用于限制来自阳极残头的气体污染物排放的方法及其设备的制作方法

用于限制来自阳极残头的气体污染物排放的方法及其设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种处理从通过熔化电解法生产铝的电解槽中取出的阳极残头(5)的方法和设备，通过在阳极残头(5)上覆盖能够收集氟的氧化铝(8)，该方法在于，一旦残头(5)从电解槽中取出，即将其浸没到之前已经被融化的氧化铝(8)中以使浸没更容易，并且还在于，在浸没后允许氧化铝凝固，从而使残头覆盖了固态的氧化铝，直到它已经从电解槽传递到装备有用于回收和处理烟雾的设备的站，尤其是热粉碎站或冷却站，以便于封闭该部分并且限制气态污染物的排放，尤其是氟化污染物。
【专利说明】用于限制来自阳极残头的气体污染物排放的方法及其设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及在通过熔盐电解法工业生产铝的过程中降低气体排放。这种生产在电解槽中进行，几十个电解槽被分组在一个被称作电解车间的电解设备中。每个电解槽含有预焙可消耗掉的阳极和固定阴极，用于将氧化铝还原成铝，铝则沉淀在电解槽底部。这种还原反应发生在温度高于950°c且存在氟的时候。
【背景技术】
[0002]一旦阳极已经被消耗完，自走式起重机从电解槽中取出阳极，并且通常放在电解车间内以给它们时间冷却。在本文件的其余部分，位于电解槽中覆盖氧化铝的水平面之下的阳极的下部将被称为阳极残头。因此，阳极残头包括余下的含碳部分，含碳部分所附连的一部分金属元素，以及来自氟化镀槽和来自覆盖含碳部分的覆盖氧化铝的残留物。
[0003]当它们在冷却时，只要它们的温度高于大约300°C，与空气相接触的电解槽残留物释放气态氟(HF)，这是高度污染。气态氟源自镀槽残留物与空气中存在的水蒸汽的反应。[0004]专利CA2216923描述了一种通过用于电解槽的采集设备收集来自残头排放的方法。为了做到这一点，残头被放置在封闭室内，该封闭室紧邻于电解槽并且与其抽吸机械相连接。该方法不完全令人满意，因为当将残头放置到它们的封闭腔室中时，需要小心地操作该残头。此外，还不能限制残头排放并且要求用于处理电解槽烟雾的设备具有用于处理残头排放的附加容量。最后，该方法占据了靠近电解槽旁边的空间，这可妨碍操作者的工作。
[0005]专利CA2256145描述了一种用于冷却阳极残头并且将降低它们的气态氟排放的方法。在该方法中，阳极残头穿过封闭隧道的同时被浸没在流态氧化铝层中。喷射入空气使氧化铝流态化并且通过对流来冷却残头。该残头穿过隧道大约两小时时间，这可使它们的温度降到300°C以下。然后，继续在露天进行冷却。在它穿过隧道期间，残头周围的流态氧化铝采集了大部分排出的氟化气体，剩余部分被隧道通风系统抽去并且被传统的烟雾处理装置净化。为了将它们从电解槽转移到冷却隧道，残头被放置在储罐中，在那它们可以被氧化铝覆盖以便限制气态氟的排放。该技术方案不完全令人满意，因为需要长度很大的隧道，需要在25米到60米之间，需要有很大的流态流动，以及用于操作和前进残头的装置，该装置是一个潜在的故障源。该隧道还需要相当复杂的空气喷射装置，其额外地流态化位于残头之上的氧化铝。阳极残头在连接容器中的通道需要额外的维护操作。此外，在该实施例中，当热的阳极被氧化铝覆盖时会发生喷出氧化铝的现象，因此在每次使用容器后需要将氧化铝清除干净。

【发明内容】

[0006]本发明可在阳极残头从电解槽中被取出后，限制来自阳极残头的气体排放，并且通过一个操作简单的设备收集所产生的排放。优选地，对于每个从电解槽取出的阳极残头，该设备包括将由镀槽残留物覆盖的残头部分与环境空气隔离开。为了做到这一点，残头被投入包含在储罐中的大量氧化铝粉末中，以使残头被完全埋在氧化铝中。任何形成的气态氟立刻被氧化铝收集，防止了电解车间的任何污染。
[0007]因此，本发明包括一种处理从通过熔盐电解法生产铝的电解槽中取出阳极残头的方法，该方法用能够收集氟的氧化铝来覆盖阳极残头，其特征在于，一旦从电解槽中取出残头，所述残头就被浸没在氧化铝中，该氧化铝之前已经被流态化以有助于浸没，其特征还在于，一旦实现了浸没，氧化铝的流态化就被停止，以使残头被静态的氧化铝覆盖，直到它从所述电解槽到装备有至少一个烟雾回收和处理设备的站的传递结束，尤其是热粉碎站或冷却站，于是，封闭残头并且限制其气体污染物的排放，尤其是氟化污染物。
[0008]在本发明中，所述氧化铝的量被流态化以便促进将还是高温的阳极残头引导入该氧化铝的量中。一旦残头在应有位置上，流态化就被停止。在流态化停止后，氧化铝因为重力而下落并覆盖阳极残头，导致其被封闭。然后氧化铝就作为物理屏障，减小残头周围的空气对流移动，并且氧化铝还作为化学屏障，因为由残头释放的气态氟立刻被氧化铝吸收。
[0009]在取出阳极残头期间，氧化铝有利地被流态化以便促进该取出。 [0010]当阳极残头从电解槽中被取出时，含碳部分的温度大约为700°C。当温度低于大约300°C时，含碳部分排出的氟气体变得非常少，从而不再需要限制它。
[0011]在阳极残头被传递到装备有至少一个烟雾回收和处理设备的热粉碎站之后，氧化铝再一次被流态化以便有助于将阳极残头从用于封闭所述残头的氧化铝的量中取出。含碳部分被压碎，其被用于制造新的阳极。在压碎操作后，该含碳部分被保留在至少一个烟雾回收和处理装置下，至少直到它们的温度下降到低于300°c。
[0012]在本发明的一项有利的变体中，在阳极残头被传递到装备有至少一个烟雾回收和处理设备的冷却站之后，氧化铝再一次被流态化以便有助于冷却阳极残头的含碳部分。冷却有利地继续着，直到含碳部分的温度已经下降到300°C以下。
[0013]本发明还包括利用上述方法处理阳极残头的设备，其特征在于，该设备包括至少一个储罐以及用于流态化该氧化铝的装置，该储罐中包含足够的氧化铝量以便覆盖阳极残 头。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]除了上述布置方式之外，本发明还包含确定数量的其他布置方式，其在如下参考附图描述的几个示例的实施例中并被详述，这不应被视为对本发明的限定。在这些图中:
[0015]-图1示出了被消耗完的阳极的示意透视图，
[0016]-图2示出了根据本发明的残头容器的一示例实施例的示意透视图，
[0017]-图3示出了根据本发明的残头容器的垂直截面的示意图，以及
[0018]-图4示出了根据本发明的残头容器的示意图，其被放置在装备有烟雾回收和处理设备的站中。
【具体实施方式】
[0019]图1示出了一个简单被耗尽的阳极的示意图，它在用熔盐电解法的铝生产中是标准的阳极。它由挂在金属棒2上的含碳部分I组成，金属棒2为2到3米长。该棒用于供给电流并且用于将该阳极连接到该电解槽上。当阳极从电解槽中取出时，覆盖氧化铝12的残留层仍保持在该含碳部分I上并镀在该金属棒2的部分。因此，阳极残头5由含碳部分1、残留的覆盖氧化铝12，以及镀以残留的覆盖氧化铝12的金属棒2的部分构成。也可以有由两个诸如I的含碳部分构成的双阳极，悬挂在单个金属部分或棒2上。
[0020]在如图2所示的本发明的示例实施例中，残头容器3由形成储罐4a、4b、4c的金属结构组成，阳极残头5被放置在储罐4a、4b、4c内。在该示例中，容器3由三个储罐构成，并且因而可容纳三个诸如5的双阳极残头。在其他示例的实施例中，容器3将具有不同数量的储罐，例如2或4个。
[0021]每个储罐4的底部包括材料盘6，该材料盘6保持氧化铝8的同时具有足够的多孔性从而实现流态化薄片的作用。例如，该盘6可以由烧结金属制成。它由未在图中示出的加固物支撑。位于烧结金属盘6下方的区域7被供给有流态气体以便获得氧化铝8的流态化。有利地，该流态气体是空气，但也可能是其他种类的气体，例如氮气。
[0022]向区域7供给流态气体的设备未在图中示出。烧结金属盘6和氧化铝8的头部产生压降，该压降促使气体在烧结金属盘6的整个表面上均匀分布。即使这样，根据支撑烧结金属盘6的加固物的数量和它们的几何形状，供给流态气体的设备可包括几个进气口，以使流量分配到区域7的表面的不同部分。
[0023]图2示出了储罐4可被见到的三种状态。储罐4a是空的，没有氧化铝，储罐4b被装有流态氧化铝8a，以及储罐4c包含限定在大量非流态氧化铝Sb中的阳极残头5。在生产期间，一套储罐4被氧化铝8充满。
[0024]氧化铝8的流态化有利地被一个储罐、一个储罐地单独控制，以便将该状态限制到需要流态化的储罐4。
[0025]保持氧化铝8的最小层位于阳极残头5下方并且防止残头5与烧结金属盘6接触是有利的。在图3的示例实施 例中，两个横档9用作阳极残头5和盘6之间的限位器或隔离片。横档9被放置在烧结金属盘6之上几厘米处，例如10厘米。选择这些横档9的数量、形状和尺寸，以使流态气体中的压降不增加并且可使操作者能够靠近储罐4以清空并清理该储罐4。例如，横档9可以被制成具有I或T的轮廓。例如，横档9通过它们的纵向端部被连接到金属结构3的两个相对的垂直墙。如果在盘6下提供合适的支撑，它们也可倚靠在盘6上。
[0026]如图2和图3所示，借助于可去除的系带10可以使阳极棒2稳固。例如，这些系带被固定在金属结构3的边缘和阳极棒2之间。
[0027]对于大约0.3立方米的阳极残头5，每个储罐4中必须的氧化铝8的量为大约1.8立方米。储罐4的尺寸由残头5的含碳部分I的尺寸和所需的氧化铝8的量所限定。例如，储罐4的长度为2米，宽度为2米，高度为I米。在残头浸没在氧化铝内之前，氧化铝8的高度大约为0.6米。
[0028]可通过多种装置将流态气体供给到储罐4，例如，通过连接到电解槽的流态空气分配系统。特定的空气分配系统也可为整个电解车间的储罐4的流态而建立。在另一变体中，每个容器3可装备有风扇，其向容器提供必要的气流。当该设备投入运行时，可调节供给用于使氧化铝流态化的空气的流量和压力。例如，向储罐4供给流量大约为270立方米/小时、压力大约为1500daPa的空气。
[0029]所用的氧化铝8不需要具有收集氟的高的能力。它主要被用作物理屏障以便阻止阳极周围的空气对流。因此，在电解槽中所使用的氟化氧化铝8可以在储罐4中使用。作为一个变体，可以使用纯的、未被氟化的氧化铝8。
[0030]当从储罐4中取出残头5时，许多氧化铝可仍保留在含碳部分I的顶部。在残头5移动时，这些氧化铝中的一些可能掉落到地上。为了防止这一现象，在残头5已经被提起到氧化铝层以上之后，操作者可以用手动工作或气体喷枪移除这些氧化铝。在一项变体实施例中，侧喷嘴可以被放置在储罐4的上部，以在残头5被移除时自动地执行该操作。
[0031]为了使操作更容易，残头容器3包括可以被铲车或自走式起重机抓住的装置。因此，在残头5被放入储罐4后，可以将容器3移动到靠近电解车间的空间，例如残头5在那里被冷却或粉碎。
[0032]通常，电解车间包括I或2排平行的电解槽。在整个电解车间中实施阳极更换操作。因此，以下的做法是合适的:在将新的阳极放置在电解槽内的同时，在每一排的电解槽上，每隔三个电解槽便放上一个含有三个储罐4的残头容器3。因此，对于含有一百个电解槽的电解车间而言，三十个残头容器3就足够了。
[0033]需要定期地重装补充储罐4中所含的氧化铝8，以便保持充足的收集能力。用于每个残头5移除和放置操作的氧化铝8的流态化，确保氧化铝8被搅动并且因此确保了全部储罐4中的氟的水平是均匀的。更换频率与所用氧化铝的质量有关。氧化铝8收集氟的初始能力越大，则在两个更换之间它能经历的时间就越长。因此，用纯的非氟化氧化铝替代用于电解槽的氧化铝，可使补充储罐4的频率降低。以确定的频率或者在废物从电解槽被排空的同时，组织氧化铝的周期性更换是有利的。有利地，当容器3被传送到合适空间之后，排空储罐4。
[0034]根据本发明设备的每个储罐4包括一个或多个在烧结金属盘6之上快速放置的排空口。当排空氧化铝时，使氧化铝流态化是有利的，这有利于其排出。流态薄片6或盘对于操作员而言足够结实，以便进入·残头容器3并且移除已经落入底部的阳极残头5的碎片。
[0035]在图4中，示意地示出了用于根据本发明的残头5的容器3，其被放置在装备有烟雾回收和处理设备13的站11。该站I可以是用于阳极残头5的热粉碎站或冷却站。
【权利要求】
1.一种处理从通过熔盐电解法生产铝的电解槽中取出的阳极残头(5)的方法，该方法在所述阳极残头(5)上覆盖能够收集氟的氧化铝，其特征在于，一旦残头(5)从电解槽中取出，所述阳极残头(5)被浸没在所述氧化铝(8)中，该氧化铝之前已经被流态化以有助于浸没，并且其特征还在于，一旦实现了所述浸没，所述氧化铝(8)的所述流态化就被停止，以使所述阳极残头(5)被静态的氧化铝覆盖，直到它从所述电解槽到装备有至少一个烟雾回收和处理设备(13)的站(11)的传递结束，尤其是热粉碎站或冷却站，以便于封闭所述阳极残头(5)，并且限制其气体污染物的排出，尤其是氟化污染物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阳极残头(5)位于装备有至少一个烟雾回收和处理设备(13)的所述站(11)处，所述氧化铝(8)被流态化以便促进所述残头(5)的含碳部分的冷却。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，保持由所述流态氧化铝(8)促进的所述残头(5)的所述含碳部分的所述冷却，直到所述含碳部分的温度已经下降到300°C以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在取出所述阳极残头(5)的期间，所述氧化铝(8)被流态化。
5.能够实施根据权利要求1至4中任一项所述的方法用于处理阳极残头的设备，其特征在于，包括至少一个包含足够量氧化铝(8)从而覆盖所述阳极残头(5)的储罐(4)，以及用于使该氧化铝(8)流态化的装置。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，包括至少一个呈限定至少一个储罐(4)的金属结构形式的残头容器(3)，以及优选地为多个邻近储罐(4a，4b，4c)，其每一个能够容纳至少一个阳极残头(5)。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，每个储罐(4)的底部包括材料盘(6)，该材料盘可在保持所述氧化铝(8)的同时具有足够的孔隙率充当流态薄片，位于所述盘(6)之下的区域(7)被供给有诸如空气的流态气体。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述盘(6)由烧结金属制成。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的设备，其特征在于，每个储罐装备有横档(9)，该横档起限位器作用，浸没在所述储罐(4)内的阳极残头(5)倚靠在该横挡上，以防止所述残头(5)与所述储罐(4)的底部相接触，并且保持位于所述阳极残头(5)之下的氧化铝(8)层。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的设备，其特征在于，还包括固定在阳极残头(5)的棒(2)和储罐(4)的边缘之间的可去除的系带(10)，该可去除的系带使浸没在所述储罐(4)中的所述阳极残头(5)稳固。
【文档编号】C25C3/06GK103597125SQ201280021816
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年5月9日 优先权日:2011年5月16日
【发明者】西埃里·马拉德, 弗洛伦特·戈蒂埃, 安托伊内·德格罗马德 申请人:索里斯环境公司