本发明涉及一种铝电解废阴极无害化、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、资源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。
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无害化、资源化处理方法及处理系统，目的是实现废阴极的无害化、资源化利用，有效的利用了铝电解废阴极和生物质能源，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，生产过程中产生的物料得到有效利用，不产生二次污染。
为了达到上述目的，本发明是通过下述技术方案实现的：
一种铝电解废阴极无害化、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后经过高温处理设备加热至1500-2600℃，保温30-60分钟然后冷却至常温得到第一炭材料；将生物质废料破碎后经过烘干至水分<10%后进入高温炭化设备加热至800-1000℃，保温30-60分钟然后冷却至常温得到第二炭材料；将第一炭材料、第二炭材料与生物质胶粘剂加入到混料设备经过混合成型，成型后烘干得到第三炭材料。
上述的第一炭材料：固定c含量≥92%，挥发分≤4%，灰分≤3%，水分≤1%；第二炭材料：固定c含量≥85%，挥发分≤8%,灰分≤4%，水分≤1%；第三炭材料：固定c含量≥90%，挥发分≤5.5%,灰分≤3.5%，水分≤1%。
上述的高温处理设备和高温炭化设备产生的烟气经过净化后排放，净化设备收集的生物质焦经过800-1000℃蒸馏30-90分钟后得到弹丸结构的焦炭，掺到阳极焦中用于生产合格的炭阳极。
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，废阴极经过第一破碎设备破碎得到炭块颗粒后在高温处理设备入口设备中进行混合后进入高温处理设备中。
一种铝电解废阴极无害化、资源化处理系统，其结构如下：第一破碎设备出料端与高温处理设备入料端连接，高温处理设备的物料出口与第一冷却设备入料口连接，第一冷却设备出料端与混料设备的入料端连接，第二破碎设备的出料端与高温炭化设备的入料端连接，高温炭化设备的出料口与第二冷却设备的入料口连接，第二冷却设备的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、第一料仓与高温处理设备入口设备连接，高温处理设备入口设备为入料料斗，所述的第一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。
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与高温炭化设备的入料端连接，所述的成型机的出料口通过第十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十一输送设备连接。
上述的第二冷却设备的出料口依次通过第五输送设备、第三料仓和第六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九输送设备与成型机入料口连接。
上述的混料设备的生物质胶粘剂入料口通过第八输送设备与第四料仓出料口连接，第四料仓入料口与第七输送设备连接。
上述的高温处理设备的烟气出口与第一净化设备的入口连接，第一净化设备的烟气出口与烟囱入口连接，高温炭化设备的烟气出口与第二净化设备的入口连接，第二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：
本发明将废阴极在高温处理设备内对废阴极进行加热，使废阴极中的氰根分解挥发进入烟气、氟化物随烟气进入净化系统，处理后的废阴极可得到第一炭材料，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；生物质废料在高温炭化设备中经高温炭化后获得第二炭材料，炭化过程中挥发出的可燃气体可经净化后用于高温炭化设备燃料，其余尾气经净化治理后达标排放，炭化过程中产生的生物焦油由第二净化设备收集，经过高温蒸馏处理后得到弹丸结构的焦炭，掺到阳极焦中用于生产合格的炭阳极；第一炭材料、第二炭材料以及生物质胶粘剂经过混合、挤压成型、烘干后得到的第三炭材料，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）：
第一炭材料指标：固定c含量≥92%，挥发分≤4%，灰分≤3%，水分≤1%；
第二炭材料指标：固定c含量≥85%，挥发分≤8%,灰分≤4%，水分≤1%；
新型第三炭材料指标：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
本发明整套处理系统水、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、资源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，生物质炭化过程中产生的生物质焦油，经过高温蒸馏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是本发明铝电解废阴极无害化、资源化处理系统的结构示意图。
图中：1、第一破碎设备；2、第一输送设备；3、第一料仓；4、高温处理设备入口设备；5、高温处理设备；6、高温处理设备出口；7、第一冷却设备；8、第一净化设备；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、高温炭化设备；18、第二冷却设备；19、第五输送设备；20、第三料仓；21、第六输送设备；22、第二净化设备；23、第七输送设备；24、第四料仓；25、第八输送设备；26、混料设备；27、第九输送设备；28、成型机；29、第十输送设备；30、第二烘干设备；31、第十一输送设备。
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。
如图1所示，本发明一种铝电解废阴极无害化、资源化处理系统，其结构如下：第一破碎设备1出料端与高温处理设备5入料端连接，高温处理设备5的物料出口与第一冷却设备7入料口连接，第一冷却设备7出料端与混料设备26的入料端连接，第二破碎设备13的出料端与高温炭化设备17的入料端连接，高温炭化设备17的出料口与第二冷却设备18的入料口连接，第二冷却设备18的出料端与混料设备26的入料端连接，混料设备26的出料端与成型机28的入料端连接，混料设备26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与高温处理设备入口设备4连接，高温处理设备入口设备5为入料料斗，第一冷却设备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26的入料口连接，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与高温炭化设备17的入料端连接，第二冷却设备18的出料口依次通过第五输送设备19、第三料仓20和第六输送设备21与混料设备26的入料口连接，混料设备26的出料口通过第九输送设备27与成型机28入料口连接，成型机28的出料口通过第十输送设备29与第二烘干设备30入料口连接，第二烘干设备30的出料口与第十一输送设备31连接，混料设备26的生物质胶粘剂入料口通过第八输送设备25与第四料仓24出料口连接，第四料仓24入料口与第七输送设备23连接。
为了达到净化回收粉尘的目的，高温处理设备5的烟气出口与第一净化设备8的入口连接，第一净化设备8的烟气出口与烟囱9入口连接，高温炭化设备17的烟气出口与第二净化设备22的入口连接，第二净化设备22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19、第七输送设备23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21、第八输送设备25、第九输送设备27均采用螺旋输送机；第十输送设备29和第十一输送设备31均采用板链输送机；第一料仓3、第二料仓11、第三料仓20和第四料仓24均采用钢料仓；高温处理设备5采用连续式高温炉；第一冷却设备7、第二冷却设备18均采用冷却输送机；第一净化设备8采用布袋除尘器；第二净化设备22采用水浴除尘器；第一烘干设备14和第二烘干设备30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26采用轮碾式混料机；成型机28采用挤压式成型机。
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无害化、资源化处理方法，取废阴极放入第一破碎设备1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高温处理设备中5中加热至1500℃，保温60分钟然后冷却至常温得到第一炭材料；将生物质废料破碎至粒度≤10mm的生物质颗粒，生物质颗粒输送到第一烘干设备中进行烘干，烘干至水分<10%后，烘干后的物料输送进入高温炭化设备17中加热至800℃，保温60分钟然后冷却至常温得到第二炭材料；将第一炭材料、第二炭材料与生物质胶粘剂加入到混料设备经过混合，第一炭材料、第二炭材料与生物质胶粘剂的质量比为100:4:4，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后得到第三炭材料。
上述的高温处理设备和高温炭化设备产生的烟气经过净化后排放，净化设备收集的生物质焦油，经过800℃蒸馏90分钟后得到弹丸结构的焦炭，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无害化、资源化处理方法，取废阴极放入第一破碎设备1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高温处理设备中5中加热至2600℃，保温30分钟然后冷却至常温得到第一炭材料；将生物质废料破碎至粒度≤10mm的生物质颗粒，生物质颗粒输送到第一烘干设备中进行烘干，烘干至水分<10%后，烘干后的物料输送进入高温炭化设备17中加热至1000℃，保温40分钟然后冷却至常温得到第二炭材料；将第一炭材料、第二炭材料与生物质胶粘剂加入到混料设备经过混合，第一炭材料、第二炭材料与生物质胶粘剂的质量比为100:30:1，混合后的物料输送到成型机中进行成型，成型后的物料经过后烘干得到第三炭材料。
上述的高温处理设备和高温炭化设备产生的烟气经过净化后排放，净化设备收集的生物质焦油，经过1000℃蒸馏30分钟后得到弹丸结构的焦炭，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无害化、资源化处理方法，取废阴极放入第一破碎设备1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高温处理设备中5中加热至2000℃，保温45分钟然后冷却至常温得到第一炭材料；将生物质废料破碎至粒度≤10mm的生物质颗粒，生物质颗粒输送到第一烘干设备中进行烘干，烘干至水分<10%后，烘干后的物料输送进入高温炭化设备17中加热至900℃，保温60分钟然后冷却至常温得到第二炭材料；将第一炭材料、第二炭材料与生物质胶粘剂加入到混料设备经过混合，第一炭材料、第二炭材料与生物质胶粘剂的质量比为100:10:5，混合后的物料输送到成型机中进行成型，成型后的物料经过后烘干得到第三炭材料。
上述的高温处理设备和高温炭化设备产生的烟气经过净化后排放，净化设备收集的生物质焦油，经过950℃蒸馏45分钟后得到弹丸结构的焦炭，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、树木等木质纤维素。
实施例4
本发明一种铝电解废阴极无害化、资源化处理方法，取废阴极放入第一破碎设备1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高温处理设备中5中加热至1800℃，保温50分钟然后冷却至常温得到第一炭材料；将生物质废料破碎至粒度≤10mm的生物质颗粒，生物质颗粒输送到第一烘干设备中进行烘干，烘干至水分<10%后，烘干后的物料输送进入高温炭化设备17中加热至950℃，保温45分钟然后冷却至常温得到第二炭材料；将第一炭材料、第二炭材料与生物质胶粘剂加入到混料设备经过混合，第一炭材料、第二炭材料与生物质胶粘剂的质量比为100:20:3，混合后的物料输送到成型机中进行成型，成型后的物料经过后烘干得到第三炭材料。
上述的高温处理设备和高温炭化设备产生的烟气经过净化后排放，净化设备收集的生物质焦油，经过900℃蒸馏65分钟后得到弹丸结构的焦炭，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、树木等木质纤维素。
实施例5
本发明一种铝电解废阴极无害化、资源化处理方法，取废阴极放入第一破碎设备1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高温处理设备中5中加热至1600℃，保温40分钟然后冷却至常温得到第一炭材料；将生物质废料破碎至粒度≤10mm的生物质颗粒，生物质颗粒输送到第一烘干设备中进行烘干，烘干至水分<10%后，烘干后的物料输送进入高温炭化设备17中加热至850℃，保温35分钟然后冷却至常温得到第二炭材料；将第一炭材料、第二炭材料与生物质胶粘剂加入到混料设备经过混合，第一炭材料、第二炭材料与生物质胶粘剂的质量比为100:8:2，混合后的物料输送到成型机中进行成型，成型后的物料经过后烘干得到第三炭材料。
上述的高温处理设备和高温炭化设备产生的烟气经过净化后排放，净化设备收集的生物质焦油，经过850℃蒸馏70分钟后得到弹丸结构的焦炭，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产品加工业下脚料、废弃果壳、制糖作物废渣。
本发明工作原理如下：在上述过程中废阴极经第一破碎设备破碎后进入高温处理设备进行加热发生处理，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，反应后的废阴极可得到第一炭材料，尾气经过第一净化设备净化后治理达标排放；生物质废料经过粉碎烘干后在高温炭化设备中进行炭化处理得到第二炭材料，炭化过程中挥发出的可燃气体可经第二净化设备后用于高温炭化设备燃料，其余尾气经净化治理后达标排放，炭化过程中产生的生物质焦油由第二净化设备收集，经过高温蒸馏处理后得到弹丸结构的焦炭，掺到阳极焦中用于生产合格的炭阳极；第一炭材料、第二炭材料以及生物质胶粘剂加入到混料设备进行均匀混合后经过成型烘干单元生产出不同品质的新型第三炭材料，第一炭材料与第二炭材料的质量比在100:4-30，粘合剂适量即可，产品检测指标如下：
实施例1-5制备的第一炭材料检测指标如下：固定c含量≥92%，挥发分≤4%，灰分≤3%，水分≤1%；
实施例1-5制备的第二炭材料检测指标如下：固定c含量≥85%，挥发分≤8%,灰分≤4%，水分≤1%；
实施例1-5制备的第三炭材料检测指标：固定c含量≥90%，挥发分≤5.5%,灰分≤3.5%，水分≤1%。
密度可根据替代焦炭、无烟煤产品不同压制成1.4-1.8g/cm3。提高了第三炭材料密度、电阻率，通过烘干后进一步降低了第三炭材料的热膨胀系数。上述过程中生物质焦油经过净化设备收集后通过高温蒸馏30-90分钟后获得弹丸结构的焦炭，掺到阳极焦中用于生产合格的炭阳极。
本发明整套设备水、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、资源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，生物质炭化过程中产生的生物质焦油，经过高温蒸馏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。