一種鋁電解槽陰極碳塊回收石墨的系統的製作方法
2023-07-21 13:30:16 2
本實用新型涉及一種鋁電解槽陰極碳塊回收石墨的系統，屬於電解鋁廢棄物處理技術領域。
背景技術：
鋁電解槽陰極碳塊為電解鋁過程中作為陰極使用的碳在電解槽大修時產生的廢舊物質，主要成分為碳和氟化鈉，還含有少量氟化鈣、冰晶石、氧化鋁等，其中的碳主要為石墨，石墨和氟化物均具有較高的回收利用價值。
陰極廢碳塊中碳的回收傳統方式為採用電弧爐生產高純碳粒，如申請公布號為CN103754861A（申請公布日為2014年4月30日）的中國實用新型專利申請公開了一種利用廢舊碳塊的電弧爐生產高純碳粒的方法，將鋁電解槽陰極碳塊破碎後置入直流電弧爐中，使其中的氟化鹽及其他雜質汽化後冷卻得高純碳粒。該方法工藝複雜，能源消耗較大，而且容易對環境造成汙染，不利於推廣，該方法採用的設備操作複雜，處理效率較低。
技術實現要素：
本實用新型的目的在於提供一種能夠提高回收石墨的純度的鋁電解槽陰極碳塊回收石墨的系統。
為了實現以上目的，本實用新型的鋁電解槽陰極碳塊回收石墨的系統的技術方案如下：
一種鋁電解槽陰極碳塊回收石墨的系統，包括浸出倉以及與浸出倉相連的固液分離裝置，所述浸出倉的出料口與固液分離裝置的加料口相連。
還包括緩衝裝置，所述固液分離裝置的固體出口與緩衝裝置的加料口相連，所述緩衝裝置的出料口與固液分離裝置的加料口相連。
還包括用來進行回收氟化鈣反應的反應倉，所述固液分離裝置的液體出口與反應倉的加料口相連，所述反應倉的出料口與固液分離裝置的加料口相連。
所述固液分離裝置包括第一固液分離裝置和第二固液分離裝置，第一固液分離裝置的加料口與浸出倉的出料口相連，第一固液分離裝置的液體出口與反應倉的加料口相連，第二固液分離裝置的液體出口與反應倉的加料口相連。在具有緩衝裝置時，第一固液分離裝置的固體出口與緩衝裝置的加料口相連，第二固液分離裝置的加料口與緩衝裝置的出料口及反應倉的出料口相連。所述緩衝裝置的出料口與第一固液分離裝置的加料口相連。
所述固液分離裝置的加料口與緩衝裝置的出口相連。具體的，所述第一固液分離裝置的加料口與緩衝裝置的出口相連。
第一固液分離裝置為壓濾機。第二固液分離裝置為離心分離機。離心分離機的固體出口上連接有烘乾機，以將反應倉中得到的氟化鈣進行烘乾。烘乾機上連接有噸包機。
本實用新型的鋁電解槽陰極碳塊回收石墨的系統還包括循環水池，所述循環水池的入水口與第二固液分離裝置的液體出口相連，所述循環水池的出口與浸出倉的加料口相連。
為了方便自動加料，氟化鈣回收劑加入口上連接有拆包機。為了提高混合效率，浸出倉、反應倉、緩衝裝置中均設置有攪拌器。
本實用新型的鋁電解槽陰極碳塊回收石墨的系統還包括與浸出倉相連的輸料裝置，輸料裝置包括破碎機、塊料倉、給料機、球磨機、粉料倉。
破碎機上連接有振動輸送機，振動輸送機上連接有原料輸送帶，原料經原料輸送帶送至振動輸送機，由振動輸送機送入破碎機。振動輸送機上設置有除鐵裝置，用來除去原料中的鐵塊。破碎機下部設置有皮帶輸送機和滾動篩選機。
塊料倉下部設置有給料機，給料機的出料端與球磨機的進料口相連，用以將塊料倉中的小塊塊料輸送至球磨機進行制粉。
本實用新型的鋁電解槽陰極碳塊回收石墨的系統還包括除塵裝置，除塵裝置能夠將收集到的粉塵送入輸料裝置。
本實用新型的鋁電解槽陰極碳塊回收石墨的系統還包括儲酸罐，儲酸罐通過管道與加酸口相連。
本實用新型的鋁電解槽陰極碳塊回收石墨的系統還包括監測控制系統。塊料倉和粉料倉頂部均設置有漫反射測距儀。漫反射測距儀用以檢測倉內的物料高度，並通過監測控制系統換算為倉內的物料質量。浸出倉、反應倉、循環水池、緩衝池、破碎機、塊料倉、球磨機、拆包機、儲酸罐、壓濾機、離心分離機、烘乾機、噸包機、原料輸送帶、振動輸送機、皮帶輸送機、混動篩選機、螺旋輸送機、除塵器、給料機的進出口及其之間的連接管道上均設置有電動閥，電動閥與監測控制系統相連，用以控制各個電動閥的開啟和關閉。
浸出倉、反應倉的側壁上以及粉料倉的底部均設置有取樣口。用以取樣檢測物料中氟化物含量或者其pH。
本實用新型的鋁電解槽陰極碳塊回收石墨的系統，結構簡單，操作方便，能夠實現對鋁電解槽陰極碳塊中石墨的高效回收，而且能提高石墨的純度。
進一步的，本實用新型的鋁電解槽陰極碳塊回收石墨的系統設置有反應倉，將回收石墨時的濾液全部收集合併，通過生成氟化鈣的形式回收其中的氟化物，在一定程度上實現了陰極碳塊的資源化，較好地實現了電解鋁廢渣的資源化處理與利用，為工業化實踐提供了設計與處理依據，具有良好的產業化前景。
本實用新型的鋁電解槽陰極碳塊回收石墨的方法，包括：將陰極碳塊粉料與水混合，浸出，所得浸出渣即為石墨；
本實用新型的鋁電解槽陰極碳塊回收石墨的方法通過製漿、浸出、固液分離，將陰極碳塊中的雜質溶出並分離，即可得到回收石墨產品。本實用新型的方法還能避免其他雜質的引入，提高回收石墨產品的純度。另外，本實用新型的方法簡單易操作，處理效率非常高。
所述浸出渣進行至少一次的加水、浸出、固液分離後得到石墨。多次浸出、分離可以提高雜質溶出的效率，進一步提高石墨的純度。一般的，將浸出渣進行兩次加水、浸出、固液分離的過程，即可使陰極碳塊中的氟化物及其他雜質充分溶出，具體的，將浸出渣加水、浸出、進行固液分離後得到的分離渣再次加水、浸出、固液分離即得到石墨產品。
與陰極碳塊粉料混合的水的量為陰極碳塊粉料質量的3倍以上。為了提高浸出效率，加入水的量控制為陰極碳塊粉料質量的3-5倍。
所述浸出的時間一般在10min以上，以能夠保證陰極碳塊粉料中的氟化物充分溶出。浸出時間進一步優化為10-30min。
將浸出渣加水後進行10-30min的攪拌。
固液分離後的浸出液中含有大量的氟離子，將浸出液加酸調節呈中性，再加入氟化鈣回收劑，反應，固液分離，得氟化鈣固體。氟化鈣回收劑的加入量以反應後氟離子含量小於10mg/L為準。
所述氟化鈣回收劑為氯化鈣、氫氧化鈣、氧化鈣中的一種。這些氟化鈣回收劑能夠將漿料中的可溶性氟鹽轉化為氟化鈣，並保證不引入其他汙染物。
固液分離得氟化鈣後的分離液與陰極碳塊粉料混合，循環進行回收石墨，以對水進行循環利用。
上述反應的時間一般在10min以上，以保證反應充分。反應時間進一步優化為10-30min，以提高反應效率。
所述酸為鹽酸。一般的，鹽酸的質量濃度為8-10%。加酸後攪拌反應10-30min。
所述固液分離為過濾或者離心分離。所述過濾是指採用壓濾機進行壓濾。
本實用新型的通過將陰極碳塊粉料進行製漿、浸出、固液分離後得到石墨，提高了陰極碳塊的資源化利用程度，而且方法簡單，效率非常高。進一步的，將回收石墨後的浸出液（或分離液）通過加入氟化鈣回收劑的方式，生成氟化鈣沉澱，進一步提高了陰極碳塊的資源化程度，使陰極碳塊中的大部分有用資源都得到了回收。
附圖說明
圖1為本實用新型的鋁電解槽陰極碳塊回收石墨的系統的實施例的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本實用新型的技術方案進行進一步的說明。
本實用新型的鋁電解槽陰極碳塊回收石墨的系統的實施例：
如圖1所示，本實施例的鋁電解槽陰極碳塊回收石墨的系統包括輸料裝置、浸出倉101、反應倉102、固液分離裝置、緩衝裝置、循環水池、烘乾機、噸包機，固液分離裝置包括第一固液分離裝置和第二固液分離裝置，第一固液分離裝置和第二固液分離裝置均可以為壓濾機或者離心分離機，壓濾機優選為板式壓濾機，離心分離機優選為臥式離心分離機，本實施例中，第一固液分離裝置為板式壓濾機201，第二固液分離裝置為臥式離心分離機202；緩衝裝置為緩衝池或者緩衝筒，本實施例中為緩衝池4。浸出倉的出料口與板式壓濾機的加料口通過管道相連，該連接管道上還設置有渣漿泵103，板式壓濾機的液體出口與反應倉的加料口通過管道相連，板式壓濾機的固體出口通過皮帶輸送機與緩衝池的加料口相連，緩衝池的出料口與臥式離心分離機的加料口通過管道相連，臥式離心分離機的液體出口與反應倉的加料口相連，臥式離心分離機的固體出口與烘乾機5加料口相連，烘乾機出料口通過第三提升機7與噸包機6入口相連，臥式離心分離機的液體出口還與循環水池的入水口相連；反應倉上設置有加酸口和氟化鈣回收劑加入口，反應倉的出料口與臥式離心分離機的加料口相連。
緩衝池的出口還通過管道與板式壓濾機的加料口相連，能夠將壓濾機壓濾之後進入緩衝池的濾渣進行多次重複壓濾，提高脫水效果。臥式離心分離機的固體出口還與臥式離心分離機的加料口通過皮帶輸送機相連，便於將臥式離心分離機中出來的固體分離物進行多次重複分離，提高脫水效果。循環水池8的出水口通過水泵與浸出倉的加料口相連，以將循環水池中收集到的濾液等循環水進行循環利用。當然，也可以在浸出倉上單獨設置加水口與循環水池相連。
浸出倉、反應倉、緩衝池中均設置有攪拌器。
氟化鈣回收劑加入口上通過螺旋輸送機連接有拆包機1021，將袋裝的氟化鈣回收劑放上拆包機，即可實現自動拆包並向反應倉中加入氟化鈣回收劑。
輸料裝置包括破碎機304、塊料倉308、給料機309、球磨機306、粉料倉307，破碎機上連接有振動輸送機302，振動輸送機上連接有原料輸送帶301，原料經原料輸送帶送至振動輸送機，由振動輸送機送入破碎機，振動輸送機上設置有除鐵裝置303，用來除去原料中的鐵塊，破碎機為箱式破碎機，破碎機下部設置有皮帶輸送機305和滾動篩選機306，滾動篩選機用於輸送和篩分破碎後的塊料並能夠將雜物除去，對塊料的篩分是將混雜在原料中的其他廢物如編織袋、玻璃瓶等從塊料中篩分分離開來，滾動篩選機上通過第一提升機307與塊料倉相連，用以將滾動篩選機篩分後的塊料輸送至塊料倉，塊料倉下部設置有給料機309，給料機的出料端與球磨機的進料口相連，用以將塊料倉中的塊料輸送至球磨機進行制粉，本實施例中的給料機為電磁給料機；球磨機上設置有磨頭篩，球磨機上連接有第三螺旋輸送機，第三螺旋輸送機上連接有第二提升機310，第二提升機與粉料倉相連，粉料倉通過第三提升機311與浸出倉101相連。原料輸送帶、振動輸送機、破碎機、塊料倉、給料機、球磨機、粉料倉構成了輸料線路。
第一提升機上連接有第一螺旋輸送機，第一螺旋輸送機上連接有第一除塵器312，第一除塵器收集的粉塵經螺旋輸送機送入第一提升機；第三螺旋輸送機上連接有第二螺旋輸送機，第二螺旋輸送機上連接有第二除塵器313，第二除塵器收集的粉塵經第二螺旋輸送機送入第三螺旋輸送機。本實施例的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石系統還包括除塵管道，振動輸送機、破碎機、皮帶輸送機、電磁給料機、球磨機、浸出倉101、反應倉102均與除塵管道相連，第一除塵器、第二除塵器也與除塵管道314相連，經過除塵器處理後的無塵空氣經風機315送入煙囪排放至大氣。
第一提升機、第二提升機第三提升機及第四提升機均可以為現有技術中的提升機，本實施例中均為鬥式提升機。第一除塵器、第二除塵器均可以為現有技術中的除塵器，本實施例中均為脈衝除塵器。
本實施例的回收系統還包括儲酸罐9，儲酸罐通過管道與加酸口相連。
塊料倉和粉料倉頂部均設置有漫反射測距儀，用以檢測倉內的物料高度，並通過監測控制系統換算為倉內的物料質量。浸出倉、反應倉、循環水池、緩衝池、破碎機、塊料倉、球磨機、拆包機、儲酸罐、壓濾機、離心分離機、烘乾機、噸包機、皮帶輸送機、滾動篩選機、螺旋輸送機、除塵器、提升機、給料機的進出口及其之間的連接管道上均設置有電動閥，電動閥與監測控制系統相連，用以控制各個電動閥的開啟和關閉。浸出倉與循環水池之間的電動閥為單向閥。
浸出倉、反應倉的側壁上以及粉料倉的底部均設置有取樣口，用以取樣檢測。
本實施例的鋁電解槽陰極碳塊回收石墨的系統還包括溫度控制系統，溫度控制系統包括分別設置在浸出倉、反應倉中的溫度探杆和加熱裝置以及與其相連的溫度控制器。
本實施例的鋁電解槽陰極碳塊回收石墨的系統在使用時，陰極碳塊經過破碎機破碎、篩選後進入塊料倉，經給料機送入球磨機球磨製粉，並由提升機送入粉料倉。第一除塵器、第二除塵器中收集的粉塵分別送入對應的提升機和螺旋輸送機。粉料進入浸出倉，製漿，浸出，然後進行固液分離，濾液進入反應倉，濾渣進入緩衝池攪拌製漿後再次送入壓濾機固液分離，濾液仍進入反應倉，濾渣進入緩衝池中製漿，固液分離後濾液仍進入反應倉，濾渣烘乾、打包得石墨產品；進入反應倉的濾液合併，加入酸和氟化鈣回收劑，反應後的料漿過濾，得到固體氟化鈣。
在本實用新型的鋁電解槽陰極碳塊回收石墨的系統的其他實施例中，不包括反應倉，即不再進行氟化鈣的回收，僅進行石墨產品的回收，各料漿固液分離後的液體直接進入循環水池進行收集處理。
在其他實施例中，板式壓濾機的漿料入口與緩衝池的出口不相連，緩衝池中收集的濾渣不再重複進行製漿、壓濾。
在其他實施例中，循環水池的出水口不與浸出倉相連，最終固液分離得到的液體僅在循環水池中收集進行後續處理。在其他實施例中，循環水池可以由儲水罐替換。或者不包括循環水池，最終固液分離得到的液體直接排放。
在其他實施例中，視陰極碳塊原料的顆粒情況，輸料裝置可以不包括破碎機或者球磨機中的一個。
在其他實施例中，固液分離裝置僅為一個臥式離心分離機，所有的固液分離均在該離心分離機中進行。當然也可以設置多個板式壓濾機或者多個臥式離心分離機或者多個板式壓濾機與多個臥式離心分離機同時使用。
在其他實施例中，氟化鈣回收劑通過與反應倉相連的試劑倉向反應倉中加料，不使用拆包機進行拆包加料。
在其他實施例中，不包括除塵器、除塵管道、除鐵裝置。
本實用新型的鋁電解槽陰極碳塊回收石墨的方法包括如下步驟：
1）將陰極碳塊原料經原料輸送帶輸送至振動輸送機，經過振動輸送機上的除鐵裝置除去原料中的鐵塊，由振動輸送機送入破碎機進行破碎，將破碎後的原料塊進行篩選，直徑不大於20mm的小塊原料經提升機送入塊料倉，直徑大於20mm的大塊原料送回破碎機繼續破碎；塊料倉中的小塊原料經電磁振動給料機送入球磨機進行球磨製成原料細粉，篩分，篩出鋁塊、鐵塊等雜質後的原料細粉經第一螺旋輸送機輸送至第一提升機，由第一提升機提升送入粉料倉；
2）在浸出倉中加入水，將粉料倉中的原料細粉送入浸出倉中，製成固液比為1:3的漿料，攪拌浸出30min得浸出漿料，使其中的可溶性氟化物充分溶出；
3）將上述浸出漿料送入壓濾機進行脫水，得第一濾液和第一濾渣，第一濾液送入反應倉，第一濾渣通過皮帶輸送機送至緩衝池中，緩衝池中加入濾渣質量的5倍的水，開啟緩衝池攪拌器，攪拌10min製漿，將漿料送入板式壓濾機進行脫水，得第二濾液和第二濾渣，第二濾液送入反應倉；第二濾渣送入緩衝池中，加第二濾渣質量3倍的水，攪拌10min製漿，將漿料送入臥式離心分離機中反覆脫水三次，濾液均送入反應倉，最後所得濾渣送入烘乾機乾燥並經噸包機打包得回收石墨產品；
4）向反應倉中加入鹽酸，鹽酸的加入量以能夠調節反應倉中的合併濾液的pH值為中性為準，鹽酸的質量分數為8%，反應30min，使反應液呈中性，然後向反應倉中加入氟化鈣回收劑氯化鈣，反應30min，將反應後的混合物送入離心分離機中進行離心分離，濾液送入循環水池，濾渣送入烘乾機烘乾後經噸包機打包得氟化鈣產品；其中氟化鈣回收劑的加入量以能夠使反應後的液體中的氟離子含量小於10mg/L為準；循環水池中的濾液送入浸出倉重複利用。
本實用新型的鋁電解槽陰極碳塊回收石墨的系統能夠通過先回收石墨產品再回收氟化鈣產品將陰極碳塊進行無害化處理，既避免了陰極碳塊對環境的危害，還在一定程度上實現了資源化，較好地實現了電解鋁廢渣的資源化處理與利用，為工業化實踐提供了設計與處理依據。陰極碳塊中具有很高含量的氟化物，以氟化物含量為10000mg/L計算，處理每噸陰極碳塊理論上可以回收得到的氟化鈣質量為205kg，以市場價平均2000元/t氟化鈣計算，處理1噸陰極碳塊成本300元，可獲得利潤110元。市場上的石墨依品質不同，價格差異較大，一般在2000元以上。陰極碳塊中一般含有70%的碳，按處理1噸陰極碳塊成本300元計算，每噸可獲得利潤1200元。