一種廢陰極炭塊的處理方法與流程
2023-05-29 13:08:46 1
本發明涉及一種廢陰極炭塊的處理方法，所述廢陰極炭塊來自電解鋁廠的電解槽大修渣。
背景技術：
電解鋁廠的電解槽是生產電解鋁的核心設備，在正常生產條件下電解槽的壽命一般為1800天左右，到期後電解槽需要進行大修，大修過程中清理出來的廢內襯包括廢陰極炭塊、廢耐火磚、扎糊、廢保溫磚、廢絕熱材料等統稱為電解槽大修渣。因電解槽大修渣在高溫生產中浸入氟化物和少量氰化物，根據國家2007年頒布的《危險廢物鑑別標準浸出毒性鑑別》(GB5085.3-2007)規定屬於危險固體廢棄物。
目前全國電解鋁產能超過3000萬噸/年，每年因電解槽大修產生的大修渣約為45～50萬噸左右。絕大部分電解鋁廠對大修渣還沒有進行有效地處理與利用，主要採用存儲或填埋的方式進行處理，這不僅佔用大量的土地，投入大量資金與運行管理費用，而且從長遠看存在汙染隱患。
因此，如何開發一種電解槽危險固體廢棄物的處理方法，實現電解槽大修渣的無害化處理，是目前電解槽大修渣資源化利用中迫切需要解決的問題。
技術實現要素：
本發明為解決上述的技術問題，提供一種廢陰極炭塊的處理方法，該方法實現了電解槽大修渣中廢陰極炭塊的綜合利用，不僅消除了危險固體廢物的環境汙染的可能性，節約大量的土地與資金，還實現了電解槽大修渣中廢陰極炭塊的的資源化利用。
一方面，本發明提供一種廢陰極炭塊的處理方法，該廢陰極炭塊來自電解鋁廠的電解槽大修渣，該處理方法包括如下步驟：
1)將電解槽大修渣進行分選、粉碎處理，得到粉狀廢陰極炭塊；
2)對粉狀廢陰極炭塊進行水浸出，得到浸出後的陰極炭塊和浸出液；
3)將浸出液與除氟劑進行固化反應後，進行液固分離，濾液返回浸出的步驟循環使用。
在上述方法中，在電解鋁廠的電解槽進行大修過程中，先將電解槽大修渣經人工進行分選，得到廢陰極炭塊，將廢陰極炭塊經機械破碎或磨細等粉碎處理成粉狀廢陰極炭塊。其中，使粉狀廢陰極炭塊中90％以上的廢陰極炭塊粒徑小於180μm。
在上述方法中，步驟2)中對粉狀廢陰極炭塊進行浸出的目的在於儘可能完全去除廢陰極炭塊中的氟，可以採取多次浸出。本發明對粉狀廢陰極炭塊進行浸出的次數不做嚴格限制，可以1次、2次、3次或更多。由於電解鋁廠的電解槽的大修渣中的氟含量不同，粉狀廢陰極炭塊進行浸出的次數可以根據廢陰極炭塊的氟含量而決定，在具體實施方案中，每次浸出的次數和具體參數可以不同；如果氟含量低，可以是一次或兩次；如果氟含量高，最少進行三次，最終以浸出液中氟離子濃度低於100mg/L視為浸出完成。具體實施方案的浸出參數可以為：採用廢陰極炭塊與水按質量比1：2～10進行混合；浸出溫度為20～100℃；每次的浸出時間為0.5h～3.0h。
在本發明的具體實施方案中，步驟3)中除氟劑包括生石灰、石灰乳、電石渣或氯化鈣。
進一步地，將浸出液與除氟劑進行固化反應時，使除氟劑與浸出液中的氟離子的摩爾比為1.00～1.30：1.00。
進一步地，步驟3)中浸出液與除氟劑進行固化反應，具體的固化反應溫度為50～100℃；時間為0.5h～3.0h。
在本發明的具體實施方案中，完成固化反應的物料進行液固分離，濾液返回作為浸出工序，濾餅進行堆放集中處理，或作為製備氟化鈣的原料。
另一方面，本發明還提供了一種陰極炭塊，是將電解鋁廠中電解槽大修過程中產生的廢陰極炭塊按照上述方法處理後的產物。
本發明還提供上述陰極炭塊作為生產氧化鋁過程中燃料的應用。
進一步地，可以將上述陰極炭塊作為生料加煤，加入燒結法生產氧化鋁系統中，具體可以是：將上述陰極炭塊加入燒結法氧化鋁廠生產系統，在無煙煤堆場與無煙煤混合後進入生料漿製備車間進行生料配料，代替部分無煙煤脫硫，其中，上述陰極炭塊的添加量與無煙煤的質量比例為5～20％：95～80％。
相比於現有技術，本發明的技術方案具有如下有益效果：
1、根據本發明的方法，對於電解槽大修渣中廢陰極炭塊進行處理的過程，先採用浸出的方式將廢陰極炭塊中可溶性氟離子浸出到液相中，從而實現了危險固體廢物的無害化處理，不僅消除了堆放危險固體廢物對環境的汙染，還節省了大量的土地與資金。
2、本發明方案的實施過程中，對於浸出後的陰極炭塊和浸出液分別進行處理，一方面：浸出後的陰極炭塊可以作為生產氧化鋁過程中的燃料，得到利用，從而有效解決了現有技術中廢陰極炭塊大量的堆存佔地和防滲漏處理問題；
另一方面，將浸出液與除氟劑固化反應後，濾液可以返回浸出的步驟循環使用，濾餅選擇安全堆放或加工成氟化鈣；加工氟化鈣的回收過程可以添加電石渣等一般工業固體廢棄物，從而達到以廢治廢的目的。
3、本發明方法操作簡單，特別是氟離子浸出過程容易實現，適於產業化生產；整個方法實現了廢陰極炭塊的綜合利用和資源化利用，生產運行成本較低，具有較大的推廣應用價值。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
本發明所有實施例中所採用的廢陰極炭塊均取自：內蒙古呼和浩特地區一電解鋁廠的電解槽大修渣。
實施例1
(1)分選、粉碎：將電解槽大修渣進行分選，將分選出的廢陰極炭塊採用球磨機破碎，得到粉狀廢陰極炭塊；其中，粒徑小於180μm的粉狀廢陰極炭塊有91.4％。
(2)水浸出：第一次浸出：將廢陰極炭塊與水按照質量比為1:3的比例混合後，在80℃條件下浸出2.0h，過濾分離後濾餅進行二次浸出，測出濾液中氟離子濃度為14825mg/L；第二次浸出：一次浸出後的廢陰極炭塊與水按照質量比為1:4的比例混合後，在90℃條件下浸出2.0h，過濾分離後濾餅進行三次浸出，測出濾液中氟離子濃度為426mg/L；第三次浸出：二次浸出後的廢陰極炭塊與水按照質量比為1:8的比例混合後，在90℃條件下浸出3.0h，過濾分離後測出濾液中氟離子濃度為50mg/L。
(3)三次浸出液的固化：將每次的浸出液分別與石灰乳進行固化反應時，石灰乳添加量與浸出液中的氟離子，按照石灰乳中有效鈣含量與浸出液中氟離子含量的理論值的1.1～1.2倍進行配比。取一次浸出液1L，加入162.45g/L的石灰乳150ml，在90℃條件下反應3.0h，測出過濾後濾液中氟離子濃度為10mg/L；取二次浸出液1L，加入162.45g/L的石灰乳4.6ml，在90℃條件下反應3.0h，測出過濾後濾液中氟離子濃度為6mg/L；取三次浸出液5L，加入162.45g/L的石灰乳2.6ml，在90℃條件下反應3.0h，測出過濾後濾液中氟離子濃度為1mg/L。
(4)浸出後的陰極炭塊作為生料加煤的應用：將浸出後的陰極炭塊運送至氧化鋁生產系統原料煤堆場，採用天車將該陰極炭塊抓起後均勻地撒在無煙煤上，然後通過螺旋給料機將上述兩種物料均勻送入無煙煤輸送皮帶上，進入生料漿製備車間進行生料配料；其中，該陰極炭塊的添加量與無煙煤的質量比例為5％：95％。經測算，用該陰極炭塊代替部分無煙煤脫硫，每年可節約無煙煤2000噸左右。
實施例2
(1)分選、粉碎：將電解槽大修渣進行分選，將分選出的廢陰極炭塊採用球磨機破碎，得到粉狀廢陰極炭塊；其中，粒徑小於180μm的粉狀廢陰極炭塊有94.4％。
(2)水浸出：第一次浸出：將廢陰極炭塊與水按照質量比為1:4的比例混合後，在60℃條件下浸出3.0h，過濾分離後濾餅進行二次浸出，測出濾液中氟離子濃度為13879mg/L；第二次浸出：一次浸出後的廢陰極炭塊與水按照質量比為1:6的比例混合後，在80℃條件下浸出2.0h，過濾分離後濾餅進行三次浸出，測出濾液中氟離子濃度為386mg/L；第三次浸出：二次浸出後的廢陰極炭塊與水按照質量比為1:10的比例混合後，在80℃條件下浸出3.0h，測出過濾分離後濾液中氟離子濃度為45mg/L。
(3)三次浸出液的固化：將每次的浸出液分別與氯化鈣進行固化反應時，氯化鈣添加量與浸出液中的氟離子，按照氯化鈣中有效鈣含量與浸出液中氟離子含量的理論值的1.0～1.05倍進行配比。取一次浸出液1L，加入工業級氯化鈣42.59g，在70℃條件下反應3.0h，測出過濾後濾液中氟離子濃度為9.5mg/L；取二次浸出液1L，加入工業級氯化鈣1.19g，在70℃條件下反應3.0h，測出過濾後濾液中氟離子濃度為8.1mg/L；取三次浸出液5L，加入工業級氯化鈣0.70g，在70℃條件下反應3.0h，測出過濾後濾液中氟離子濃度為0.9mg/L。
(4)浸出後的陰極炭塊作為生料加煤的應用：將浸出後的陰極炭塊運送至氧化鋁生產系統原料煤堆場，採用天車將該陰極炭塊抓起後均勻地撒在無煙煤上，然後通過螺旋給料機將上述兩種物料均勻送入無煙煤輸送皮帶上，進入生料漿製備車間進行生料配料；其中，該陰極炭塊的添加量與無煙煤的質量比例為8％：92％。經測算，用該陰極炭塊代替部分無煙煤脫硫，每年可節約無煙煤2000噸左右。
實施例3
(1)分選、粉碎：將電解槽大修渣進行分選，將分選出的廢陰極炭塊採用球磨機破碎，得到粉狀廢陰極炭塊；其中，粒徑小於180μm的粉狀廢陰極炭塊有92.5％。
(2)水浸出：第一次浸出：將廢陰極炭塊與水按照質量比為1:5的比例混合後，在90℃條件下浸出1.0h，過濾分離後濾餅進行二次浸出，測出濾液中氟離子濃度為12247mg/L；第二次浸出：一次浸出後的廢陰極炭塊與水按照質量比為1:5的比例混合後，在90℃條件下浸出1.0h，過濾分離後濾餅進行三次浸出，測出濾液中氟離子濃度為512mg/L；第三次浸出：二次浸出後的廢陰極炭塊與水按照質量比為1:7的比例混合後，在90℃條件下浸出1.0h，過濾分離後測出濾液中氟離子濃度為60mg/L。
(3)三次浸出液的固化：將每次的浸出液分別與電石渣進行固化反應時，電石渣添加量與浸出液中的氟離子，按照電石渣中有效鈣含量與浸出液中氟離子含量的理論值的1.1～1.2倍進行配比。取一次浸出液1L，加入有效鈣含量為65.78％電石渣35.67g，在40℃條件下反應3.0h，測出過濾後濾液中氟離子濃度為12.6mg/L；取二次浸出液1L，加入有效鈣含量為65.78％電石渣1.44g，在50℃條件下反應3.0h，測出過濾後濾液中氟離子濃度為7.8mg/L；取三次浸出液5L，加入有效鈣含量為65.78％電石渣0.88g，在90℃條件下反應3.0h，測出過濾後濾液中氟離子濃度為0.8mg/L。
(4)浸出後的陰極炭塊作為生料加煤的應用：將浸出後的陰極炭塊運送至氧化鋁生產系統原料煤堆場，採用天車將該陰極炭塊抓起後均勻地撒在無煙煤上，然後通過螺旋給料機將上述兩種物料均勻送入無煙煤輸送皮帶上，進入生料漿製備車間進行生料配料；其中，該陰極炭塊的添加量與無煙煤的質量比例為15％：85％。經測算，用該陰極炭塊代替部分無煙煤脫硫，每年可節約無煙煤2000噸左右。
最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍。