一种电解铝铝灰和耐火材料内衬废料的回收处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电解铝废料的回收处理方法，特别涉及一种电解铝铝灰和耐火材料内衬废料的回收处理方法。
【背景技术】
[0002]铝是仅次于钢铁的金属材料，其产量为有色金属之首。2014年中国铝电解的产能为3584万吨，实际产量为2810万吨，是世界第一产铝大国。
[0003]铝电解生产排放四种固体废料，其中两种为废的炭阴极内衬和阳极炭渣，属于主要成分为炭和电解质组分的固体废料，在申请号为2015102691795专利申请中有过介绍。
[0004]另外的两种废料中，第一种是铝灰:铝灰是出铝抬包粘附的铝渣、混合炉打渣产生的铝渣和铝铸造过程中产生的铝渣经筛分或球磨后再经筛分提取大块的团聚状的铝渣后而得到的筛下灰色粉状料；铝灰的主要成分是氧化铝，其除含有少量的碳化铝外，还含有部分微细的铝粉，其含金属铝量约占铝灰总量的10-15%;铝灰中的氧化铝由于密度小，不适合作为铝电解的原料，目前尚没有找到其他的用途，因此电解铝厂或处理铝渣的小作坊一般都将这种铝灰作为废料被填埋或丢弃之，这不仅造成了资源的浪费，而且对环境造成了影响。
[0005]还有一种固体废料是电解槽大修时产生的耐火材料内衬废料，这种耐火材料内衬废料一部分是阴极炭块底部和侧部的渗透有电解质和碱金属，与电解质和金属钠反应产生了由碱金属氧化物、氧化铝和氧化硅组成的化合物的防渗料和耐火保温材料废料；另一部分是槽边部的渗透有电解质和金属铝并被电解质和金属铝侵蚀了的由氮化硅结合的碳化硅耐火材料内衬废料；由氮化硅结合的碳化硅内衬只在较大电流强度的电解槽上使用，这两部分统称为电解槽的耐火材料内衬废料。
[0006]目前在电解槽大修时，从电解槽中刨出的这两种废耐火材料内衬都没有得到回收和处理，而是将其堆放在露天场地，对周围环境造成影响。
【发明内容】
[0007]针对目前电解铝厂对铝灰和电解槽大修时产生的耐火材料内衬废料尚未得到有效回收和利用，并对环境造成影响的问题，本发明提供一种电解铝铝灰和耐火材料内衬废料的回收处理方法。
[0008]本发明的耐火内衬废料的分为两部分，第一部分为防渗料和耐火保温材料废料，称为防渗保温废料；第二部分为由氮化硅结合的碳化硅耐火材料内衬废料，称为碳化硅废料。
[0009]本发明防渗保温废料回收处理方法是将防渗保温废料粉碎并磨成粉后，与铝灰混合压制成团，然后在真空和1000~1400°C的温度条件下，利用铝灰中的铝将防渗保温废料中的氧化钠还原生成金属钠，同时将防渗保温废料中的电解质组分蒸馏回收，使电解质组分和氧化钠组分分离，实现无害化处理。
[0010]上述的防渗保温废料中会含有少量铝铁合金，是由于破损槽中漏入槽底的铝液与阴极钢棒反应生成，铝铁合金中的铝也参与氧化还原反应。
[0011]本发明的防渗保温废料回收处理方法按以下步骤进行:
1、将防渗保温废料粉碎并磨细至粒度在80目以下，然后与铝灰混合均匀，混合比例按重量比为1: (0.5~2)，再压制成球团；
2、将球团置于真空度彡10Pa条件下，加热至1000~1400°C真空蒸馏，真空蒸馏时间为l~10h,电解质和金属钠在结晶器上结晶，剩余部分的主要成分为Al2O3和S1 2。
[0012]上述方法的反应式为:
3Na20+2Al (I) — 6Na+ Al2O3(s)(I)
和
CaF2 (s) — CaF2 (g)(2)；
其中反应(I)发生在800~1100 °C，当防渗保温废料中有CaFJt，反应(2 )发生，发生温度在 1300~1400°C。
[0013]上述方法中，当防渗保温废料含有KF和/或LiF时，KF和/或LiF在结晶器上结晶，当K2O和/或Li2O时，在结晶器上结晶的还有K和/或Li，步骤2的反应式还包括:
LiF(s) — LiF(g)(3)、
KF(s) - KF(g)(4)、
3K20(s) +2A1(1) — 6K(g)+Al203 (s)(5)
和/或
3Li20(s) +2A1(1)—6Li (g)+Al2O3 (s)(6)；
其中反应(3)和(4)发生在800-1100°C ο
[0014]上述的电解质主要成分为冰晶石和氟化钠，还含有氟化铝和氟化镁，还可以含有氟化钙、氟化钾和氟化锂；当含有氟化钾和/或氟化锂时，结晶器中还收集有金属钾和/或金属锂。
[0015]上述的剩余部分作为生产新防渗料的原料。
[0016]本发明的碳化硅废料回收处理方法是将碳化硅废料置于真空罐中，在1000~1200°C的温度下真空蒸馏，利用碳化硅废料中被侵蚀进去的氟化物电解质的很高蒸汽压的特性，将电解质与碳化硅组分分离。
[0017]本发明的碳化硅废料回收处理方法为:
将碳化娃废料破碎至粒度在60mm以下，然后置于真空度< 10Pa条件下，加热至1000~1200°C，在1000~1200°C真空蒸馏l~10h，电解质在结晶器上结晶，剩余部分为氮化硅结合碳化娃耐火材料。
[0018]上述的氮化娃结合碳化娃耐火材料作为生产新氮化娃结合的碳化娃砖的原料上述方法中，压制成球团的压力为30~100MPa。
[0019]本发明的方法流程简单，有用组分可充分回收利用，回收成本低，同时降低环境污染，具有良好的应用前景。
【附图说明】
[0020]图1为本发明实施例中的电解铝铝灰和耐火材料内衬废料的回收处理方法流程示意图。
【具体实施方式】
[0021]本发明实施例中的防渗保温废料的成分按重量百分比含Al2O3 10-60%, F 2-10%,Ca I?10%，Na 2-20%, S12 10~60%，其余为杂质。
[0022]本发明实施例中铝灰的成分按重量百分比含Al 10~30%，Al2O3 30~60%，其余为杂质。
[0023]本发明实施例中压制成球团为圆柱状，直径在20~30mm，高度在30~40mm。
[0024]本发明实施例中电解质的回收率在95%以上。
[0025]本发明实施例中氮化硅结合碳化硅耐火材料的杂质重量含量< 2%。
[0026]实施例1
将防渗保温废料粉碎并磨细至粒度在80目以下，然后与铝灰混合均匀，混合比例按重量比为1: (0.5~2)，再压制成球团；压制成球团的压力为30~100MPa ；
将球团置于真空度彡10Pa条件下，加热至1000~1400°C真空蒸馏，真空蒸馏时间为l~10h,电解质和金属钠在结晶器上结晶，剩余部分的主要成分为Al2O3和S12，作为生产新防渗料的原料；
电解质主要成分为冰晶石和氟化钠，还含有氟化铝、氟化镁、氟化钙、氟化钾和氟化锂；
将碳化娃废料破碎至粒度在60mm以下，然后置于真空度< 10Pa条件下，加热至1000~1200°C，在1000~1200°C真空蒸馏l~10h，电解质在结晶器上结晶，剩余部分为氮化硅结合碳化娃耐火材料，作为生产新氮化娃结合的碳化娃砖的原料。
[0027]实施例2
将防渗保温废料粉碎并磨细至粒度在80目以下，然后与铝灰混合均匀，混合比例按重量比为1: (0.5~2)，再压制成球团；压制成球团的压力为30~100MPa ；
将球团置于真空度彡10Pa条件下，加热至1000~1400°C真空蒸馏，真空蒸馏时间为l~10h,电解质和金属钠在结晶器上结晶，剩余部分的主要成分为Al2O3和S12，作为生产新防渗料的原料；
电解质主要成分为冰晶石和氟化钠；
将碳化娃废料破碎至粒度在60mm以下，然后置于真空度< 10Pa条件下，加热至1000~1200°C，在1000~1200°C真空蒸馏l~10h，电解质在结晶器上结晶，剩余部分为氮化硅结合碳化娃耐火材料，作为生产新氮化娃结合的碳化娃砖的原料。
[0028]实施例3
将防渗保温废料粉碎并磨细至粒度在80目以下，然后与铝灰混合均匀，混合比例按重量比为1: (0.5~2)，再压制成球团；压制成球团的压力为30~100MPa ；
将球团置于真空度彡10Pa条件下，加热至1000~1400°C真空蒸馏(防渗保温废料中有CaF2),真空蒸馏时间为l~10h，电解质和金属钠在结晶器上结晶，剩余部分的主要成分为Al2O3和S12，作为生产新防渗料的原料；
电解质主要成分为冰晶石和氟化钠；
将碳化娃废料破碎至粒度在60mm以下，然后置于真空度< 10Pa条件下，加热至1000~1200°C，在1000~1200°C真空蒸馏l~10h，电解质在结晶器上结晶，剩余部分为氮化硅结合碳化娃耐火材料，作为生产新氮化娃结合的碳化娃砖的原料。
[0029]实施例4
将防渗保温废料粉碎并磨细至粒度在80目以下，然后与铝灰混合均匀，混合比例按重量比为1: (0.5~2)，再压制成球团；压制成球团的压力为30~100MPa ；
将球团置于真空度彡10Pa条件下，加热至1000~1400°C真空蒸馏(防渗保温废料中有CaF2),真空蒸馏时间为l~10h，电解质和金属钠在结晶器上结晶，剩余部分的主要成分为Al2O3和S12，作为生产新防渗料的原料；
电解质主要成分为冰晶石和氟化钠；
将碳化娃废料破碎至粒度在60mm以下，然后置于真空度< 10Pa条件下，加热至1000~1200°C，在1000~1200°C真空蒸馏l~10h，电解质在结晶器上结晶，剩余部分为氮化硅结合碳化娃耐火材料，作为生产新氮化娃结合的碳化娃砖的原料。
【主权项】
1.一种电解铝铝灰和耐火材料内衬废料的回收处理方法，所述的耐火内衬废料的分为两部分，第一部分为防渗料和耐火保温材料废料，称为防渗保温废料；第二部分为由氮化硅结合的碳化娃耐火材料内衬废料，称为碳化娃废料；其特征在于按以下步骤进行: (1)将防渗保温废料粉碎并磨细至粒度在80目以下，然后与铝灰混合均匀，混合比例按重量比为1: (0.5~2)，再压制成球团； (2)将球团置于真空度彡10Pa条件下，加热至1300~1400°C真空蒸馏，真空蒸馏时间为l~10h，电解质和金属钠在结晶器上结晶，剩余部分的主要成分为Al2O3和S1 2。2.根据权利要求1所述的一种电解铝铝灰和耐火材料内衬废料的回收处理方法，其特征在于所述的碳化娃废料回收处理方法为:将碳化娃废料破碎至粒度在60_以下，然后置于真空度彡10Pa条件下，加热至1000~1200°C，在1000~1200°C真空蒸馏l~10h，电解质在结晶器上结晶，剩余部分为氮化硅结合碳化硅耐火材料。3.根据权利要求1所述的一种电解铝铝灰和耐火材料内衬废料的回收处理方法，其特征在于所述的压制成球团的压力为30~100MPa。
【专利摘要】一种电解铝铝灰和耐火材料内衬废料的回收处理方法，所述的耐火内衬废料的分为防渗保温废料和碳化硅废料；按以下步骤进行：（1）将防渗保温废料粉碎并磨细后与铝灰混合压制成球团；（2）真空蒸馏，电解质和金属钠在结晶器上结晶，剩余部分的主要成分为Al2O3和SiO2；将碳化硅废料破碎后，在1000~1200℃真空蒸馏，电解质在结晶器上结晶，剩余部分为氮化硅结合碳化硅耐火材料。本发明的方法流程简单，有用组分可充分回收利用，回收成本低，同时降低环境污染，具有良好的应用前景。
【IPC分类】C22B7/00, C25C3/18, C04B35/66, C22B26/10
【公开号】CN104894382
【申请号】CN201510296489
【发明人】冯乃祥, 王耀武
【申请人】东北大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月3日