一种电解铝废阴极的煅烧处置方法

摘要

本发明提供了一种电解铝废阴极的煅烧处置方法，属于固体废物处理领域，其包括：将煅烧电解铝废阴极产生的烟气Ⅰ的温度控制在1200－1700℃后，将烟气Ⅰ与外界气体混合并将烟气的温度降至800℃以下，得到烟气Ⅱ，其中烟气Ⅰ与外界气体的流速比为1：2－10，烟气Ⅰ与外界气体的体积比为1：3－15。煅烧电解铝废阴极可以将废阴极中的碳素与氟化物、氧化物和氰化物进行有效分离，这种方法有利于实现烟气的降温，进一步配合风选分级处理，有利于氟化物、氧化物的回收，进而实现电解铝废阴极的无害化处置及资源化利用。

权利要求

1.一种电解铝废阴极的煅烧处置方法，其特征在于，其包括：将煅烧电解铝废阴极产生的烟气Ⅰ的温度控制在1200－1700℃后，将所述烟气Ⅰ与外界气体混合并将所述烟气Ⅰ的温度降至800℃以下，得到烟气Ⅱ，其中所述烟气Ⅰ与所述外界气体的流速比为1：2－10，所述烟气Ⅰ与所述外界气体的体积比为1：3－15。

2.根据权利要求1所述的电解铝废阴极的煅烧处置方法，其特征在于，煅烧所述电解铝废阴极的条件为将颗粒状的电解铝废阴极炭块于在2200－3000℃下煅烧30－90min。

3.根据权利要求2所述的电解铝废阴极的煅烧处置方法，其特征在于，所述颗粒状的电解铝废阴极炭块的粒径为1－100mm。

4.根据权利要求2所述的电解铝废阴极的煅烧处置方法，其特征在于，所述外界气体为外界空气。

5.根据权利要求1所述的电解铝废阴极的煅烧处置方法，其特征在于，在得到所述烟气Ⅱ后，采用风选分级的方式对所述烟气Ⅱ进行分离纯化，并得到收尘后的烟气Ⅵ，随后将所述烟气Ⅵ进行达标排放。

6.根据权利要求5所述的电解铝废阴极的煅烧处置方法，其特征在于，所述风选分级的方式为沉降法、旋风分离法和布袋除尘法中任一种或多种的组合。

7.根据权利要求6所述的电解铝废阴极的煅烧处置方法，其特征在于，所述烟气Ⅱ先采用沉降法除尘后得到烟气Ⅲ，所述烟气Ⅲ再采用旋风分离法除尘后得到烟气Ⅳ，随后所述烟气Ⅳ采用布袋除尘法进行除尘，得到所述烟气Ⅵ。

8.根据权利要求7所述的电解铝废阴极的煅烧处置方法，其特征在于，所述烟气Ⅳ在采用所述布袋除尘法进行除尘前，先将所述烟气Ⅳ的温度降至100－150℃。

9.根据权利要求5所述的电解铝废阴极的煅烧处置方法，其特征在于，所述烟气Ⅵ通过烟气水幕过滤后进行达标排放。

10.根据权利要求7所述的电解铝废阴极的煅烧处置方法，其特征在于，在采用所述布袋除尘法进行除尘前，先将所述烟气Ⅳ通过表冷器进行降温。

说明书

一种电解铝废阴极的煅烧处置方法

技术领域

[0001] 本发明涉及固体废物处理领域，具体而言，涉及一种电解铝废阴极的煅烧处置方法。

背景技术

[0002] 电解铝阴极以煅烧无烟煤、冶金焦、石墨等为骨料，以煤沥青等为黏结剂混捏后制成的，主要用于制作铝电解槽炭质内衬的块类或糊类炭素制品。铝电解过程中，阴极上发生的主要反应是熔于冰晶石(Na2AIFeNa2AIF6)中的AI3+被还原成液态金属铝，汇积于炭质槽底表面，铝液和炭质槽底共同作为电解槽的导电阴极。由于电解质熔体中有各种氟化物、杂质，在电场及长期高温的作用下电解产生的熔盐对阴极炭块发生侵蚀和冲刷等作用，加上热应力的作用，使阴极材料发生变形、隆起、断裂，继而破损的阴极为废阴极。

[0003] 电解铝废阴极是含有20－40％左右氟化物，微量氰化物的危险废物，由于其氟化物及氰化物容易水解，因此如不进行有效处置，遇到雨淋、水浸容易造成严重的环境污染。2014年我国电解铝产量达到了2200多万吨，世界电解铝产量达到了5000多万吨。随着电解铝产量的增加，电解铝产生的废阴极日益增加。目前，我国电解铝行业已经有400多万吨的累积堆存，并且以每年20万吨左右的量持续增长。由于目前国内外缺乏先进的电解铝废阴极无害化处置及资源化再利用技术，电解铝企业普遍采用的掩埋处理方法不仅对环境造成了极大污染还造成了资源的极大浪费。

[0004] 目前我国乃至世界范围内处置电解铝废阴极主要采用湿法和燃烧法、填埋法和建仓库堆存，其中湿法得到的碳粉价值不高，燃烧法不能有效回收其中的氟化物。因此主要采用高成本的填埋法，但是由于大部分企业不能按照危险废物的处置方式进行无害化填埋，建仓库堆存的方式成本又极高。因此电解铝废阴极的环境污染问题一直没有得到有效解决。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种电解铝废阴极的煅烧处置方法，这种方法提供一种新的对烟气降温的方式，并有利于烟气中的粉尘等颗粒物分离。采用这种方法，实现废阴极中的碳素与氟化物、氧化物和氰化物的有效分离，并通过与外界气体混合对煅烧产生的烟气Ⅰ进行温度控制，进一步配合风选分级处理，有利于回收氟化物、氧化物，进而实现电解铝废阴极的无害化处置及资源化利用。

[0006] 为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

[0007] 一种电解铝废阴极的煅烧处置方法，其包括：将煅烧电解铝废阴极产生的烟气Ⅰ的温度控制在1200－1700℃后，将烟气Ⅰ与外界气体混合并将烟气Ⅰ的温度降至800℃以下，得到烟气Ⅱ，其中烟气Ⅰ与外界气体的流速比为1：2－10，烟气Ⅰ与外界气体的体积比为1：3－15。

[0008] 目前比较好的处置电解铝废阴极的方法主要为煅烧后进行水雾处理的方法，该法是采用超高温炉煅烧电解铝废阴极，使其中的氟化物、氰化物和氧化物挥发，煅烧产生的烟气采用水雾吸收的方式进行处理后排出。这种方法虽然能得到较高纯度的碳素，但在采用水雾吸收的方式对烟气进行处理时，不能将烟气中的氟化物、氧化物等进行有效的分离，不利于电解铝废阴极的资源化利用。

[0009] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：

[0010] (1)温度在1200－1700℃的烟气Ⅰ与外界气体混合后，由于外界气体的温度远小于烟气Ⅰ的温度，在与外界气体的快速混合中，烟气Ⅰ的温度骤降至800℃以下，骤冷后的烟气中的氟化物由于温度瞬间降低而形成固态的粉状，即烟气Ⅱ中含有固态粉状的氟化物，再采用风选分级的手段对烟气Ⅱ进行逐步分离，即可有效的回收了氟化物和氧化物，有利于实现电解铝废阴极的无害化处置及资源化利用。

[0011] (2)在控制烟气Ⅰ的温度时，将烟气Ⅰ与外界气体混合，混合时烟气Ⅰ与外界气体的流速比为1：2－10，烟气Ⅰ与外界气体的体积比为1：3－15，控制这两个参数能够使得烟气Ⅰ的温度在极短的时间内由1200－1700℃降低至800℃以下，烟气Ⅰ温度的骤降有利于使烟气Ⅰ中的氟化物在瞬间固化成粉末。

[0012] (3)这种方法能够实现废阴极中的碳素与氟化物、氧化物和氰化物的有效分离，进一步配合风选分级处理，有利于回收氟化物、氧化物，进而实现电解铝废阴极的无害化处置及资源化利用。

附图说明

[0013] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

[0014] 图1为本发明实施例中电解铝废阴极的煅烧处置方法的流程示意图。

具体实施方式

[0015] 下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

[0016] 本实施方式提供一种电解铝废阴极的煅烧处置方法，其包括：将煅烧电解铝废阴极产生的烟气Ⅰ的温度控制在1200－1700℃后，将烟气Ⅰ与外界气体混合并将烟气Ⅰ的温度降至800℃以下，得到烟气Ⅱ，其中烟气Ⅰ与外界气体的流速比为1：2－10，烟气Ⅰ与外界气体的体积比为1：3－15。

[0017] 在本发明较佳的实施例中，煅烧电解铝废阴极的条件为将颗粒状的电解铝废阴极炭块于在2200－3000℃下煅烧30－90min；优选为将颗粒状的电解铝废阴极炭块于2500－2700℃下煅烧50－70min；最优选为将颗粒状的电解铝废阴极炭块于2600℃下煅烧60min。
煅烧的温度为2200－3000℃，有利于使电解铝废阴极炭块中的氟化物和氰化物尽可能完全的挥发出来，从而得到高纯度的碳素。在2200－3000℃下煅烧30－90min小时，既能得到高纯度的碳素，又能将经济成本控制在较低的范围内，这种方案的性价比最高。

[0018] 在本发明较佳的实施例中，上述颗粒状的电解铝废阴极炭块的粒径为1－100mm；优选为40－60mm；最优选为50mm。这种粒径的电解铝废阴极炭块的透气性好，有利于煅烧产生的烟气Ⅰ快速从炉口流出。

[0019] 这种方法采用煅烧法挥发出电解铝废阴极中的氟化物、氧化物、分解其中的氰化物，且在基本真空的条件下废阴极中的炭素材料被燃烧挥发的量少于3％，从而实现废阴极中的碳素与氟化物、氧化物和氰化物的有效分离，并使碳素进一步石墨化，提高了碳素材料的固定碳含量，经处理后的碳素可以作为预焙阳极及阴极原料、增碳剂、石墨碎和锂电池负极材料等。

[0020] 通常电解铝废阴极炭块是在煅烧炉中进行煅烧的，电解铝废阴极炭块于2200－3000℃下煅烧后产生的烟气从炉口出来时会散失一部分热量，其温度有可能会低于1200℃。当检测到烟气Ⅰ的温度低于1200℃时，可以采用电加热或者燃气加热等方式将烟气Ⅰ的升温至1200－1700℃的范围内，有利于进一步的对烟气Ⅰ进行分离纯化。

[0021] 温度在1200－1700℃的烟气Ⅰ与外界气体混合后，由于外界气体的温度远小于烟气Ⅰ的温度，在与外界气体的快速混合中，烟气Ⅰ的温度骤降至800℃以下，骤冷后的烟气中的氟化物由于温度瞬间降低而形成固态的粉状，即烟气Ⅱ中含有固态粉状的氟化物，再采用风选分级的手段对烟气Ⅱ进行逐步分离，即可有效的回收了氟化物和氧化物，有利于实现了电解铝废阴极的无害化处置及资源化利用。

[0022] 在此，需要说明的是，在本申请中的外界气体是指温度低于40℃的气体，可以是常温气体，也可以是冷却后的气体。该外界气体可以是空气、N2、CO2中的一种或多种组合，在本发明较佳的实施例中，该外界气体为外界空气，即构成地球周围大气的气体。选择空气对烟气Ⅰ进行冷却，成本低、易实现。

[0023] 在控制烟气Ⅰ的温度时，将烟气Ⅰ与外界气体混合，混合时烟气Ⅰ与外界气体的流速比为1：2－10，优选为1：4－8，最优选的为1：5，烟气Ⅰ与外界气体的体积比为1：3－15，优选为1：7－11，最优选为1：9。控制这两个参数能够使得烟气Ⅰ的温度在极短的时间内由1200－1700℃降低至800℃以下，实现烟气Ⅰ温度的骤降，有利于使烟气Ⅰ中的氟化物在瞬间固化成粉末。

[0024] 将煅烧产生的烟气Ⅰ的温度控制在1200－1700℃，优选为1400－1600℃，最优选为1500℃。在1200－1700℃的温度下，氟化物呈气态，若温度低于1200℃，氟化物会呈半液态而沉结下来，不利于氟化物的分离纯化。比如以NaF为例，NaF的熔点是993℃，沸点是1695℃，当温度高于1695℃后，NaF为气态混合在烟气Ⅰ中；当烟气Ⅰ的温度骤降至800℃以下时，气态状的NaF便会瞬间凝结成固态的粉末，有利于后续的风选分级纯化。

[0025] 进一步的，在得到烟气Ⅱ后，采用风选分级的方式对烟气Ⅱ进行分离纯化，并得到收尘后的烟气Ⅵ，随后将烟气Ⅵ进行达标排放。从烟气Ⅱ到烟气Ⅵ的过程中，不断分离中烟气Ⅱ中的氟化物、氧化物，使烟气Ⅵ中的污染物含量降到最低后进行达标排放。

[0026] 在本发明较佳的实施例中，风选分级的方式为沉降法、旋风分离法、和布袋除尘法中任一种或多种的组合。通过采用这几种除尘的方法，能够有效的对烟气Ⅱ中的氟化物和氧化物进行分离纯化，并得到清洁空气。

[0027] 进一步的，风选分级的方式优选为，烟气Ⅱ先采用沉降法除尘后得到烟气Ⅲ，烟气Ⅲ再采用旋风分离法除尘后得到烟气Ⅳ，随后烟气Ⅳ采用布袋除尘法进行除尘，得到烟气Ⅵ。

[0028] 采用这种风选分级的方式，有利于纯化烟气Ⅱ中的各类氟化物和氧化物。具体地，当温度在800℃以下的烟气通过沉降仓时，固态粉末状的氟化物沉积于沉降仓内。由于不同氟化物的熔点不同，比如NaF的熔点是993℃，CaF的熔点是1402℃，二者由气态转变为固态粉末的速度以及沉积速度均不同，这种控制温度后进行沉降的方法有利于将不同的氟化物分离纯化出来。

[0029] 由于单纯采用沉降法并不能完全将烟气Ⅱ中的氟化物、氧化物等分离出，在这种方案中，继续采用旋风分离法对烟气Ⅲ进行除尘，得到烟气Ⅳ。旋风分离法对于50μm以下的大气颗粒物的除尘效果不佳，收尘率达到50％以上。因此，再采用布袋除尘法对烟气Ⅳ进行除尘，收尘率到达99％，得到清洁度高的烟气Ⅵ。在采用这几种方式进行除尘的过程中，也得到了纯度较高的氟化物，有利于实现了电解铝废阴极的无害化处置及资源化利用。

[0030] 在本发明较佳的实施例中，烟气Ⅳ在采用布袋除尘法进行除尘前，先将烟气Ⅳ的温度降至100－150℃，有利于选择性价较高的布袋除尘器。

[0031] 在本发明较佳的实施例中，烟气Ⅵ通过烟气水幕过滤后进行达标排放。采用烟气水幕过滤处理后，得到更为清洁的空气，有利于实现了电解铝废阴极的无害化处置。

[0032] 在本发明较佳的实施例中，在采用布袋除尘法进行除尘前，先将烟气Ⅳ通过表冷器进行降温。表冷器冷却效果好，能够快速将烟气Ⅳ的温度降至100－150℃。

[0033] 这种方法能够实现废阴极中的碳素与氟化物、氧化物和氰化物的有效分离。经过分段温度控制及风选等工序，得到的氟化物含量大于90％，产率约为32％，可以应用到铝电解中。卸出高温炉的阴极碳素材料经过冷却后，其固定碳含量达到≥97％，可以作为预焙阳极及阴极原料、增碳剂、石墨碎和锂电池负极材料等。由此可见本发明中提供的这种电解铝废阴极的煅烧处置方法，实现了电解铝废阴极的无害化处置及资源化再利用。

[0034] 实施例1

[0035] 本实施例提供一种电解铝废阴极的煅烧处置方法，其包括：

[0036] 将1－20mm颗粒状的电解铝废阴极炭块于2200℃下煅烧90min，挥发出其中的氟化物、氧化物等，氰化物分解成氮氧化物和碳氧化合物。烟气主要采用分段温度控制后风选分级的方式分离烟气中的各种物质，煅烧后的石墨化炭素经过冷却后排出煅烧炉。

[0037] 将煅烧电解铝废阴极产生的烟气Ⅰ的温度控制在1200℃后，将烟气Ⅰ与外界空气混合并将烟气Ⅰ的温度降至800℃以下，得到烟气Ⅱ，其中烟气Ⅰ与外界空气的流速比为1：2，烟气Ⅰ与外界空气的体积比为1：3。

[0038] 温度在800℃以下的烟气Ⅱ先采用沉降法除尘后得到烟气Ⅲ，烟气Ⅲ再采用旋风分离法除尘后得到烟气Ⅳ，旋风分离法的收尘率达到50％以上。随后，先将烟气Ⅳ的温度降至100－150℃，再将烟气Ⅳ采用布袋除尘法进行除尘，得到烟气Ⅵ，布袋除尘法的收尘率到达99％。经过多级收尘后的烟气Ⅵ进一步通过烟气水幕过滤后，使烟气Ⅵ达到排放标准后进行排放。

[0039] 实施例2

[0040] 本实施例提供一种电解铝废阴极的煅烧处置方法，其与实施例1基本一致，不同之处在于：

[0041] 将20－40mm颗粒状的电解铝废阴极炭块于2500℃下煅烧70min。随后，将煅烧电解铝废阴极产生的烟气Ⅰ的温度控制在1400℃后，将烟气Ⅰ与外界空气混合并将烟气Ⅰ的温度降至800℃以下，得到烟气Ⅱ，其中烟气Ⅰ与外界空气的流速比为1：4，烟气Ⅰ与外界空气的体积比为1：7。

[0042] 实施例3

[0043] 本实施例提供一种电解铝废阴极的煅烧处置方法，其与实施例1基本一致，不同之处在于：

[0044] 将40－60mm颗粒状的电解铝废阴极炭块于2600℃下煅烧60min。随后，将煅烧电解铝废阴极产生的烟气Ⅰ的温度控制在1500℃后，将烟气Ⅰ与外界空气混合并将烟气Ⅰ的温度降至800℃以下，得到烟气Ⅱ，其中烟气Ⅰ与外界空气的流速比为1：5，烟气Ⅰ与外界空气的体积比为1：9。

[0045] 实施例4

[0046] 本实施例提供一种电解铝废阴极的煅烧处置方法，其与实施例1基本一致，不同之处在于：

[0047] 将60－80mm颗粒状的电解铝废阴极炭块于2700℃下煅烧50min。随后，将煅烧电解铝废阴极产生的烟气Ⅰ的温度控制在1600℃后，将烟气Ⅰ与外界空气混合并将烟气Ⅰ的温度降至800℃以下，得到烟气Ⅱ，其中烟气Ⅰ与外界空气的流速比为1：8，烟气Ⅰ与外界空气的体积比为1：11。

[0048] 实施例5

[0049] 本实施例提供一种电解铝废阴极的煅烧处置方法，其与实施例1基本一致，不同之处在于：

[0050] 将80－100mm颗粒状的电解铝废阴极炭块于3000℃下煅烧30min，随后，将煅烧电解铝废阴极产生的烟气Ⅰ的温度控制在1700℃后，将烟气Ⅰ与外界空气混合并将烟气Ⅰ的温度降至800℃以下，得到烟气Ⅱ，其中烟气Ⅰ与外界空气的流速比为1：10，烟气Ⅰ与外界空气的体积比为1：15。

[0051] 对比例1

[0052] 采用发明专利CN105642649A公开的方法，对相同质量的电解铝废阴极炭块进行高温处置。

[0053] 对比实施例1－5以及对比例1中处理后所得的氟化物的含量、产率以及碳素的含量、产率，结果如表1所示：

[0054] 表1.不同处理方法的结果比较

[0055]

[0056] 由图1可知，相比于对比例1，通过本发明提供方法对电解铝废阴极进行煅烧处置后，所得到的氟化物的含量(92－95％)和产率(32－34％)均高于对比例1(分别为90％和30％)，同时所得到碳素中固定碳的含量(97－98％)也高于对比例1中碳素中固定碳的含量(95％)。

[0057] 由此说明，采用本发明提供的电解铝废阴极的煅烧处置方法，与现有技术中对烟气采取水雾处理的方法不同，本发明采用外界气体对烟气进行降温的方式，并通过进一步的风选分级，既能够对烟气进行除尘处理使其达到排放标准，又能够回收得到高纯度的碳素和氟化物，且产率高，实现了电解铝废阴极的无害化处置及资源化利用。

[0058] 尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。