本发明涉及一种铝电解废阴极资源化处理方法及处理系统，它属于铝电解技术领域。
背景技术：
电解铝废槽衬是电解铝生产过程中不可避免的固体废弃物，每吨铝排放量为7.5-15kg，废槽衬里面氟化物含量通常在30-40%，氰化物含量通常在100ppm。按照《危险废物鉴别标准--浸出毒性鉴别》gb5085.3，废槽衬中氟离子含量约1000-5000mg／l，氰化物的含量10-30mg/l，均严重超标（标准中有关无机氟化物的限值为100mg/l,氰化物（cn-）的限值5mg/l），属于危险废物（按《国家危险废物名录》，危险废物代码331-023-48），直接排放会造成环境的严重污染。2017年电解铝产量3600万吨左右，已经连续16年电解铝产量处于世界第一，超过我国有色金属总产量的50%。按照每吨原铝产生7.5～10kg废阴极炭块计算，2017年产生约25～40万吨废阴极，约为全国危险废物排放量的1-2%。目前，国内外处置的主要方式是堆存或填埋，大部分企业没有无害化处置设施。随着新环保法的实施，电解铝废槽衬的无害化、资源化已经成为本领域技术人员急需解决的技术问题。
多年来，本领域技术人员进行了大量技术路径设计、研发，取得了多路径较为全面的局部成果。经过市场调查，目前各处置工艺在无害化处理电解铝废槽衬过程中普遍存在二次污染严重、设备工艺路线调整困难，设备搬迁转场成本高等技术难题。所有电解铝企业没有成熟的电解铝废槽衬无害化、资源化处置技术。
铝用炭素原料主要包括石油焦、煤沥青和电煅无烟煤等。这些原料来源于石油石化和煤炭化工行业。化石能源存在着储量有限、不可再生和环境污染大等问题，因此，开发环境友好的新能源是未来世界各国大力支持的研究课题和产业。生物质是目前唯一能够转化为液体燃料的可再生资源，具有来源广泛、数量巨大、易于储存、co2零排放、nox和sox排放少等优点，已经成为继煤、石油和天然气之后的第四大能源，目前约占全球能源消耗总量的15%。随着环保力度加大和技术进步，生物质能源前景广阔。
随着环保要求日益严格，传统的炭素原料供应愈趋紧张及质量下降,以新型生物质炭材料来替代铝用炭素部分原料，有广阔的应用前景，开发新型生物质炭材料具有重要的意义。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种铝电解废阴极资源化处理方法及处理系统，目的是实现废阴极的资源化利用，有效的利用生物质能源，使废阴极得到资源化处理，同时节省焦炭、石油焦、无烟煤、石墨碎这种不可再生资源，而且生产过程中产生的物料得到有效利用，不产生二次污染。
为达上述目的，本发明是通过下述技术方案实现的：
铝电解废阴极资源化处理方法，其步骤如下：取废阴极经过破碎得到炭块颗粒，将破碎得到的炭块颗粒输送到连续式高温炉入口混料设备中，取生物质废料破碎后进行烘干，烘干后的生物质颗粒输送到连续式高温炉入口混料设备中，生物质颗粒和炭块颗粒经过混合后的混合物料进入到连续式高温炉中加热1500-2600℃保温30-60分钟，然后冷却至常温得到混合炭材料，将此混合炭材料与生物质胶粘剂加入到混料设备中混合，混合后的物料输送到成型机中进行成型，成型后的物料经过烘干得到炭材料。
上述的废阴极经过破碎至粒度≤10mm的炭块颗粒，生物质废料破碎至粒度≤10mm的生物质颗粒。
上述的连续式高温炉的烟气经过净化后排放到烟囱内，净化设备回收的生物质焦油经过800-1000℃高温蒸馏30-90分钟后获得的焦炭，掺到阳极焦中用于生产合格的炭阳极。
铝电解废阴极资源化处理系统，其结构如下：第一破碎设备的出料端与连续式高温炉入料端连接，第二破碎设备的出料端与连续式高温炉的入料端连接，连续式高温炉的物料出口与冷却设备入料口连接，冷却设备出料端与混料设备的入料端连接，混料设备的出料端与成型机的入料端连接，混料设备上设有生物质胶粘剂入料口。
上述的第一破碎设备出料口依次通过第一输送设备、第一料仓与连续式高温炉入口混料设备与连续式高温炉连接。
上述的第二破碎设备的出料口依次通过第一烘干设备、生物质颗粒收集设备和第四输送设备、第三料仓、连续式高温炉入口混料设备与连续式高温炉连接。
上述的冷却设备出料口依次通过第二输送设备、第二料仓和第三输送设备与混料设备的入料口连接，混料设备的出料口通过第七输送设备与成型机入料口连接。
上述的成型机的出料口通过第八输送设备与第二烘干设备入料口连接，第二烘干设备的出料口与第九输送设备连接。
上述的混料设备的生物质胶粘剂入料口通过第六输送设备与第四料仓出料口连接，第四料仓入料口与第五输送设备连接。
上述的连续式高温炉的烟气出口与净化设备的入口连接，净化设备的烟气出口与烟囱入口连接。
由于采用上述技术方案，使得本发明具有如下优点和效果：
本发明将破碎后的废阴极、生物质废料均匀混合，在连续式高温炉内对混合后的废阴极、生物质废料加热处理，使废阴极中的氰根分解挥发进入烟气、氟离子随烟气进入净化系统，生物质废料被炭化调节产品炭含量，含有氟化物的炉气根据其物理和化学性质回收氟化盐。
本发明整套系统水、气污染物达标超低排放，环保达标，能够有效提高废阴极炭块的无害化处理效率和资源回收的最大化。本发明实现了废阴极的无害化、资源化利用，有效的利用了生物质能源，产品可替代或部分替代焦炭、石油焦、煅后无烟煤、石墨碎等冶金、铝用阴阳极、电极糊的生产用骨料，处理过程中产生的生物质焦油，经过高温蒸馏30-90分钟后获得的焦炭掺到阳极焦中用于生产合格的炭阳极，不仅使废阴极得到资源化处理，同时节省了焦炭、石油焦、煅后无烟煤、石墨碎这种不可再生资源，而且生产过程中产生的物料得到有效利用，不产生二次污染，环保达标处理、符合国家最新环境保护标准和技术规范要求。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1、第一破碎设备；2、第一输送设备；3、第一料仓；4、连续式高温炉入口混料设备；5、连续式高温炉；6、连续式高温炉出口；7、冷却设备；8、净化设备；9、烟囱；10、第二输送设备；11、第二料仓；12、第三输送设备；13、第二粉碎设备；14、第一烘干设备；15、生物质颗粒收集设备；16、第四输送设备；17、第三料仓；18、第五输送设备；19、第四料仓；20、第六输送设备；21、混料设备；22、第七输送设备；23、成型机；24、第八输送设备；25、第二烘干设备；26、第九输送设备。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
下述实施例中的方法，如无特别说明，均为常规方法，下述实施例中的百分含量均为质量百分含量。
实施例1
本发明一种铝电解废阴极资源化处理方法，取废阴极放入第一破碎设备进行破碎，破碎至粒度≤10mm的炭块颗粒，将破碎得到炭块颗粒输送到连续式高温炉入口混料设备中，将生物质废料放入第二破碎机中破碎至粒度≤10mm的生物质颗粒，生物质颗粒输送到烘干设备中进行烘干，烘干至水分<10%，烘干后的生物质颗粒输送到连续式高温炉入口混料设备中，生物质颗粒和炭块颗粒经过混合后的混合物料进入到连续式高温炉中加热1500℃保温60分钟，然后冷却至常温得到混合炭材料，将此混合炭材料与生物质胶粘剂加入到混料设备中混合，混合后的物料输送到成型机中进行成型，成型后的物料经过烘干得到炭材料，废阴极、生物质废料与生物质胶粘剂的质量比为100:10:1。
成型可以制作出不同规格形状的炭材料，它可用于替代或部分替代焦炭、石油焦、煅后无烟煤、石墨碎等冶金、铝用阴阳极、电极糊的生产用骨料。
上述的连续式高温炉的烟气经过净化后排放到烟囱内，净化设备回收的生物质焦油，经过900℃蒸馏60分钟后获得的焦炭掺到阳极焦中用于生产合格的炭阳极。
本实施例中所用的生物质废料采用农林废弃物或木材废弃物。
实施例2
本发明一种铝电解废阴极资源化处理方法，取废阴极放入第一破碎设备中进行破碎，破碎至粒度≤10mm的炭块颗粒，将破碎得到的炭块颗粒输送到连续式高温炉入口混料设备中，将生物质废料放入第二破碎机中破碎至粒度≤10mm的生物质颗粒，生物质颗粒输送到烘干设备中进行烘干，烘干至水分<10%，烘干后的生物质颗粒输送到连续式高温炉入口混料设备中混合，生物质颗粒和炭块颗粒经过混合后的混合物料进入到连续式高温炉中加热2000℃保温30分钟，然后冷却至常温得到混合炭材料，将此混合炭材料与生物质胶粘剂加入到混料设备中混合，混合后的物料输送到成型机中进行成型，成型后的物料经过烘干得到炭材料，废阴极、生物质废料与生物质胶粘剂的质量比为100:70:3。
成型可以制作出不同规格形状的炭材料，它可用于替代或部分替代焦炭、石油焦、煅后无烟煤、石墨碎等冶金、铝用阴阳极、电极糊的生产用骨料。
上述的连续式高温炉的烟气经过净化后排放到烟囱内，净化设备回收的生物质焦油，经过1000℃蒸馏30分钟后获得的焦炭掺到阳极焦中用于生产合格的炭阳极。
本实施例中所用的生物质废料采用畜牧业生产过程中的禽畜粪便或废弃物。
实施例3
本发明一种铝电解废阴极资源化处理方法，取废阴极放入第一破碎设备进行破碎，破碎至粒度≤10mm的炭块颗粒，将破碎得到炭块颗粒输送到连续式高温炉入口混料设备中，将生物质废料放入第二破碎机中破碎至粒度≤10mm的生物质颗粒，生物质颗粒输送到烘干设备中进行烘干，烘干至水分<10%，烘干后的生物质颗粒输送到连续式高温炉入口混料设备中，生物质颗粒和炭块颗粒经过混合后的混合物料进入到连续式高温炉中加热2500℃保温45分钟，然后冷却至常温得到混合炭材料，将此混合炭材料与生物质胶粘剂加入到混料设备中混合，混合后的物料输送到成型机中进行成型，成型后的物料经过烘干得到炭材料，废阴极、生物质废料与生物质胶粘剂的质量比为100:20:4。
成型可以制作出不同规格形状的炭材料，它可用于替代或部分替代焦炭、石油焦、煅后无烟煤、石墨碎等冶金、铝用阴阳极、电极糊的生产用骨料。
上述的连续式高温炉的烟气经过净化后排放到烟囱内，净化设备回收的生物质焦油，经过850℃蒸馏70分钟后获得的焦炭掺到阳极焦中用于生产合格的炭阳极。
本实施例中所用的生物质废料采用农林业生产过程中的秸秆或树木。
实施例4
本发明一种铝电解废阴极资源化处理方法，取废阴极放入第一破碎设备进行破碎，破碎至粒度≤10mm的炭块颗粒，将破碎得到炭块颗粒输送到连续式高温炉入口混料设备中，将生物质废料放入第二破碎机中破碎至粒度≤10mm的生物质颗粒，生物质颗粒输送到烘干设备中进行烘干，烘干至水分<10%，烘干后的生物质颗粒输送到连续式高温炉入口混料设备中，生物质颗粒和炭块颗粒经过混合后的混合物料进入到连续式高温炉中加热2200℃保温55分钟，然后冷却至常温得到混合炭材料，将此混合炭材料与生物质胶粘剂加入到混料设备中混合，混合后的物料输送到成型机中进行成型，成型后的物料经过烘干得到炭材料，废阴极、生物质废料与生物质胶粘剂的质量比为100:60:5。
成型可以制作出不同规格形状的炭材料，它可用于替代或部分替代焦炭、石油焦、煅后无烟煤、石墨碎等冶金、铝用阴阳极、电极糊的生产用骨料。
上述的连续式高温炉的烟气经过净化后排放到烟囱内，净化设备回收的生物质焦油，经过950℃蒸馏50分钟后获得的焦炭掺到阳极焦中用于生产合格的炭阳极。
本实施例中所用的生物质废料采用农林业生产过程中的木质纤维素。
实施例5
本发明一种铝电解废阴极资源化处理方法，取废阴极放入第一破碎设备进行破碎，破碎至粒度≤10mm的炭块颗粒，将破碎得到炭块颗粒输送到连续式高温炉入口混料设备中，将生物质废料放入第二破碎机中破碎至粒度≤10mm的生物质颗粒，生物质颗粒输送到烘干设备中进行烘干，烘干至水分<10%，烘干后的生物质颗粒输送到连续式高温炉入口混料设备中，生物质颗粒和炭块颗粒经过混合后的混合物料进入到连续式高温炉中加热1800℃保温35分钟，然后冷却至常温得到混合炭材料，将此混合炭材料与生物质胶粘剂加入到混料设备中混合，混合后的物料输送到成型机中进行成型，成型后的物料经过烘干得到炭材料，废阴极、生物质废料与生物质胶粘剂的质量比为100:30:2。
成型可以制作出不同规格形状的炭材料，它可用于替代或部分替代焦炭、石油焦、煅后无烟煤、石墨碎等冶金、铝用阴阳极、电极糊的生产用骨料。
上述的连续式高温炉的烟气经过净化后排放到烟囱内，净化设备回收的生物质焦油，经过980℃蒸馏40分钟后获得的焦炭掺到阳极焦中用于生产合格的炭阳极。
本实施例中所用的生物质废料采用农林业生产过程中的木质纤维素。
如图1所示，本发明一种铝电解废阴极资源化处理系统，其结构如下：第一破碎设备1出料端与连续式高温炉5入料端连接，第二破碎设备13的出料端与连续式高温炉5的入料端连接，连续式高温炉5的物料出口与冷却设备7入料口连接，冷却设备7出料端与混料设备21的入料端连接，混料设备21的出料端与成型机23的入料端连接，混料设备21上设有生物质胶粘剂入料口。
为了达到提高的工作效率的目的，第一破碎设备1出料口依次通过第一输送设备2、第一料仓3与连续式高温炉入口混料设备4与连续式高温炉5连接，第二破碎设备13的出料口依次通过第一烘干设备14、生物质颗粒收集设备15和第四输送设备16、第三料仓17、连续式高温炉入口混料设备4与连续式高温炉5连接，冷却设备7出料口依次通过第二输送设备10、第二料仓11和第三输送设备12与混料设备21的入料口连接，混料设备21的出料口通过第七输送设备22与成型机23入料口连接，成型机23的出料口通过第八输送设备24与第二烘干设备25入料口连接，第二烘干设备25的出料口与第九输送设备26连接，混料设备21的生物质胶粘剂入料口通过第六输送设备20与第四料仓19出料口连接，第四料仓19入料口与第五输送设备18连接。
为了达到净化回收粉尘的目的，连续式高温炉5的烟气出口与净化设备8的入口连接，净化设备8的烟气出口与烟囱9入口连接。
上述设备优选采用下述具体设备，但这不能用于限定本发明的保护范围，只要能达到各设备的目的，均在本发明的保护范围之内，上述的高温炭化设备17采用高温炭化炉，第一破碎设备1采用颚式破碎机和第二粉碎设备13采用木材粉碎机；第一输送设备2、第二输送设备10、第五输送设备18均采用斗式提升机；第三输送设备12、第四输送设备16、第六输送设备20、第七输送设备22均采用螺旋输送机；第八输送设备24、第九输送设备26均采用板链式输送机；第一料仓3、第二料仓11、第三料仓17和第四料仓19均采用钢料仓；冷却设备7采用冷却输送机；净化设备8采用电袋复合收尘器；第一烘干设备14和第二烘干设备25均采用烘干机；生物质颗粒收集设备15采用旋风收尘器；混料设备21采用轮碾式混料机；成型机23挤压式成型机；连续式高温炉入口混料设备4采用搅拌式混料机。生物质胶粘剂是由植物、动物及其排泄物等为原料制得的粘结剂。
本发明的工作原理如下：在上述过程中废阴极和生物质废料破碎后通过连续式高温炉入口混料设备混合后，在连续高温炉5内对混合后的废阴极、生物质废料进行加热发生改性反应，使废阴极中的氰根分解挥发进入烟气、氟离子随烟气进入净化系统，生物质废料被炭化调节产品炭含量，含有氟化物的炉气根据其物理和化学-性质回收氟化盐，尾气治理达标排放，处理过程中产生的生物质焦油，经过800-1000℃高温蒸馏30-90分钟后获得的焦炭掺到阳极焦中用于生产合格的炭阳极；根据废阴极与生物质废料添加比例不同可配得不同品质的新型炭材料，废阴极与生物质废料与生物质胶粘剂的质量比为100:10-70：1-5范围内均可，产品指标如下（以下指标只是部分，可根据不同要求进行不同配比制出不同品类产品）：
实施例1-5制备的炭材料指标：固定c含量≥90%，挥发分≤5.5%,灰分≤3.5%，水分≤1%，密度可根据替代产品不同压制成1.4-1.8g/cm3。提高了新型炭材料密度、降低了电阻率，通过烘干后进一步降低了新型炭材料的热膨胀系数。
本发明整套系统水、气污染物达标超低排放，环保达标，能够有效提高废阴极炭块的无害化处理效率和资源回收的最大化。本发明实现了废阴极的无害化、资源化利用，有效的利用了生物质能源，产品可替代或部分替代焦炭、石油焦、煅后无烟煤、石墨碎等冶金、铝用阴阳极、电极糊的生产用骨料，处理过程中产生的生物质焦油，经过高温蒸馏30-90分钟后获得的焦炭掺到阳极焦中用于生产合格的炭阳极，不仅使废阴极得到资源化处理，同时节省了焦炭、石油焦、无烟煤、石墨碎这种不可再生资源，而且生产过程中产生的物料得到有效利用，不产生二次污染，环保达标处理、符合国家最新环境保护标准和技术规范要求。