专利名称：废物管理设施的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种处理和处置在熔融冰晶石中电解熔化氧化铝应用中产生的废电解槽系列物的废物管理设施，即通过燃烧和气化使废电解槽系列残余物适用于重新使用或作为掩埋用无毒废物。
当前，金属铝是通过在熔融冰晶石浴中电解还原氧化铝生产的。工业规模的电解铝熔池是巨大的钢质管状容器。各电解池内是阴极隔室或空腔，衬有碳质预烘干的阴极隔室块材。在高温电解还原熔融工艺中，由于碳质材料随时间的延长而逐渐老化和劣化，它被浴料饱和。此时必须以绝热衬里一起除掉这种碳质衬里。这种除掉的材料称作“废电解槽系列物(spent potlining)。
废电解槽系列物不能立即掩埋，因为其氰化物含量高达约1000-2000ppm的水平。废电解槽系列物还具有高的可浸出的氟化物含量，例如约3000-8000mg/l。废电解槽系列物中的总氟化物含量典型的为约14％-18％(重量)。
为了从废电解槽系列物中回收氟化物盐的化学有用成分和所含的氧化铝，已试图开发几种方法。
美国专利4,889,695，4,113,832和4,444,740中公开了用苛性溶液浸出来处理废电解槽系列物的方法。
目前可利用的从废电解槽系列物除去和回收氟化物的化学有用成分或热水解氟化物的方法不能有效地处理工业量的含氟化物和氰化物的废电解槽系列物。
美国专利5,143,001公开了处理由铝电解池产生的废电解槽系列物或通过在气旋炉中与加入的二氧化硅、水和氧一起以细磨形式加热转移浸出的物质。美国专利4,993,323公开了在竖直流化床中使用特殊添加剂处理废电解槽系列物和控制灰化学成分。
美国专利4,956,158和5,024,822(授权给Nguyen和Hittner)公开一种在两窑或两加热区中处理和玻璃化废电解槽系列物的方法。
美国专利5,081,937和45,020,455公开了以熔融态处理废物。美国专利5,081,937和5,020,455不是针对废电解槽系列物，而是在回转窑中处理粉碎的碳质材料。这些专利在燃烧炉中采用多区加热或燃烧作为第一步，以得到不燃的废物，然后将其制成熔渣。
美国专利5,100,314公开一种用于往回转窑的第二(还原)区中注入还原剂的装置。美国专利4,763,585公开了通过研磨来处理由生产金属铝得到的废电解槽系列物，然后与用于包覆研磨的电解槽系列物的添加剂一起燃烧以防止其在燃烧区附聚。美国3,878,287公开了一种回转窑，包括利用往窑中喷射气体来加入颗粒物。
美国专利3,182,980公开了一种回转窑，其中窑的预加热区和还原区不是物理上分离的。燃烧器38施加到窑的出料端。美国专利4,312,637公开了用于从气化发生器中除渣的设备。美国专利5,086,716公开了一种用于燃烧固体废物的回转窑，包括在出料端上的燃烧器连同逆流气流。美国专利4,519,814公开了针对出料如玻璃的燃烧器46，以使材料维持在熔融条件。美国专利3,508,742公开了一种在出料端上的回转窑燃烧器10。美国专利2,878,004公开了一种回转窑和指向窑出料端的燃烧器。
美国专利4,303,908，4,303,909和4,209,292是众多涉及回转窑机械构型和用于将燃烧气加到回转窑移动部位内的气体喷嘴的构件的专利的例子。
图1A和1B是工业废物管理设施(IWMF)的工艺流程示意图，这种设施用于处理和处置来自在熔融冰晶石中电解熔融氧化铝工业生产铝的废电解槽系列物。
图2是包括气动进料分布系统、回转窑、过渡室、灰激冷器和冷却器以及第二燃烧室的本发明的设备和方法的侧视示意图。
图3A是正视图，图3B是本发明回转窑进料端的侧视剖面图。
图4是本发明回转窑出料挡料圈端的侧视示意图。
图5是从本发明回转窑进料端到出料端的特定的温度分布的温度分布图。
图6是逻辑和工艺流程图，显示了按照本发明控制废电解槽系列物的熔融浴中温度分布的判定过程。
参见图1A和1B。所示的工业废物管理设施(IWMF)的工艺流程示意图是用于处理和处置来自通过在冰晶石中电解熔融氧化铝而工业生产铝的工业过程的废电解槽系列物。工业废物管理设施(I-WMF)结合采用了贮存、化学处理、回转炉焚烧、玻璃固定、火山灰质固定和可靠的掩埋，以处理、贮存和安置无害废电解槽系列废物。
图1A和1B表明了分成若干独立区域的设施。物料接收和处理、贮存、预处理、中和，以及焚化器进料的总的区域由分区21，22，23，24，25表示，它们各专用于废物处理的具体功能或类型。
焚烧区30是通过回转窑焚烧来废物处理的总的区域。焚烧区30再分成分区31，32，33和34，分别专用于与回转窑焚烧器有关的单元操作的具体功能或类型。分区31，32，33和34包括旋转成渣焚烧器窑区31、窑过渡室32、玻璃熔结系统33和第二燃烧室34。
环境单元操作的总的区域由分区42和43表示，它们分别专用于具体功能。分区42和43包括第二燃烧室尾气的空气污染控制分区42和废物固定/稳定分区43。
牢固掩埋区70包括双衬浸出物收集和地下水监测井系统以提供抵抗可能的释放。掩埋区70提供了不可浸出的玻璃熔结物、稳定的废物和其它无机固体的安置。对于不可浸出的玻璃熔结物还存在潜在的用途。
化学品和原料区80由化学品和原料贮藏室构成。
参见图2。成渣浴窑10配有回转窑焚烧器和熔炉。无机物料送到回转窑10的入口端12，并转化成熔融态，同时碳和有机物质被氧化成二氧化碳气和水蒸汽。本发明的回转窑10工作，将无机或有机进料熔融，并在整个从入口端12至出口端18的回转窑，将回转窑10内的熔浴或熔池维持在熔融态。
本发明的回转窑10便于将浴熔化和进一步操作，使回转窑10内熔浴或池15中的所有组分高度均匀化。
熔浴15中的组分均匀性提供了熔料的有效使用(如碳酸钙，硅砂和氟石)，在更适中或易处理的温度水平，给熔浴提供较低的熔融温度和高的流动性。
这种适中的浴温水平还抑制了氟化物化合物的挥发，将氟化物保持在熔浴中，在此它们最终可以固定在适于掩埋安置的玻璃状不可浸出的残余物中。
当熔渣从窑出口端18排出时，熔料和均匀混合还便于将来自废电解槽系列物的氟化物固定到玻璃渣中。
作为一个优选实施方案的例子，由混合的废电解槽系列物和熔料(最大颗粒约3/8英寸)构成的窑固体进料1通过投料装置2和4移入回转炉10。投料装置2和4可看作是连续的气动喷嘴，其中固体夹带在指向回转窑内熔浴15的气流3和5中。空气和夹带的颗粒以每分钟约3000英尺的速度离开投料装置2和4。结果在低气速的窑内，在气流中由投料装置2和4出来的颗粒被收集。投料装置2和4将物料移入回转窑中，而不是本身物理凸向回转窑10。
窑主燃烧器8位于窑10的进料端或入口端12。主燃烧器8能产生长的光锥状的火焰，适于在起动过程中加热回转窑10及其连接的耐火材料，然后在翻转(upset)过程中将熔浴15维持在熔融状态。所以，回转窑10具有由主燃烧器8燃烧的并流加热。
燃烧废电解槽系列物碳用的管6中的空气和管7中的主燃烧器燃料通过主燃烧器8引入回转窑10。因此，燃烧碳的空气必须呈燃烧器“XS”空气的形式。所谓“XS”意指过量空气。所以，回转窑主燃烧器8能通过由约10％到全载的宽范围点火速率和通过由10％到60％“XS”空气的宽范围空气—燃料比操作。
图1A的熔渣浴回转窑区31包括回转窑焚烧器和图2所示的熔炉10。所有加到窑区31中的无机物料在回转窑10中迅速转化成熔融态，而碳和有机物氧化成二氧化碳和水蒸汽。
由于在回转窑10中无机物料熔化并维持在熔融态，在熔浴15中所有组分达到高度均匀。这种均匀性使得有效地利用碳酸钙、硅砂和氟石之类的“熔料”成为可能，从而在更易处理的温度下赋予熔浴15较低的熔融温度和由此得到的高的流动性。合适的浴温还抑制了氟化物化合物的挥发，使氟化物保持在熔浴15中并最终固定在不可浸出的产物中。
当熔渣从回转窑10排出时，熔料还起着将来自废电解槽系列物(SPL)的氟化物固定到玻璃中的作用。为了改进玻璃生产的效率，如以下详细讨论的那样，熔渣从回转窑10排到搅拌的水浴33中。熔渣落入水浴33中，立即碎裂成约0.12英寸粒径的熔结物，并迅速冷却。迅速冷却控制了晶体的形成，将固体维持在玻璃的真实状态，不形成任何晶体结构。非晶态得到控制，提供了无晶界和额外的浸出阻力。
窑加料固体(SPL，砂，CaCO3，和集尘室清洗物)由不同的厂区送到回转窑10。用转阀将来自布料器(未示出)的物料由投料增压机(slinger blower)加到气动输送管3和5，所述增压机借助于喷料投料装置2和4将混合物移入窑中。注料喷料装置2和4是连续的气动喷枪，其中固体夹带在指向回转窑内的气流中。
空气和夹带的颗粒以每分钟约3,000英寸的速率离开投料装置2和4。在窑内，当气体速率低时，颗粒被收集。投料装置2和4将物料移向回转窑10，而不是本身凸向回转窑10。
回转窑燃烧器8和其它物料处理装置，包括图2的细节A所示的淤浆喷枪221、水液喷枪211和喷枪231(将物料移向窑10内)也不凸入窑10内，从而控制了积累和凝固熔渣的倾向，随着回转窑10旋转，熔渣由窑耐火材料上连续滴落。否则，这种在凸向窑内的结构上的积累和凝固过程将会持续增长到失控水平。
窑燃烧器系统位于回转窑的进料端。窑主燃烧器8能产生长的“光锥状”的火焰，适宜在起动过程中加热整个窑和耐火材料，之后，在翻转过程中将浴15维持在熔融态。这种主燃烧器系统最好是燃烧天然气。
窑主燃烧器8、两个投料装置2和4、三个淤浆/废液喷嘴221、211和231(细节A所示)和装废物的加料槽9位于回转窑进料端12，装在进料端外壳上。窑进料端12的几何形状和结构应该这样，即没有元件凸入窑内，各尖端或“热端”的结构稍落后于回转窑进料端挡料圈的凸出部分，以下将详细讨论。水性液喷嘴211、有机液喷嘴231和淤浆喷嘴221(均示于细节A)将不同的废物加到窑中。淤浆喷嘴221需要蒸汽，以确保合适的流动性。
在一个特别优选的实施方案中，本发明IWMF的回转窑10的结构为工件的长约80英尺，工件直径约15英尺。表1示出了该优选表1回转窑几何形状形状圆筒形水平中轴线工件直径，英尺 15.00耐火材料厚度，英寸 12.00壳体直径，英尺 17.00横截面积，英尺2226.98L/D比 5.33工件长，英尺 80.00工件容积，英尺313,618.80标称载荷，％ 10.00载荷中轴线处浴深，半径的％ 31.30载荷中轴线处浴深，尺寸 28.202.0英寸超高的进料端挡料圈直径，英寸 119.00浴体积，英尺31,413.70浴标称停留时间，小时 6.82已发现，为获得每分钟约1,500英尺的设计气体流速，同时维持体积热释放速率约每立方英尺每小时17,500Btu协同选择的回转窑单元长径(L/D)3.53的基本设计参数，会造成垄环和窑端之间的窑段中的应力水平异常。在垄环(riding rings)处必须适应物质变形。呈锥形或环形几何结构的窑端非常刚性。唯一解决方法是提高L/D比。
过渡室32和灰激冷器/冷却器区33与水浴一起形成了矩形耐火室，在流程中与熔渣浴回转窑10和第二燃烧室34(SCC)沟通。
所示的过渡室(TC)系统区32在流程中与窑出口端壳18沟通。TC32起着收集窑尾气中颗粒的作用。收集到的颗粒往往会撞击室32的后壁并粘到耐火材料上，融化和流动，向下熔流到激冷器中。该过渡室32的内壁必须维持在高于或约等于熔浴15的温度，以便熔融材料不凝固和在过渡室32壁上积累。
过渡室32(TC)结构为倒置的箱，并支撑在其中轴线以上，侧壁向下深入灰激冷器33的水浴内。窑尾气流入TC32，向下折转，使该侧转向第二燃烧室34(SCC)，再通过导管流向SCC34。窑10的膨胀由密封件(未示出)调节，它允许回转窑10以轴向和径向向TC33中膨胀。TC32的膨胀由这些密封件、SCC34的导管中的膨胀接头(未示出)和允许TC壁向下膨胀到激冷器33的水浴中来调节。这种结构膨胀的几何形状引导热窑气流过回转窑出口端18处的挡料圈的表面(后面详细介绍)，使其处于热的状态，且任何偶然漏气部位低于和超过漏气将激冷耐火表面和使熔渣在其往水浴33的通道中造成不希望的凝固的位置。这种几何结构造成水蒸汽在回转窑10尾气中夹带的熔渣的冷却中形成，超过此点将激冷耐火表面或熔渣。
在TC32中没有吹管，而是由全尺寸风箱—计数燃烧器132提供了额定值为每小时3千万Btu的燃气加热。这种TC132燃烧器产生强烈的冲击火焰，适宜将TC32中的所有耐火材料表面(包括窑挡料圈的表面)的温度维持在高于炉渣的熔点。在正常操作下，窑尾气的温度高于浴温，因此TC燃烧器132于例如10％载荷时将为空载。当翻转和窑尾气流动处于低速或低温时可促使TC燃烧器132充分燃烧。
在一个优选实施方案中，TC32的结构为长约21英尺的平行六面体形。表2示出了在一个优选实施方案中TC32的其它尺寸。
表2过渡室(TC)几何结构形状平行六面体(箱式)长(耐火材料内)，英尺21.0宽(耐火材料内)，英尺21.0平面图工件(耐火材料内)面积，ft2441.0耐火材料厚，英寸12.0壳体的长/宽比，英尺 23.0灰激冷器/冷却器33是浸没的熔渣传送器，水浴激冷器。水浴维持在TC32以下。TC壁向下伸到水浴33中以提供密封防止漏气。熔融玻璃落入水浴33中，在此受到迅速激冷形成玻璃熔结构。凝固和冷却熔融玻璃材料迁移出的能量转移到水中形成水蒸汽。
冷却器33是一个卧式箱体，一侧有一倾斜段垂直于回转窑10中轴线。图2所示的等同的熔渣传送器将熔结物移向倾斜一侧，然后沿斜面向上从水浴33中出来。过量的水从固体上沥回到浴中，在熔结构物的表面上及其空隙中留下水。在约80℃，熔结物以10％的湿含量离开水浴冷却器33。
水浴冷却器33配有所示的循环泵和热交换器以冷却水以及一系列喷嘴以强裂搅拌水浴33。这些特点降低了水浴温度，而且如果大块热的耐火材料落入水浴冷却器33中，还降低了蒸汽喷出的危险。由于一些热量拒不通过热交换器，降低了进入到SCC34和尾气系统中的水蒸汽质流量，从而使窑10尾气的冷却温度更低、TC燃烧器132中的燃料消耗更低以及在SCC34和其它下游设备中的性能要求更低。搅拌作用还提高了细小熔结物的产率，加速了玻璃冷却，从而提高了对形成结晶的控制作用。
第二燃烧室(SCC)34接收到来自过渡室32和灰激冷冷却器33的尾气，并排到局部激冷单元操作(图1A工艺流程图所示)。热颗粒撞击第二燃烧室34的器壁并可成渣。燃烧室的基座浸没在过渡室32和灰激冷器/冷却器水浴33中。落入该冷却器水浴33的熔渣将被激冷并由所示玻璃熔结物传送机作为颗粒送出。
在SCC34几何结构中，气体在接近顶部的水平导管中离开SCC34。SCC34的底部结构为与过渡室32和熔渣激冷器33沟通。一些物质将在SCC34和过渡室32壁上积累。窑尾气，包括泄漏的空气和冷却器水蒸汽必须加热到1300℃，以使液态熔渣落入冷却器水浴中。在SCC34所有部件中的密封件(未示出)限制了空气渗透。
SCC34最好安置在过渡室32顶部，窑尾气直接进入。不需要主燃烧器，因为气体已经是离开回转窑10时的温度。燃烧器需要以热气加热窑端挡料圈(后面详细介绍)，和加热由冷却器水浴33挥发出的水蒸汽，将熔渣保持熔融态和高度流动性，同时在回转窑10的出料端18处的出料端挡料圈上方流出(draining)。
在一个优选实施方案中，SCC34结构为工件高80英尺，壳体直径高于15英尺。在一个优选实施方案中，SCC34其它尺寸如表3所示。
表3第二燃烧室(SCC)几何结构形状 圆筒形竖直中轴线工件直径，英尺 13.5工件横截面积，ft2143.1耐火材料层，英寸 12.0壳体直径，英尺 15.5工件高，英尺 80.0(工件高定义为底部进口管中轴线与顶部出口管中轴线的高度差)耐火材料—双组分耐火材料，半径共12″。热面是高密度Al2O3废电解槽系列物在回转窑10中燃烧，并与硅质材料如SiO2砂混合。具有低碳含量并与SiO2砂混合的废电解槽系列物排出回转窑10的出料端18，进入过渡室32和灰激冷器和冷却器33。
从回转窑10的出料端18排出的气体含有在如图1B42区所示的氟化物回收单元中回收到的氟化物。在一个优选实施方案中，氟化物回收单元区42包括一个由图1B42区所示的并看作是集尘室的石灰包覆的袋滤器提供的单元操作。
本发明的工业废物管理设施和方法(IWMF)提供了通过在具有“单区加热”的回转窑10中焚烧来处理废电解槽系列物的总体设备和方法。回转窑10作为熔融床15焚烧废电解槽系列物。废电解槽系列物是由回转窑10前面入口12进、后面出口18出的100％熔体。在熔融物条件下，用废电解槽系列物操作整个回转窑10是新的。
在总体IWMF和工艺系统内的设备和方法包括从窑废气出口气体中脱除氟化物以向大气中控制释放的设备和设备和工艺步骤。因此氟化物包含在IWMF设备和工艺系统中，并送到废电解槽系列物熔浴15中，在回转窑中转化为玻璃状残渣，从而使来自出口气的氟化物向环境中控制性地释放。
本发明的某些实施方案是由新近开发新的废电解槽系列物焚烧器/回转窑和工业废物管理设施(IWMF)的项目派生的。本发明包括空气投料系统，用于在回转窑10的入口端12中熔渣化表面主要部分上以进料形式扩散废电解槽系列物；还包括出料挡料圈系统，用于在或接近回转窑出口或出料端18维持自由流动的熔渣物料移动并进入水冷却室33；本发明还包括总体工业废物管理设施系统，用于在连续的“单区加热”区内处理废电解槽系列物。
参见图2和图3A和3B。空气投料系统发明将粉碎的废电解槽系列物进料分布在回转窑10入口端12的主要部分上。一方面，空气投料系统靠气动喷射。粉碎的或粉磨的废电解槽系列物进料1接到投料管2或4上。投料管4水平向下成约20-40度角，即，在一个实施方案中(未示出)，例如与水平成30度角。用于焚烧和处理废电解槽系列物的熔渣表面回转窑所用的空气投料系统通过投射装置2和4将废电解槽系列物作为进料分布或分散在回转窑10中的结渣面15的主要部分上，以便石墨大面积燃烧或焚化并将熔渣表面维持熔融态。
参见图4，出料挡料圈118用来促进熔材移动，以便回转窑10的成渣面在挡料圈118和回转窑10的出料或出口端18的上方保持自由流动并流入水冷却箱中。还有，来自回转窑的废气向下通过过渡室32引入水浴，熔渣流离开回转窑10中。在一个实施方案中，出料挡流圈118可以按横跨回转窑10的出口端宽约2英尺、深约1英尺的结构提供。
出料端挡料圈发明提供了燃烧器119，它向下成某一角度并指向设置在回转窑出口端处的出料挡料圈118。
进料端挡料圈112与出料端挡料圈118相关联，本发明的维持装置如图3B所示。
出料端耐火材料218与锥段相连，上面也铺耐火材料。在回转窑10的两端使用密封件412和418限制了空气往窑中漏气。来自冷却空气歧管310的冷却空气吹向冷却空气遮板312和318，使两端金属温度保持在金属形变和生长受到限制的水平。冷却空气不进入窑或密封件内的空间，因为存在焊到锥端段的360°全环。耐火材料维持段被栓接到该环上。
承载区部分先设计成回转窑10“填充”15％的水平，据认为这适于IWMF设备和工艺。调节承载区部分以使熔浴成渣面上大的表面积可以利用并与耐火材料壁接触。已发现，如果回转窑10太大，与端12和18的应力大小有关的问题要求改为10％承载区部分，以改善工艺参数。回转窑10可在更低载荷水平，即低于10％承载区部分下操作，只是熔浴15的体积要足够大，以便废电解槽系列物(SPL)和熔料熔融和均匀化。
回转窑10的斜面向出料端18进一步“倾斜”，以提供其表面不平行于回转窑10中轴线的熔浴15，这是基本条件。这种倾斜使熔浴15的体积和熔浴15的停留时间减少，其目的是降低氟化物蒸发和汽化的时间。
在回转窑10中的停留时间可通过“引导”投料装置2或4向回转窑10进一步投射原料来控制。此时，加料端12附近的熔浴15部分起着“空载”储热的作用，因为由于熔浴15粘性的原因出现微不足道的熔浴15反混。
本发明提供了用于提供和连续监测及控制回转窑10中熔浴或熔池15中预定温度分布的设备和方法。回转窑10中的熔池15首先加热到规定的初始温度，沿加热的电解槽系列废物和熔化物的熔池15的长和宽的多处位置监测温度。然后，通过控制由空气投射进料系统投射到回转窑10入口端的进料的体积和分布来调节加热熔池也15具体部位的温度。沿其长和宽的多处位置监测熔池15的温度。通过图2所示的辐射光学温度传感系统510对准回转窑10内熔池15的多处具体部位传来的传感器信号进行监测。随时间记录传感器信号，绘制出温度分布，以表明回转窑10内熔池15的多处具体部位的温度变化。
本发明还包括提供在(1)废电解槽系列物组成的具体的预定熔池的优选温度分布的参考值对(2)在回转窑10内熔池上方的实时实际温度的比较。然后，控制通过空气投料系统投入到回转窑10内的粉碎的废电解槽系列物的进料体积和分布，以响应优选温度分布对实际温度分布的比较值。
所以，用于提供、监测和控制熔池15内预定温度分布的设备包括加热回转窑10内废电解槽系列物的装置、位于回转窑10内含废电解槽系列物的熔池15的至少一个部位的第一温度传感装置、在熔池15的单独部分处的第二温度传感装置、比较由第一和第二温度传感装置传来的信号形成沿熔池15的长和宽的温度分布的装置以及控制投射到回转窑10入口端的粉碎的废电解槽系列物进料的体积和分布以获得和维持预定温度分布的装置。
在一个实施方案中，第一和第二温度传感装置由辐射光学温度测定系统提供，但其它实施方案可包括温度测定系统，例如由设置在回转窑10的熔浴15内的热电偶传感器信号提供的温度测定系统。
提供计算机50，用于比较由第一和第二温度传感装置传来的信号，形成沿回转窑10内熔浴15的温度分布。计算机被控制性地连接，以向用于往回转窑10内投射废电解槽系列物的装置(相对于燃气并流加热源)发送命令信号，获得和维持预定温度分布。
在一个方面中，本发明提供了建立、连续监测和控制回转窑10内熔浴15中规定温度分布的设备和方法，以连续方式沿熔浴15的长和宽方向降低或提高温度分布。
本发明 测定和监测温度，确定温度分布，并调节局部加热和冷却，根据温度测定和监测方法改变熔浴15的温度分布。所以，本发明提供了一种连续监测器和控制熔浴15温度分布的方法。通过测定温度分布变化的大小，参照所需温度分布的具体标准，可以确定熔浴15上的加热量和传导/传递冷却量。辐射光学传感器信号512，516和518测定熔浴15的温度。辐射光学传感器信号512测定在或接近回转窑10入口端12的温度。辐射光学传感器信号516测定在或接近回转窑10外围16的温度，且信号518测定在或接近回转窑出料端18处的熔浴温度。
由辐射光传感器信号512，516和518测定和收到的温度读数或传感器数据被送到本发明的设备和工艺中的数据记录器单元。数据记录器单元接收和记录来自辐射光传感器信号512，516和518。然后，数据记录器收集的数据被送到图6所示的计算机中进行校正。
计算机50(图2)分析由实时数据确定的实际温度分布，包括使该温度分布与用于目前回转窑焚化操作的特殊浴组成所需的参考标准或预定的温度分布进行比较。计算机50可提供图5所示的熔浴中的温度分布曲线。
计算机50向投料系统1发出一个信号或多个信号，该投料系统通过空气投料装置2或4向回转窑10投射磨过的废电解槽系列物，以使回转窑10中的温度分布负荷或卸荷。
由计算机绘制的温度分布曲线可提供图5所示的图解分析。实际温度分布对具体参考温度分布的曲线图可视为实时熔浴15的。通过绘制实际温度分布对预先设定的温度的曲线可提供比较。再计算所需差别，并用计算机以此方式进行分析，即根据图6所讨论的数据记录器接收到的数据进行计算机比较和分析来调节回转窑中的进料体积和分布。
图6提供了逻辑和工艺流程图，表明按照本发明控制熔浴15的温度分布的方法的决定。实质上，按照该流程的工序包括以下步骤分别将来自辐射光学传感器信号512，516和518的传感器信号输入到微处理机中，比较传感器信号，对来自入口端位置12的浴温辐射光学传感器信号512和来自回转窑外围或侧端位置16的传感器信号516(相对于出料端的传感器信号518)的温度值编程(factoring)，同时确定差别是否大于储存在微处理机中的参考值。如果比较值大于参考信号，则对图2所示的投料系统发出命令信号。如果比较值不大于参考信号，则微处理机确定比较值是否小于参考值，如果小的话，则向投料系统发出命令信号，以向回转窑10投射更多的碳质材料。如果输入信号不小于参考信号，则不向投料系统发出命令信号。
本发明的设备和方法提供了回转窑熔浴中规定的温度分布，建立和维持真空温度分布，与图5所示的优选的规定温度分布一致。
本发明的设备和方法最好提供规定的温度分布，以便因熔浴15内温度梯度造成废电解槽系列物中碳含量下降，从而可将废电解槽系列物焚烧成适宜封装入玻璃渣中的灰。
本发明提供了一种用于测定和检测熔浴15的温度，然后确定熔浴15温度分布的实时传感器。本发明提供了一种监测和控制熔浴温度分布的方法，包括在研磨的废电解槽系列物上将进料迅速加热到碳降低设定点而不超过回转窑生产炉中最大氟化物产生温度，再与规定温度分布相一致，由此以高效的处理率处理和安置铝电解熔融产生的废电解槽系列物。
再回过头来参见图1A和1B。要加到IWMF总焚烧器系统区30中的废物分级通过物料接收和处理区。液体接收、贮存和处理区21提供了对各批液体收到物收集、贮存、混合、处理和进料，所述液体收到物包括废油、酸、碱性液、废水和无机液在内。
液区21接收水溶液、有机和无机废液批料。取样后卸料、沉降并按照其化学组成和与类似废物的相容性而贮存在不同贮箱中。然后，将液体合并并在搅拌箱中混合，以便将具有所需燃烧性的均匀废物送到焚烧器中。
淤浆接收、贮存和处理区22将废的油状淤浆、滤浆和苛性淤浆接收、贮存、处理、条件化和加到窑中。在优选实施方案中，区22可处理每年约2500吨以上的油性硅藻土、珍珠岩和滤布以及每年137吨的苛性淤浆。物料是在无辊柱塞式推出容器中接收的。容器中的柱塞将淤浆推入慢速减切撕碎机中将加到窑中的滤布撕碎并降低淤浆中的任何杂散物的尺寸。
活塞型混凝土泵形式的淤浆泵将物料加到窑中。废油性淤浆可从区21泵到用于通过窑吹管加料的淤浆泵。
固体接收、贮存和处理区23将所有碳质固体接收、贮存、降低尺寸和加料，该碳质固体包括废电解槽系列物和其它固体碳废物，例如阳极废物。将一定尺寸的物料送到回转窑焚烧系统。在一个优选实施方案中，物料处理系统每个能处理约38,000吨的固体物。固体废电解槽系列物装在有轨机动车辆上的15码箱子(堆8层)中。这些箱子将利用叉车卸货。
三级尺寸降低使加到窑中的产品小于1/4英寸。
接收、贮存和处理区24的容器设计成接收、贮存、处理、去码垛堆积、分级和加料30加仑和55加仑纤维包。在货架上接收纤维包(packs)。使用平床或拖车型拖车将堆积的纤维束由原厂家输送到这种设施中。产车将货架卸到卸料场，根据该物料的相容性，将纤维包放在仓库的隔离区。
预选货架的贮存纤维包分级，条码阅读器将各纤维包上的阅读识别码送入用于存货盘存的中央工艺控制计算机并沿轨道将进料送入焚烧器。以由工艺计算机选择的高达每小时12个容器的速率，分级的纤维包将被送到回转窑中。滚筒式分级传送机提前将单个纤维包放在滚筒式升降机中。滚筒式升降机将该包提升到回转窑的加料槽并将纤维包通过气闸滴加到加料槽中。
作为进一步的加料件提供滚筒泵以提供适应性，将来自滚筒的液体含量泵入液体贮存箱准备处理。
化学处理/中和区25包括用于中和废酸和降低铬淤渣液体废物的套管反应容器。冷却液通过容器套管循环，以除去中和和降低铬废物过程中产生的热。废的苛性溶液与根据需要使用的新的荷性溶液一起用作基本中和剂。使用SO2以将铬由(Cr6+)还原到(Cr3+)。中和的酸被送到该水溶液贮箱，而还原的铬淤浆被送到该水溶液进料箱。使用填充床洗涤器，以处理来自反应容器中的所有尾气。
焚烧区30是用于焚烧废物处理的总的区域。焚烧区30再分成分区31，32，33和34，各区致力于焚烧器的具体功能或类型。分区31，32，33和34包括回转玻璃化窑31、窑过渡室32、玻璃熔结系统33和第二燃烧室34。
熔渣浴回转窑区31包括熔渣浴回转窑10和相关的设备。回转窑10是以氧化性高温(1100-1300℃)成渣方式操作的并流窑，以使废电解槽系列物灰、来自其它废物的灰和空气污染控制(APC)区42集尘室固体转化成非浸出性玻璃。窑的进料包括SiO2砂和Ca-CO3，其用量和组成均受到控制，从而提供以下详细介绍的合适的玻璃配方。
窑驱动扭矩功率足以从完全停车将窑起动，在6点钟的地方，熔渣“凝固”浴满载10％，然后足以进一步将载荷通过3点钟(或9点钟)的位置，在此载荷赋予最大抗扭距，直至12点钟的位置，在造成冷停车的翻转之后开始连续旋转。尽管实际操作可同时允许载荷在6点钟的位置凝固，但在这样的条件下不宜起动回转窑旋转。当载荷运行超过12点钟的位置时，造成不能接收的超速条件。如果载荷升到12点钟的位置原封不动，它可碎散开，落在维持的耐火材料上，造成破坏性结果。最好使用紧急驱动器连续旋转窑，即使在严重破坏过程中。随着窑被冷却，然后在紧急翻转工序中被加热，浴将不凝固成独块。之后，凝固浴通过在冷却和加热循环过程中的不同膨胀应力碎散成小块。在此条件下，一些固体材料将从窑中排到灰激冷冷却器中。
来自窑的熔融玻璃渣排到水浴中，在此产生熔结物。窑尾气排到过渡室32(TC)和玻璃熔结系统区以降低排气速率，和在进入第二燃烧室34(SCC)之前排泄颗粒。
灰激冷器/冷却器33容纳足球大小的块并包括牵引链，后者具有牵引能力，足以移动和破碎这种大尺寸的非常易碎的玻璃废料。
第二燃烧室(SCC)区34包括竖直上燃的第二燃烧室和相关设备。来自回转窑过渡燃烧室的燃烧气通过第二燃烧室，在此它们暴露在高温下，例如约1200℃-1250℃，停留时间为2-6秒。这样的高温与湍流和氧结合将引入到第二燃烧室中的窑燃烧气以及另外的废物(废的有机液和水性液)热氧化成热力学稳定的气体。这种氧化完成了焚烧工艺。烟道气排出第二燃烧室，用于后序下游气体净化单元操作。
用于环境单元操作的总的区域再分成分区42和43，各分区致力于具体功能。分区42和43包括对第二燃烧室尾气的空气污染控制，玻璃处理和废物固定/稳定处理。
第二燃烧室尾气在空气污染控制(APC)区42中通过物理/化学手段处理，以在清洁释放到大气中之前除去颗粒物和酸气。
第二燃烧室尾气进入竖直并流的局部激冷室的顶部，在此通过喷上新鲜的工艺水和清洗液净化水，使这种尾气湿润以使其冷却到约250℃。激冷水基本上是淡水，因此颗粒产生降为最低。尾气不被激冷到绝热饱和的程度，以防止在后两个单元操作中湿分冷凝。
采用室温空气在文丘里喷射器中将260℃局部激冷的尾气冷却到适用于集尘室操作的温度。根据需要，由激冷空气鼓风机给文丘里段提供激冷空气，以将气体冷却到适于保护袋材的温度(＜230℃)，但要高于酸气露点(175℃)。多隔室集尘室除去颗粒物，包括微细颗粒，以达到烟道排放物速率低于0.015个颗粒/dscf。脉冲空气袋净化受差压和记时器控制，并通过采用工艺空气实现。采用多隔室以允许机内检验和保养和在关机和最大流动条件下的操作中提供灵活性。提供了自动和手动分离隔室的服务。为了气流扩散，包括了隔室入口挡板。对于工艺过程，要求低的集尘室压降(通常4-6英寸H2O，最大8英寸H2O)。
采用集尘室处理化学品，主要是水合石灰，以增强脱除颗粒的能力和中和酸气组分。文丘里注射器将化学添加剂与气流混合。在锥形集尘室底部收集集尘室中沉降的或由气袋脉冲得到的颗粒物。这种飞灰/石灰混合物部分循环注入到文丘里管中以降低石灰化学计量量添加的要求。剩下的部分传送到熔渣浴回转窑焚化器区30，处理成非浸出性玻璃。
离开集尘室的烟道气进入清洗器入口过渡激冷段。在此气体被喷上新鲜的工艺水或循环清洗液以将气体湿润和冷却到绝热饱和温度，便于保护后面的下游设备。
过渡激冷尾气进入逆流填充床清洗器，在此酸气(HCl，HF)以最低99％效率脱除。按照需要，用20％苛性液中和循环的清洗液到pH7-9。
清洗过的出口气穿过系统并由叶轮通风扇排到烟道中(所述通风扇在熔渣浴回转窑中控制负压)。
固定区43由用于固定/稳定废物便于以后以牢固掩埋处置的工艺设备构成。废物以大块装在矿车上，与粘合剂和水泥混合，然后让其硬化成非浸出性块材。为了处置非浸出性玻璃熔渣、稳定的废物和其它无机固体，提供RCRA标准牢固掩埋区70，它包括双轴向浸出物收集装置和防止势能释放的地下水监测孔系统。
化学品和原料区80提供了化学品和原料贮存。废物和未用过的苛性溶液在箱中混合和贮存，备用于化学处理/中和区和用于环境控制区。水泥和硅酸钠溶液在覆盖的仓库中贮存，备用于固定/稳定区。砂贮存在料斗中，备用于焚烧区。荷性溶液转移到空气污染控制区42，备用于湿气清洗系统，砂转移到窑固体进料系统中。
操作和控制工业废物管理设施(IWMF)和熔渣浴回转窑(SBRK)设备的逻辑控制原理和成渣和处理废电解槽系列物(SPL)的应用方法主要把焦点集中在控制熔料的进料速度质量比，以便取得在中等熔融浴温下高流动性和在非浸出性玻璃渣中氟化物的高度固定性的目标。
逻辑控制原理目的在于在本发明的设备的方法中完成处理和安置废电解槽系列物的三项目标(1)破坏氰化物，(2)玻璃化和固定氟化物，以及(3)燃烧碳石墨。
在回转窑熔融浴的温度下，促进氰化物的分解。
氟化物的固定需要加入二氧化硅，以与束缚在玻璃基质中的氟化物一起形成玻璃来控制浸出性。基于依赖于废电解槽系列物(SPL)中的钠含量的预定计算，控制加入的二氧化硅的质量比。SPC中的钠浓度依其来源不同范围很宽。因此，所要求的二氧化硅质量比在约14％平均钠含量上下波动30％，不过这将是一个缓慢变化的值，对于具体来源的具体SPL进料，趋于定值。变化将由以下详细介绍的IWMF设备的方法重复性调节。
二氧化硅在浴中高浓度总是很重要，因为对于二氧化硅/钠的比率，浸出性变化非常迅速。
熔料质量比的主要意义是渣浴的流动性。所以，经常观察浴的工况是很重要的。这种观察将要求浴的工况品质特性与改变SPL特性的了解和过去成功或不成功熔料质量比的经验的综合。变化将由以下详细介绍的IWMF的设备和方法重复性调节。
浴中添加二氧化硅提高了在任何温度下的浴粘度。但粘度相当高，以致很难在低至或接近约1150℃熔化温度的温度下操作窑。最低操作温度(1150℃)是期望的，以将高百分数的氟化物固定在冷却的玻璃中，而不是将其挥发在出口气体中，然后吸附，并作为CaF2回到窑中。为了证明熔融SPL中加入二氧化硅能得到合适的浴粘度，已表明对于实际降低粘度来说，加入碳酸钙是很基本的，尤其是在1150℃(±50℃)的范围内窑操作更是如此。
二氧化硅和碳酸钙相对量的小的变化主要影响粘度。温度没有这么大的影响，但当用一定的混合物操作时，温度影响相当大。
要焚烧的物料混合物的组成和该混合物的粘度—温度曲线提供了浴必须保持的合适的温度控制范围，以在熔体或渣浴中达到合适的流动性。窑中燃烧速率的进一步变化基于来自辐射光学温度观察的信号控制和调节浴温。
SPL碳是一种非常惰性的物质，很难燃烧。已发现并据信，本发明IWMF一个重要特征及其操作性的道理是使用碳酸钙作为一种熔料。碳酸钙在熔融浴中迅速分解，排出一氧化碳气。二氧化碳气与熔融浴中的碳相互作用，使碳气化，产生一氧化碳/二氧化碳气(CO/CO2)混合物。之后，CO/CO2混合物迁移到熔融浴表面，在此，借助于熔融浴上方的空气或氧气，这种混合物以“缓慢的”黄色扩散火焰燃烧。另外，氢氧化钙也可用作合并的熔料和碳气化剂的来源。氢氧化钙容易排出水蒸汽，后者与碳作用，生成H2O/H2/CO气体混合物。
出于两个原因考虑，烧掉碳很重要。控制多孔性和浸出性是烧掉碳的第一个原因。烧掉碳很重要的第二个原因是因为熔融浴中未烧掉的碳对流动性影响不良，而且对工作情况难以管理。
当采用Brookfield粘度计以不同的温度和不同的SiO2(砂)和CaCO3(石灰石)的加入量测定废电解槽系列物的粘度特性时发现，随着温度上升，粘度由154泊(于1318°K)降到0.96泊(于1567°K)。以不同的量往SPL中加入石灰石和砂以维持Si/Na和Ca/F2比值分别为约0.8-1.6和1.0-1.6时，发现粘度和熔点均显著降低。
已发现，摩尔比Si/N约0.8、Ca/F约1.0的复合混合物具有最低的粘性和最低的熔点。这种最低粘度复合物的粘性为70.3泊(于1273°K)和0.9泊(于1423°K)。
循环和安全处置SPL(将其固定在玻璃基体中)要求低粘度和低熔点。通过加入到SPL中的添加剂的用量控制粘度和熔点，以提供最低的粘性值，同时维持其玻璃特性。本IWMF发明的设备和方法通过加入砂和石灰石而控制了作为温度和SPL中添加剂的量的函数测得的粘性，从而提供了在回转窑中SPL熔体和熔融浴的高流动性。
经实测，Si/Na摩尔比约0.8和Ca/F2摩尔比约1.0的废电解槽系列物组分能提供在任何温度下最低的粘性。根据为找出将粘度降到最低的可能的水平，同时维持其玻璃性的观察和计算，这种特定的组成在所有组分中具有最低的熔点。
对于约1.0的Ca/F2摩尔比，粘性随着Si/Na摩尔比的增加而提高，这归因于熔体随Si/Na摩尔比增加而碱性降低。对于较高的Ca/F2摩尔比，如约1.2，粘性先随Si/Ni摩尔比的增加而降低，然后增加，即显示了最低值，因为对于具有最低粘性，要求最佳碱性指数。熔体的碱性指数由以下表达式给出 由于二氧化硅本身为强酸性，熔体的碱性指数随Si/Na比增加而降低且达到给出较低粘性的最佳值，超过该值，粘性再次提高。在仍较高的Ca/F2比，如约1.6，粘度对Si/Na比的曲线显示了最大值，即粘性先随Si/Na比的增大而提高，然后下降，因为碱性指数的最佳值符合约1.2的低Si/Na比。当Si/Na比增大到约1.4时，碱性指数由最佳值下降，且粘性提高。当进一步将Si/Na比提高到1.6时，Al2O3的作用变得很重要。
在SPL中，Al2O3以大量(7.2％)存在。它具有两性的性质，即根据熔体其它组分，它可起着碱性或酸性氧化物的作用。所以，在高的Si/Na摩尔比，Al2O3起着碱性氧化物而不是酸性氧化物的作用，这导致熔体的碱性指数下降。具有约1.6Ca/F2比和约1.6Si/Na比的组分的低粘性归因于相同的两性性质。
观察作为Si/Na原子比的函数绘制的氟化物的浸出性表明，在由Si/Na比高于约1.3得到的SPL产物中可浸出的氟化物量较低。其它添加剂如CaCO3对熔体中氟化物的浸出性的影响可以是叠加的。Ca/F2比值的变化还影响了SPL中氟化物的浸出性。
以并流和氧化的方式操作熔渣浴回转窑。窑具有位于入口或进料端并燃烧天然气的主燃烧器。空气通过燃烧器送到窑中给燃烧器和窑室。应最大限度地减少漏气，即通过开孔而不是燃烧器喷嘴漏入回转窑的空气。
窑在约1100℃以上的高温，优选1150℃-1300℃下操作。窑将废加料的不燃烧部分转化成非浸出性玻璃并将废加料有机物蒸发成窑尾气。窑中产生的熔融玻璃排到水浴中，在此生成适于掩埋的熔结物。窑尾气排到过渡室中以降低粘性，并在进入第二燃烧室(SCC)之前松落颗粒。水浴产生的蒸汽成为过渡室(TC)中窑尾气流的一部分。
SCC位于过渡室上方，并提供了竖直上燃的单元，以便残渣可松落到熔结浴中，SCC实际上以适合过渡室安置。在正常条件下，当窑尾气处于其正常温度(1300℃)时，过渡室以最低速率燃烧。燃烧器必须易于以所需速率迅速燃烧，以将窑挡料圈和TC孔上的耐火材料热面维持在高于熔渣液温。SCC提供了高温，如1200℃，充分的氧和停留时间，使来自回转窑尾气的任何碳质和有机组分的氧化完全。SCC燃烧器用天然气燃烧。空气提供给燃烧器和SCC室。在约1200℃-1250℃，SCC所需的最低停留时间为2秒。SCC还具有直接处理任意选择的大量水溶液和大量有机废液流的能力。SCC尾气排放到空气污染控制(APC)系统中。
本发明的熔渣浴回转玻璃窑包括一个旋转的衬有耐火材料的圆筒装置，它以并流(气体和固体以相同的纵向流动)和氧化方式(对于窑中所有可燃材料，空气过量)操作，在其整个长度上具有熔渣浴。窑使包括SPL固体在内的废进料的不燃部分转化成非浸出性玻璃，并蒸发和燃烧包括在SPL固体中的氰化物和大部分的元素碳在内的废进料有机物，以后在第二燃烧室中完全捣毁。
所有窑的耐火砖可经受1600℃最大热侧温度，并掺入了高含量氧化铝以抵抗熔渣浴的腐蚀作用。燃烧和废气密封件和外壳的结构为将空气泄漏最大限度地降低到最大可控空气的1％以下。回转窑所具有的特定的最低长径比(L/D)为4-1。窑中的最大燃气速率被控制和限制到每秒15英尺，以最大限度地降低窑尾气中的颗粒夹带。出口端密封冷却系统避免了由窑排出的熔渣冷却到防止熔渣自由流入水浴玻璃熔结系统的温度点。
位于进料端中的窑主燃烧器燃烧天然气。该燃烧器提供了用于燃尽碳的驱动力和窑中熔渣浴养护并补充了与1200-1400℃温度下窑操作有关的任何辅助能源要求。燃烧器或天然气喷嘴位于窑的出口端或过渡室中，用于向窑中存在的炉渣上喷射火焰，以使渣熔融和自由流动和防止在出口端挡料圈上过度积累。
位于回转窑前面的单独的液体喷嘴提供了将大量的有机废液和大量的水性废液加到窑中的装置。各喷嘴提供了蒸汽或空气外部雾化，蒸汽清洗和去堵塞。大批水溶液通过离心泵送到水溶液喷嘴。大批有机液通过齿轮泵送到有机液喷嘴。在喷嘴附近提供了用于有机液喷枪的燃烧空气。提供有机液喷嘴的另一种变通方案是位于回转窑前面的单个淤浆喷嘴。单个淤浆喷嘴将油性滤浆加到窑中。淤浆喷嘴提供了蒸汽或空气外部雾化和蒸汽清洗和去堵塞。大块的滤渣被破碎与油性淤浆合并并通过排液混凝土型泵送到淤渣喷嘴中。
第二燃烧室(SCC)包括一个竖直上燃的衬耐火材料室，后者紧邻回转窑下游的过渡室。第二燃烧室提供了高温，和足够的氧和停留时间，以使来自回转窑的出口气体的任何碳质和有机组分的氧化完全。SCC气体停留时间规定为在最大流动条件下，于约1250℃，2秒。SCC处理任意选择的废有机液和废水溶液。
在操作过程中，在SCC壁上形成熔渣。布局和燃烧器位置应如此设置，以便熔渣通过过渡室沿SCC壁流下并排列玻璃熔结器(fritter)的水激冷段。形成玻璃熔结物的水激冷如此设置，以便它不直接在SCC顶部上可能形成、碎裂并直接落入水浴中的钟乳石状物的通道中。
SCC耐火砖按回转窑使用的耐火材料的同样规定设计。
SCC顶上的衬耐火材料的应急卸荷烟道的尺寸应能释放来自窑和SCC的合并的燃烧气。
SCC可具有一个定位的主燃烧器，以便燃烧器的SCC下游中的燃烧气体停留时间例如约2秒且沿SCC壁流下的熔渣不干扰燃烧器操作。SCC燃烧器燃烧天然气。这种燃烧器的目的是提供与1150-1250℃下SCC操作有关的辅助能源需要量。
位于SCC中的水溶液喷嘴提供了将大批水性废液加到SCC中的任选的能力。喷嘴位于SCC燃烧器和过渡室之间，以便在2秒停留时间起燃之前投入废物，且燃烧器火焰通道中的喷射物不激冷和不撞击耐火材料壁。喷嘴提供了蒸汽或空气的外部加热和蒸汽的清洁和去堵塞。大批水溶液通过离心泵由区21送到SCC喷嘴。
位于窑和SCC之间且在玻璃熔结系统的水激冷段顶部上的衬水平耐火材料的过渡室降低了窑尾气的速率以排出夹带的颗粒，从而将转移到SCC和后面的空气污染控制设备中的颗粒降为最低。
过渡室的构型应建造成控制过多的熔渣在窑端挡料圈上凝固和积累，这种现象是与玻璃熔结水浴蒸汽产生有关的冷却造成的，此外，可能使耐火材料断裂。位于过渡室的窑出口燃烧器还提供了维持熔渣流动性的控制作用。
来自回转窑的熔渣落入水激冷室将熔渣迅速冷却，变成熔结玻璃。
过滤室/灰激冷器冷却器起着“排泄盒”的作用，以收集回转窑尾气中的颗粒。收集到的颗粒将撞击该室的后壁并粘到耐火材料上，变熔，和沿壁向下流入下面的灰激冷器冷却器水浴。
实施例I本实施例I的主要目的是集中在燃烧废电解槽系列物和其它废物，同时生产含非浸出性氟化物的固体的技术可行性。
所有进行的四次试验用作“筛选”试验，观察以下几个基本方面成渣温度床均匀性废物倾卸到水中的可行性氟化物锁入非浸出性玻璃形式中低碳含量熔体的控制(低粘性)气体放出速率物料所有物料均由the Aluminum Company of America(Alcoa)of Pittsburgh，PA提供并由以下物质组成673磅废电解槽系列物(SPL)609磅废电解槽系列物灰分504磅砂22磅油性过滤介质20磅众数组件(mode assembly)SPL的组成示于表4。
表4废电解槽系列物进料组分范围％氟化物 14 ±3％碳 40 ±20％Na 13 ±3
％Al11±3％Ca2 ±1％Fe1 ±0.5％CN-0.004 -0.2％氧化物10±5热值，Btu/磅4000 +5000-200024英寸直径×42英寸长的衬热火材料的批料回转窑配有尾气房式箱，其目的是积极俘获窑尾气。导管系统将回转窑与加力燃烧室、激冷塔、集尘室、叶轮式抽风(ID)扇以及烟道连接。
回转窑内的温度是由通过尾气室中的取样门的辅射光学高温计来测定的。
回转窑是以6rpm操作的，燃气流速为130SCFM，氧过量10％。
遇到的难题是熔浴爬升到废气箱，结果，回转窑前端在1号试验后上升1英寸。
利用特制的大不锈钢收集器，通过尾气室检测门进行熔渣取样。通过在冷水中冷却该收集器中的样品激冷熔浴样品。
在四天试验中进行共四次大批料回转窑基本试验。每次试验，窑耐火材料预热到1号试验1150℃2，3和4号试验 1360℃起始窑投料计算为窑载荷的10％，不同的砂与SPL之比如下1号试验 52.3#SPL灰+52.3#砂2号试验 132#SPL灰+40#砂
3号试验100#SPL灰+61#砂4号试验100#SPL灰+53#砂在每次试验/分试验(如3和4号试验)过程中，评价和记录熔浴温度、床位置、床深、粘度估值、加热所需时间和新床投料熔化并吸收到浴中所需时间。
以特定时间间隔或以下变化的试验条件收集熔浴样品。一些样品用于提供残余碳分析。一些样品分析氟化物浸出性。
表5示出了按照检测实验报道的所有提供的样品残余C％数据。
表5
试验表明，尽管废电解槽系列物结构致密，也可以熔融成渣床方式基本上完全烧掉石墨。
熔浴显示了良好的工作情况。回加(backcharged)的物料易于混入并在几分钟内熔化。
熔体的粘度看来受两个因素的影响。较高温度产生较低表观粘度，而加入含Ca添加剂大大降低粘度。
实施例II与实施例I相同，目的是将碳烧尽到最低残余量并将氟化物锁入非浸出结构。改变SPL、砂和石灰石的混合比，以获取低温下可控的低粘度熔体。
所用的物料是细的废电解槽系列物；负10目物料，砂，石灰石(Hurlibut石灰石，负200目，99％纯度)和粗的废电解槽系列物。
24英寸直径×42英寸长的衬耐火材料的批料回转窑以前面实施例I四个试验同样的方式以负倾斜角安置。出口端高于水平面1英寸。燃烧器端是低点。
回转窑配有尾气房式箱，其目的是积极俘获窑尾气。导管系统将回转窑与加力燃烧室、激冷塔、集尘室、叶轮式抽气(ID)扇和烟道连接。
窑内的温度由辐射光学高温计通过尾气室内的取样门测定的。
回转窑以7rpm操作，燃气流速为130SCFM，氧过量10％。
利用特制的大不锈钢收集器，通过尾气室检测门进行熔渣取样。在水浴中激冷溶料样品。
在窑内加入混合物之前，将窑耐火材料预热到1150℃。起始混合物组成如下100磅细的废电解槽系列物39磅砂78磅石灰石共217磅回加料组成如下10磅细的废电解槽系列物4磅砂8磅石灰石共22磅在试验过程中，观察和记录熔浴温度、床的位置、床深、粘度估算、加热所需时间以及熔化新加的回加料所需时间。
在最后一次加料后5，10和15分钟以及加入粗的SPL混合物后较长时间间隔，收集熔浴样品。
熔浴显示出良好的工作情况。含有细SPL的回加料混合物混入，且物料在几分钟内熔化，得到光滑的低粘度熔体。
在加入新物料同时，注意到比实施例II第一部分中有更少的发烟、猛烈的火焰和火花。
在1150℃靶温，观察到熔体为“液体”状，非常平滑。注意到放在熔体表面上的1/2”陶瓷球立即落入底中。在收集样品时，能够将熔体倒入激冷水中，这是前几次试验中不可能做的。
后几个样品有引入注意的颜色，从灰变到灰绿，再到浅绿(根据温度和经过的时间)。
实施例III
实施例III的具体目的是确定优选的添加物质量比Si/Ma＝1.4略大(3.66磅SiO2/磅Na)Ca/SiO＝1.2略大(1.12磅CaO2/磅SiO2)；用于可控制熔体粘度的条件的工作温度范围；用CaO/CaCO3烧尽碳的过程中氟化物尾气的效果；以及来自集尘室的CaF2循环到要模拟的浴中确定氟化物放出情况。
所用的物料是细的废电解槽系列物；砂；石灰石(Hurlibut负200目石灰石)；卵石石灰(由Western Lime & Cement公司供应)；以及氟石。
由于“接收的”SPL是粗的，尺寸小于1英寸，因此必须粉碎SPL，以便与前面试验所用的SPL尺寸分布类似。使用锥和光滑辊粉碎机进行降低尺寸的工作。
“接收的”石灰为卵石形状，这种石灰对于与细小物料良好地混合是不能接受的。石灰被迅速粉碎成-1/8″，并封在塑料袋中。
大型衬耐火材料的批料回转窑以实施例I和II同样方式以负倾斜角设置。在制备组件时发现，在操作实施例I和II后，原来的24英寸回转窑内径扩大到29英寸。耐火材料是Kast-O-Lite30。
回转窑配有尾气房式箱，其目的是积极俘获窑尾气。导管系统将窑与加力燃烧室、激冷塔、集尘室、叶轮式抽风(ID)扇和烟道连接。
回转窑内的温度是由辐射光学高温计通过尾气室取样门测定的。
回转窑以7rpm操作，燃烧气流速130SCFM，氧过量10％。
利用特制的大的不锈钢收集器，通过尾气室检测门进行熔渣取样。熔料样品在水浴中激冷。
初始混合物组成如下
在加入起始投料之前，将窑耐火材料预热到约1150℃。
在试验过程中，观察和记录浴温(光学高温计读数)、床位置、粘度估值和熔融所需时间。
根据1号试验，石灰(CaO)在1200℃试验温度下根本不与SPL和砂反应。加氟石(CaF2)不降低粘度。在大约1195℃，熔体具有可控粘度，但含有未反应的CaO熔结物。在1160℃，浴粘度极高，所有物料沉积在窑壁上。
根据2号试验，一旦烧尽碳，温度下降且熔体粘度迅速改变。在1200℃，熔体粘到壁上。在1230℃，粘性得到改善。在1270℃，观察到工况良好的低粘性熔体。加入CaF2的确降低了熔体的粘度，相当于差约80℃。在1170℃，含足够的CaF2的熔体看起来呈糊状，但管理性良好，易于与新的进料混合。
实施例IV对于三种基本物料的混合物进行大型回转窑试验，以模拟在废电槽系列物中可变的氧化铝含量。
实际回转窑试验测定了以三种不同的氧化铝含量和在给定的温度范围内下的熔体流动性。所需温度范围为最小1050℃和最大1250℃。
在所有试验中使用的废电解槽系列物被由硅酸钠和焙烧过的氧化铝构成的合成的混合物，包括硅酸钠，2SiO2·Na2O(由PQ Corp.Anderson，Indiana得到)；焙烧过的氧化铝(由Allis Mineral Sys-tems供应的T/C，A12型Al2O3)；以及氧化铁(由Allis Mineral Sys-tems，T/C供应的Fe2O3)在内，所取代。铁矿颗粒被粉碎到-1/4″(1号试验)，而2#和3#试验研磨到-28目。
为了降低熔体粘度，使用添加物，包括氟石(由Alcoa，Texas和Hall Cell Bath得到)，3NaAlF6(由Alcoa，Pennsylvania得到)。
回转窑配有尾气房式箱，其目的是积极俘获窑尾气。导管系统将回转窑与加力燃烧室、清洗器、叶轮式抽风(ID)扇以及烟道连接。
熔体的温度由辐射光学高温计通过尾气室取样门测定。
回转窑以4rpm操作，燃气流速150SCFM，氧过量5％。
利用特制的小的不锈钢收集器，通过尾气室检验门进行熔渣取样。熔料样品在水浴中激冷。
每次试验后，通过用特制的大的不锈钢收集器除去熔体，尽可能地清洁回转窑。
在加入物料之前，将回转窑预热到1066℃。
在试验过程中，观察和记录熔体温度(辐射光学高温计读数)、床的位置和粘度。
表6示出了在试验过程中具有作为“回加料”加入的粘度降低添加物的所有试验组成物的总结。
表6进料混合物总结物料 1号试验 2号试验 3号试验重 重 重lbskglbskglbskg2SiO2.Na2O 153.169.43130.2 59.05190.0 86.17Al2O335.4 16.0560.127.2660.127.26Fe2O311.5 5.22 9.7 4.40 12.15.49TOTAL 200.090.70200.0 90.70262.2 118.91添加物3NaAlF64.0 1.81 4.1 1.86 5.0 2.27CaF64.1 1.86 4.0 1.81 5.0 2.27附加添加物3NaAlF610.04.542SiO2.NaO250.022.681号试验的Fe2O3粉碎到-1/4＂2号和3号试验，Fe2O3被粉碎和研磨到-28目
1号试验混合物具有7.1％计算的氧化铝含量。
在试验熔体过程中，通过加入回加料使粘度维持在受控状态下。在从窑中除去产生的熔体时，不追加冰晶石或氟石以使熔体保持“流动”。从窑中不能去除所有熔体。所以，作为产物只回收到143磅1号试验的加料。
2号试验混合物具有计算的14.2％氧化铝含量。结果，这种混合物很成问题。高粘度熔体爬上燃烧器，经常关闭燃烧器通道。加入冰晶石多少降低了粘度，但不足以获得可控熔体。67分钟后(只使用115.5磅准备的加料)，试验被迫中止和结束。
3号试验混合物设计为具有约10％氧化铝含量，该量介于1号试验和2号试验的含量之间。
这种3号试验的混合物比2号试验的混合物处理难度低，但熔体具有高粘性，以均匀平滑层涂覆窑壁。只是在高温时，例如1250℃-1300℃，粘度下降，窑包层产生粘性浴，在6点钟的位置有可见的熔体足尖(toe)。
在较低温度下加入冰晶石(Hall浴)降低了粘度，但不久之后，粘度又开始回升。
在较高温度下(约1230℃)和加入5磅氟石和15磅冰晶石之后，熔体变成易处理。
在每次使用较高氧化铝含量的混合物时，观察到熔体粘度非常高。
已发现，为获得易处理的熔体，氧化铝含量必须是7.1％或以下。
在较高温度，熔体粘度下降，只有在约1150℃以上才变得易处理。
作为优选实施方案的实际实验和开发的结果，发现对于连续成渣单窑的连续操作，要求低粘度熔渣。
发现由氧化该碳和废电解槽系列物获得的能量，在正常操作下足以运转回转窑，包括提供烧尽碳和将浴维持在熔融条件下。在正常条件下，回转窑的主燃烧器需要只在约10％最低极限下燃烧。不过，不应关闭主燃烧器，因为在翻转等过程中，它需要被迅速利用促使高燃，以使浴保持热熔状态。
本发明人发现，加到本发明回转窑的废电解槽系列物进料比较惰性，即一种很难燃烧的碳质材料。此外，本发明的回转窑适用于达到将碳高度烧尽。这种改进的碳烧尽程度据认为归因于使用碳酸钙作为一种熔料。碳酸钙在浴温下迅速分解，放出二氧化碳气。二氧化碳气与浴中的碳相互作用，将碳气化，产生一氧化碳/二氧化碳混合物。之后，CO/CO2混合物迁移到浴表面，在此，该混合物以前述方式，与浴上方的空气一起燃烧成黄色扩散火焰，同时，辐射能返回到浴表面。
在本发明工业废物管理设施的回转窑实际操作过程中发现，在回转窑浴的表面，观察到本发明的碳气化。在翻转过程中，当必须中断往回转窑中加料且必须通过主燃烧器维持回转窑入口温度的浴温时，浴表面呈现不同的外观。在翻转条件下，出现多孔松散的碳部分层且浮在浴表面。在翻转过程中随着时间推移，该层的高度随其燃烧掉而降低，从而鉴定为该材料为碳。据信，在操作过程中，在回转窑熔融条件下废电解槽系列物浴中的碳轻微粘到熔融态回转窑或池中的其它浴料上，而不出现在浴表面。
据观察，在煅烧碳酸钙中二氧化碳气的产量足以在完全熔融前汽化和除去碳，且碳浮在浴表面。
观察到烧掉了含量非常高的碳。
通过烧掉碳来降低碳有几个重要目的。在本发明玻璃渣产物中的残余碳对多孔性和浸出性影响不利。控制浴中未烧掉的碳避免了流动性差，和在具有未燃烧的碳的材料中的难管理性。
经实测，本发明要求规定尺寸的回转窑。长径比(L/D)必须至少为4，优选5或以上。在本发明的开发过程中发现，低于约4的长径比(L/D)使垄环(riding rings)和窑端之间的窑段中的应力达到异常水平。在垄环处必须适应大的形变。具有锥形或环状几何形状的窑端非常刚性。不过，当L/D比提高到高于4、优选高于5的规定水平时，本发明是成功的。
已经发现，回转窑最好还应具有约10％载荷±2％的承载区百分数，以便改进多数工艺参数。回转窑和工艺的起始方案选择，对于承载区域部分约15％。据认为，当浴面具有可利用的大的表面积并与耐火材料壁接触很重要时，1.5％水平的填充度适用于处理废电解槽系列物的方法。但是，据观察和发现，回转窑太大便产生了在窑端应力水平扩展的问题。经实测，约10％载荷±2％载荷的承载区百分数可成功地操作，并提供了足以实现废电解槽系列物和熔料熔融和均匀化的浴体积。较低承载区百分数要求改变耐火材料和要容纳的出口钢件。
通过进一步向出料端倾斜来调节回转窑的倾斜度，以使浴的表面不平行于回转窑中心线。倾斜使浴体积和浴停留时间下降，目的是降低氟化物挥发时间。
正是在实际试验观察中才开发出了(1)空气投料系统和(2)出料挡料圈的发明。
开发空气投料系统是用于回转窑加料，在所有成渣条件下维持和控制进料和在大部分渣表面上分布进料方面工作完好，以便在大面积上而不是集中在小面积上发生石墨燃烧。
已发现，新型出料挡料圈对操作很有必要，从而使熔渣浴在挡料圈上方自由溢出并进入水冷却箱中。新型出料挡料圈，包括特殊构型的燃烧器在内如此操作，以致于决不存在任何熔浴控制转变成固体形式。
在实际试验观察中还发现，来自回转窑出口气体中的氟化物比原来估计的更成问题，且具体清洗系统的开发防止了出口气体中未预料的大量的氟化物释放到大气中。反之，氟化物被俘获，改线，再循环到废电解槽系列物汽化步骤，与清洗系统的水一起被封装，从而控制排放到大气中。
权利要求
1.一种用于将来自电解熔融铝的废电解槽系列物加入到回转窑中的进料喷射系统，包括(a)将废电解槽系列物喷射到回转窑的入口端；(b)分布通过所述喷射装置喷射的废电解槽系列物的装置；(c)确定在所述回转窑的所述入口端的熔浴中预定位置的温度装置；(d)调节和控制用于喷射废电解槽系列物的所述装置的分布模式的装置，以提供在所述回转窑入口端中规定的均匀的温度分布。
2.如权利要求1的进料喷射系统，其中所述进料喷射装置包括至少一个气动喷射空气投料管。
3.如权利要求2的进料喷射系统，其中至少一个空气投料管以由水平至水平向下成20°-40°角设置。
4.如权利要求3的进料喷射系统，其中所述多个所述空气投料管包括位于回转窑进料端高程的第一投料装置，如此设置的第一投料装置将废电解槽系列物加料以短轨道向下吹到回转窑进料端附近的浴面上，而以低程设置的第二空气投料系统将废电解槽系列物以长轨道吹入以将废电解槽系列物进料扩散到所述回转窑入口部分中的大的浴表面上。
5.如权利要求4的进料喷射系统，进一步包括所述废电解槽系列物的粒径粉碎到1/8英寸-3/8英寸的装置，该装置的设置应能使固体废电解槽系列物在进入到空气投料管以前的某一位置被粉碎。
6.一种将废电解槽系列物加到回转窑中的方法，包括(a)将来自电解熔融铝的废电解槽系列物与硅质物料混合以形成废电解槽系列物和硅质物料的进料混合物；(b)将废电解槽系列物和硅质物料的所述进料混合物喷射到回转窑入口端；(c)控制喷射到所述回转窑入口端的所述进料混合物的分布；(d)在所述回转窑入口端的熔浴中的多个预选位置监测温度；以及(e)调节和控制加入到所述回转窑入口端的废电解槽系列物的分布模式，以维持所述回转窑入口端的预定温度分布。
全文摘要
处置废电解槽系列物用的工业废物管理设施，包括用于装由入口(12)到出口的回转窑(10)的整个长度内废电解槽系列物的熔池(15)的并流燃气回转窑(10)、用于接收来自回转窑出料端的灰激冷器和冷却器(33)、第二燃烧室(34)和将来自回转窑的出料气引导向第二燃烧室的下流过渡室(32)。投料器(2，4)将废电解槽系列物加入并分布在回转入口端。出料挡料圈(118)提供熔料预定平均深度。
文档编号F27B7/00GK1410706SQ0113706
公开日2003年4月16日 申请日期2001年10月16日 优先权日1993年6月29日
发明者H·J·西特尔, R·L·拜尔斯, J·N·利斯, D·W·里松, L·迪特-布朗 申请人:美国铝公司