施方式中,所述料箱的上部为内径上大下小的圆台形,所述料箱的下部为圆柱形,方便物料的下落。

一些实施方式中,所述烟气入口设于所述下料室侧壁的上部。

一些实施方式中,所述下料室内腔的下部至所述下料室的底部的投料口呈逐渐缩窄的趋势。采用这样的结构,使得氧化铝下料范围更加接近打壳口(即火眼),利于将氧化铝直接投入打壳后形成的火眼内,能够减小氧化铝的损失和扬尘。

本发明还提供一种铝电解槽,所述铝电解槽安装有上文所述的酸法氧化铝打壳下料和烟气分离一体化装置。

本发明还提供一种利用上文所述的酸法氧化铝打壳下料和烟气分离一体化装置进行酸法氧化铝打壳下料和烟气分离的方法,所述方法包括如下步骤:

所述传动机构在所述动力机构的驱动下相对所述下料筒向下运动,所述打壳头随所述传动机构向下运动而运动至所述投料口的下方,并在用于电解酸法氧化铝的铝电解槽内的氧化铝结壳上打孔,烟气从打孔所形成的火眼中逸出;

所述集气罩收集所述烟气,所述烟气经所述下料室侧壁的烟气入口从集气罩进入所述下料室;

所述传动机构在所述动力机构的驱动下相对所述下料筒上下运动过程中,料箱及各个下料腔室的所述下料口分别被打开或关闭,且相邻两个下料口之一被关闭或打开时,另一个下料口相应的被打开或关闭,使得料箱中的酸法氧化铝物料随着各个所述下料口的打开而逐步向下流动,且使得流动至下料室内的烟气随着各个所述下料口的打开而逐步向上流动;当位于相邻的两个下料腔室之间的下料口被打开时,其中位于下方的下料腔室中的向上流动的烟气与位于上方的下料腔室中的向下流动的酸法氧化铝物料逆流接触;

当烟气流动至与料箱相邻的下料腔室时,经该下料腔室的上部设有的烟气出口进入所述烟气室;当酸法氧化铝物料流动至与下料室相邻的下料腔室时,经该下料腔室的下料口流入所述下料室,并与由下料室经该下料腔室的下料口向上流动的烟气进行逆流接触,之后经所述下料室的投料口落至所述铝电解槽内。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果:

1、本发明提供了一种适合于酸法氧化铝特性的酸法氧化铝打壳下料和烟气分离一体化装置,利用该装置,具有下料速度平稳、酸法氧化铝容易分散均匀的特点;结合定容下料腔室的设计,容易精准下料;利用该装置还能净化烟气,该装置将酸法氧化铝的打壳、下料、烟气分离一体化,简化了装置结构,优化了下料过程。

2、利用本发明的装置,在打壳、下料过程中,酸法氧化铝物料和烟气双向对流,既能净化烟气,又能干燥物料并提高物料温度,同时通过气流对冲,增强物料流动性,使得物料进入电解槽后溶解和扩散速率更快,提高了电解过程的稳定性。下料室用于将物料通入电解槽内,同时还起到控制烟气总量的作用,从而能更有效的控制烟气和物料的流动和接触效果。

3、本发明装置,能很好的利用酸法氧化铝松装密度较小,颗粒较轻,流动性更好的特点,通过传动杆的运动,酸法氧化铝物料和烟气双向对流,使得下料过程更加均匀、稳定,下料口不容易堵塞,大大提高下料过程的流畅连续性。

附图说明

图1是一种实施方式中酸法氧化铝打壳下料和烟气分离一体化装置在打壳状态时的示意图;

图2是一种实施方式中酸法氧化铝打壳下料和烟气分离一体化装置在下料状态时的示意图;

图3是一种实施方式中酸法氧化铝打壳下料和烟气分离一体化装置在铝电解槽内部的安装示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案,下面结合实施例进一步阐述本发明的内容,但本发明的内容并不仅仅局限于以下实施例。

文中如出现“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等方位词语,均为基于附图的方位。

本发明提供的酸法氧化铝打壳下料和烟气分离一体化装置,参见附图1-2,主要包括料箱2、下料筒32、下料室10、集气罩12、烟气室15、传动机构33、动力机构1和打壳头13。

下料筒32的内腔由上至下依次分隔成至少两个下料腔室(例如下料腔室6、8),例如两个下料腔室、三个下料腔室或更多个下料腔室。各个下料腔室底部均设有下料口,例如下料口24、25,而且在相邻两个下料腔室中,位于上方的下料腔室6通过其底部的下料口24和位于其下方的相邻下料腔室8相连通。

料箱2设于下料筒32的上方,料箱2底部设有下料23口,并通过该下料口23和位于该料箱2下方的并与其相邻的下料腔室6(即下料筒最上层的下料腔室)相连通。料箱2用于接收外部输入的酸法氧化铝物料,并向下料筒32内供应酸法氧化铝,这些酸法氧化铝通过料箱2底部的下料口23向下供应。一些优选实施方式中,料箱2的上部为内径上大下小的圆台形,便于物料加入,料箱的下部为圆柱形,方便物料的下落。

下料室10设于下料筒32下方,位于该下料室10上方的与之相邻的下料腔室8(即位于下料筒的最下层的下料腔室),通过其底部的下料口25和该下料室10相连通。在下料室10的底部设有投料口27。

传动机构33贯穿各个下料口23、24、25而设置。传动机构33和动力机构1相连,动力机构1用于驱动传动机构33工作,为其提供动力,动力机构1例如为气缸驱动机构等本领域常规的动力机构,此为本领域技术人员所熟知的技术,不作赘述。传动机构33在动力机构1的驱动下能相对下料筒32上下运动,并且在上下运动过程中,传动机构33能关闭或打开各个下料口23、24、25。具体的,传动机构33包括传动杆3和设于传动杆3上的一组下料口调节件。所述一组下料口调节件所包括的下料调节件的数目与下料口的数目相匹配,且各个下料口调节件4、7、9分别与各个下料口23、24、25相适配。具体的,对应于每个下料口,均相应设有一个下料口调节件。具体的,传动杆3在动力机构1驱动下能相对下料筒32上下运动,且各个下料口调节件4、7、9在传动杆1上下运动过程中能关闭或打开各个下料口23、24、25。而且相邻两个下料口之一(例如下料口24)被与之相应的下料口调节件(例如下料口调节件7)关闭或打开时,另一个下料口(例如下料口25)相应的被和该下料口相应的下料口调节件(例如下料口调节件9)打开或关闭,即,相邻的两个下料口的开闭状态是错开的。通过传动杆3上下运动而带动各个下料口调节件上下运动,从而使得各个下料口打开或闭合(即关闭),达到控制酸法氧化铝物料下行和控制烟气上行的作用,当下料筒32的某一下料腔室的下料口闭合时,阻止该下料口的下料,同时阻止烟气向上通过该下料口;当该下料口打开时,该下料口开始下料,同时烟气向上通过该下料口,在该过程中烟气和酸法氧化铝物料逆流接触。

打壳头13安装于传动杆3的底部,且打壳头13能随传动杆3向下运动而运动至投料口27的下方,具体为运动至投料口27的正下方。打壳头13用于在酸法氧化铝的铝电解槽内的氧化铝结壳上打孔(又称为打壳)。

集气罩12设于下料室10的外围,即设于下料室10的外周,集气罩12的底部开有烟气集气口26,下料室10的侧壁设有和集气罩12连通的烟气入口11,从而通过该烟气入口11,集气罩12内收集的烟气能流动至下料室10内。一些优选实施方式中,烟气入口11设于下料室10侧壁的上部。在一些具体实施方式中,集气罩12类似倒置的漏斗形,集气罩12的内壁和下料室10外壁之间的间距由下至上呈减小的趋势,这样的形状,使得下部具有更大的空间收集烟气,上部则容易将烟气通过烟气入口导入下料室内。集气罩12底部外边缘所在的圆周直径可以是25-30cm,但并不局限于此。集气罩12具体可以焊接在下料室10的侧壁而固定,当然也可以采用其他固定方式。

下料筒32内和料箱2相邻的下料腔室6(即下料筒内位于最上层的下料腔室)的上部设有烟气出口31,烟气室15与烟气出口31通过集烟管14相连通。烟气可以在烟气室15内或继续送入下游环节中进一步净化或利用。

在一些优选实施方式中,下料口23、24、25的开口处呈圆柱形,下料口调节件4、7、9包括与下料口23、24、25相适配的圆柱形本体29,在圆柱形本体29的顶部端面或底部端面设有圆台28。一些实施方式中,圆柱形本体29和圆台28同轴的安装于传动杆3上。采用设有圆柱形本体29和圆台28的下料口调节件,利于保证传动杆3上下移动通畅,同时圆柱形本体29与圆柱形的下料口能完全契合,不会漏料和积料;而且当传动杆上下运动时,会有轻微横向移动,而圆台28为变径结构,可以保证传动杆3轻微移动不会导致下料过程卡顿,可以调整下料调节件与下料口契合过程。

在一些优选实施方式中,下料筒32内设有用于定量每次酸法氧化铝下料量的具有定容作用的定容下料腔室。具体的,将下料筒最上层的下料腔室6(即和料箱2相邻的下料腔室)设为定容下料腔室,用于控制酸法氧化铝单次下料量,即根据确定的容量规格而能确定单次下料量。

一些优选实施方式中,在料箱2的底部设有下料缓冲挡板5,在下料筒的下料腔室中,除了作为定容下料腔室6之外的其余下料腔室(例如下料腔室8)的底部,也优选设有下料缓冲挡板30。下料缓冲挡板具体可以嵌在料箱或下料筒的侧壁,具体的,以下料腔室8为例,其下料缓冲挡板30并非单独安装的挡板,而是将下料腔室底壁直接成形为下料缓冲挡板。下料缓冲挡板上设有开口,该开口作为下料口,下料缓冲挡板5、30呈斜坡状,该斜坡状的下料缓冲挡板设置为使得下料缓冲挡板5、30所围绕的区域向着下料口23、25的方向呈逐渐缩窄的趋势。例如对于下料缓冲挡板所围绕的区域的横截面呈圆形的情形而言,该斜坡状的下料缓冲挡板设置为使得下料缓冲挡板所围绕的区域的内径向着下料口的方向呈逐渐减小的趋势。优选下料缓冲挡板5、30的坡度为30-60°,例如30°、50°、60°等。通过设置斜坡状的下料缓冲挡板,使得酸法氧化铝物料的下料速度减缓,物料分散更均匀,和烟气进行逆流接触时能更充分的接触,而且也不易使下料口堵塞;同时还便于控制下料。

一些优选实施方式中,将下料室10设置为其内腔的下部至下料室10的底部的出料口27呈逐渐缩窄的趋势。使得酸法氧化铝的下料范围更加接近打壳口18(即火眼),减小氧化铝扬尘和损失。在一些具体示例中,通过将与下料室10下部相邻的集气罩12部分向下料室10内腔延伸,从而达到使下料室内腔的下部至下料室的底部的出料口呈逐渐缩窄的趋势。集气罩12和下料室10结构的组合设计,由于下料室10其容积确定后,能够储纳的烟气最大容积也就确定了,当下料室10的烟气达到最大容积,就会逸散至电解槽16上部,这样本发明装置每次处理的烟气不会超过这个上限,下料室10具有控制烟气总量的效果,从而能更有效的控制烟气和酸法氧化铝物料的双向流动和接触的效果,从而保证了烟气的净化效果。

如图1和图2所示,本发明的酸法氧化铝打壳下料和烟气分离一体化装置17,其传动杆3的运动分为两个过程:打壳过程和下料过程。图1所示为打壳状态的示意图;图2所示为下料状态的示意图。下面以图1和图2为具体示例,对利用本发明的装置实施酸法氧化铝打壳下料和烟气分离的方法时的具体运行过程中进行介绍(参见图1-3):

参见图1,打壳时,传动杆3在动力机构1的驱动下相对下料筒32向下运动,打壳头13随传动杆3向下运动而运动至投料口27的下方,并在酸法氧化铝的铝电解槽16内的氧化铝结壳21上打孔,打通形成下料通路,烟气从打孔所形成的火眼中18逸出。同时该过程中,由于传动杆3向下运动,随之运动的下料调节件4将料箱2底部的下料口23关闭,下料调节件7将定容下料腔室6底部的下料口24打开,定容下料腔室6内的酸法氧化铝物料下落至下料腔室8,而流动至下料腔室8中的烟气向上流动进入定容下料腔室6,在该过程中酸法氧化铝物料和烟气呈逆流接触,形成双向对流;酸法氧化铝物料吸收烟气中的氟化物等有害气体,烟气则通过接触进行热传递,将热量传给物料,从而干燥物料,提高酸法氧化铝在电解槽16中的溶解效率。经双向对流的烟气从定容下料腔室6上部的烟气出口31经集烟管14进入烟气室15;而在打壳状态,下料腔室8底部的下料口25被下料调节件9关闭,阻止酸法氧化铝物料下落,同时集气罩12中收集的从火眼18中逸出的烟气经烟气入口11在下料室10内集聚。

参见图2,打壳结束后,进入下料过程。传动杆3在动力机构1作用下相对下料筒32向上运动。下料调节件4与料箱2底部的下料口23分离,从而使该下料口23打开,酸法氧化铝物料从料箱2进入定容下料腔室6。下料调节件7与定容下料腔室6底部的下料口24闭合,下料调节件9与下料腔室8底部的下料口25分离,使该下料口25打开;烟气从下料室10进入下料腔室8并开始集聚;而酸法氧化铝物料则从下料腔室8进入下料室10,进而通过投料口27落至电解槽16的火眼18;在该过程中,酸法氧化铝物料的向下流动和烟气的向上流动形成逆流接触,烟气的通入强化了物料的流动,最终使得物料保持着较高的初温和较好的流动性进入电解槽16,而烟气则被酸法氧化铝物料吸附净化。

在上述过程中,打壳时,烟气从火眼冒出,进入集气罩12,然后通过下料室10侧壁的烟气入口11进入下料室10并聚集在上部;当下料时,烟气进入下料腔室8,当下一次打壳时,再进入定容下料腔室6,最后到达烟气室15。

通过定容下料腔室6能控制每次进入电解槽的物料总量,下料腔室8可提供气固对流换热以及烟气净化,让物料和烟气双向对流,既能净化烟气,又能干燥物料,同时通过气流对冲,增强物料流动性,使得物料进入电解槽16后溶解和扩散速率更快。下料室10用于将物料通入电解槽16内,同时控制烟气总量,从而更有效的控制烟气和物料的流动和接触效果。

由于传动杆3在相对下料筒32上下运动过程中,相邻两个下料口之一被关闭或打开时,另一个下料口相应的被打开或关闭,使得料箱2中的酸法氧化铝物料随着各个下料口的打开而逐步向下流动,且使得流动至下料室10内的烟气随着各个下料口的打开而逐步向上流动,并与向下流动的酸法氧化铝物料逆流接触;这种逆流接触的次数会根据下料腔室的数目增减而增减,例如设有两个下料腔室6、8时,可以达到两次逆流接触,而若需要更多次逆流接触,可以相应的增设下料腔室。

应用示例

在工厂运行的350ka铝电解槽上安装酸法氧化铝打壳下料和烟气分离一体化装置(以下称为打壳下料器),铝电解槽的具体结构为本领域所熟知的,不作赘述。局部电解槽16示意图如图3所示,电解槽16上部的阳极导杆19连接着钢爪20,钢爪20固定着阳极22,阳极22之间覆盖有保温料21,也即氧化铝结壳。本发明提供的打壳下料器17就位于阳极22之间,保温料21上方,打壳下料器17的料箱2与外部供给物料的装置相通,动力机构1采用气缸驱动,下料次数控制在2-3min/次,下料量控制在1.2-1.8kg/次,烟气室15位于电解槽16外部,便于管理。打壳下料器17每次完成打壳后火眼会不断冒出烟气,主要是co、co2和hf等气体,这些气体进入集气罩12,并通过烟气入口11进入下料室10;当打壳和下料进行时,烟气与物料双向对流,进行吸附和换热,经预热后的含氟酸法氧化铝,进入电解槽后的溶解扩散性能更好,电解槽的稳定性明显提高,产生的沉淀大大减少,同时电流效率也达到94%。

而传统的现有氧化铝打壳下料装置,在氧化铝下料过程中没有预热过程;而由于电解槽内部反应温度很高,可达700℃以上,未预热的氧化铝温度较低,易团聚产生结块,溶解速度较慢,吸热更多,更容易沉淀在底部阴极炭块,破坏电解槽良好的运行。与之相比,采用本发明的酸法氧化铝打壳下料和烟气分离一体化装置,酸法氧化铝下料过程中能和烟气接触预热,预热之后的酸法氧化铝溶解性能和扩散性能更好,沉淀减少,电解槽的热平衡也更容易保持,因而使得电解槽的稳定性明显提升。

本领域技术人员可以理解,在本说明书的教导之下,可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。

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