铝电解碳渣热处理方法转让专利
申请号 : CN202010772059.8
文献号 : CN111893515B
文献日 : 2021-07-27
发明人 : 冯晓强 , 于长军 , 焦豫鑫 , 何纪豪
申请人 : 郑州经纬科技实业有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种铝电解碳渣热处理方法,包括将除铁碳渣颗粒加入热处理炉中并加热至1000‑
1400℃,使所述除铁碳渣颗粒中的电解质全部转化为液态电解质,与所述除铁碳渣颗粒中的固态碳分离,其中,在所述除铁碳渣颗粒中的电解质完全转化为所述液态电解质的过程中,所述热处理炉内的含氧量维持在2%‑20%,所述除铁碳渣颗粒中的固态碳充分燃烧。
2.根据权利要求1所述的铝电解碳渣热处理方法,其特征在于:所述热处理炉包括有一水平式回转炉、一炉门和一旋焰式富氧燃烧器,所述炉门安装在所述水平式回转炉左端开口处,且所述炉门上设置有一加料口,所述旋焰式富氧燃烧器从所述水平式回转炉右端开口处悬空插入所述水平式回转炉内,所述水平式回转炉上设有一出料口,所述除铁碳渣颗粒通过所述加料口加入所述水平式回转炉内,所述液态电解质从所述出料口排出,获得纯度≥95%的液态电解质直接返回电解槽使用或直接冷却备用。
3.根据权利要求2所述的铝电解碳渣热处理方法,其特征在于:在所述除铁碳渣颗粒中的电解质完全转化为所述液态电解质的过程中,通过向所述水平式回转炉内通入燃料和空气的混合气体,控制所述水平式回转炉内的含氧量维持在2%‑20%。
4.根据权利要求3所述的铝电解碳渣热处理方法,其特征在于:所述水平式回转炉内的含氧量维持在5%‑15%。
5. 根据权利要求2或3或4所述的铝电解碳渣热处理方法,其特征在于:所述除铁碳渣颗粒主要通过采用除铁器对铝电解质碳渣原料颗粒进行除铁处理获得,其中,所述铝电解质碳渣原料颗粒的粒径小于等于150 mm,且所述铝电解质碳渣原料颗粒总重量的10%‑20%的粒径为10‑20 mm。
6. 根据权利要求5所述的铝电解碳渣热处理方法,其特征在于:每次向所述热处理炉加入的所述除铁碳渣颗粒为所述水平式回转炉体容积的20%‑40%,且所述铝电解质碳渣原料颗粒中的固态碳的含量为20%‑50%,所述水平式回转炉以10‑50 ℃/h将所述除铁碳渣颗粒加热至1000‑1400℃,并保温0.5‑5 h,使所述除铁碳渣颗粒中的电解质转化为所述液态电解质的同时,所述除铁碳渣颗粒中95%以上的固体碳充分燃烧。
7.根据权利要求6所述的铝电解碳渣热处理方法,其特征在于:所述除铁碳渣颗粒的加热温度1000‑1200℃。
8. 根据权利要求7所述的铝电解碳渣热处理方法,其特征在于:所述保温时间为1‑3 h。
9.根据权利要求3所述的铝电解碳渣热处理方法,其特征在于:所述燃料为天然气、液化石油气或水煤气。
说明书 :
铝电解碳渣热处理方法
技术领域
背景技术
原成C,在电解质溶液中形成细微的游离态固体物质;阴极碳素内衬的剥落、钠对阴极碳块
的渗入引起碳块剥落而形成的固体废弃物。因此,铝电解碳渣的主要成分为铝电解质和固
态碳。铝电解碳渣常见的工业处理方法为浮选法和热处理法。
度不大于90%,回收效率低,并且电解质的分子比较低,通常为1.6‑1.9,而且回收的电解质
中的杂质含量较高,不能直接返回电解槽使用。
CN107604383A中公开了一种熔炼法提取碳渣中电解质的方法,过程如下:将碳渣在熔炼炉
中加热到1250‑1300℃,碳渣中的电解质熔炼成液态后,碳漂浮于电解质液体表面,将漂浮
的碳扒出后将电解质放出,冷却后返回电解铝生产使用;其中,在熔炼过程中,碳进行燃烧
反应,其中有20%‑30%的碳被燃烧掉;另外,在熔炼过程中产生的烟气成分包括CO、CO2、H2O、
NO等。所以,当铝电解碳渣中的固态碳的含量比较多时,如,超过20%,现有的铝电解碳渣热
处理法仍存在热效率低,碳渣中的固态碳燃烧不充分,能耗高、处置成本高、热处理炉内衬
易损伤等问题。
发明内容
纯度的、可直接返回电解槽使用的电解质。
态电解质,与所述除铁碳渣颗粒中的固态碳分离,其中,在所述除铁碳渣颗粒中的电解质完
全转化为所述液态电解质的过程中,所述热处理炉内的含氧量维持在2%‑20%,所述除铁碳
渣颗粒中的固态碳充分燃烧。
式富氧燃烧器从所述水平式回转炉右端开口处悬空插入所述水平式回转炉内,所述水平式
回转炉上设有一出料口,所述除铁碳渣颗粒通过所述加料口加入所述水平式回转炉内,所
述液态电解质从所述出料口排出,获得纯度≥95%的液态电解质直接返回电解槽使用或直
接冷却备用。优选地,所述液态电解质的纯度可以达到98%以上。
含氧量维持在2%‑20%。
中始终处于富氧环境中,有利于促进除铁碳渣颗粒中的固态碳在该富氧环境中被加热并充
分完全燃烧,实现所述除铁碳渣颗粒中的电解质与固态碳的分离,同时由于所述固态碳燃
烧释放热量,能够减少燃料的用量,有利于节约燃料的用量,降低成本。
质碳渣原料颗粒总重量的10%‑20%的粒径为10‑20 mm。所述铝电解质碳渣原料颗粒通过采
用破碎机对铝电解质碳渣原料进行破碎处理获得。当所述铝电解质碳渣原料颗粒的粒径如
果过大,不利于除铁碳渣颗粒与燃料的充分接触,所以其粒径小于且等于150 mm;如果粒径
过小,除铁碳渣颗粒容易从所述水平式回转炉中逸出,降低铝电解质碳渣原料颗粒的利用
率,经过研究试验发现:当粒径为10‑20 mm的铝电解质碳渣原料颗粒占所述铝电解质碳渣
原料颗粒总量的10%‑20%时,所述除铁碳渣颗粒不容易从所述水平式回转炉中逸出。因此,
本发明限定的铝电解质碳渣原料颗粒的粒径的范围不仅有利于除铁碳渣颗粒在富氧气氛
中与燃料充分接触,还有利于减少除铁碳渣颗粒的损失。
回转炉以10‑50 ℃/h将所述除铁碳渣颗粒加热至1000‑1400℃,并保温0.5‑5 h,使所述除
铁碳渣颗粒中的电解质转化为所述液态电解质的同时,所述除铁碳渣颗粒中95%以上的固
体碳充分燃烧。
固态碳的良好分离,同时在加热过程和电解质分离过程中,热处理炉内的含氧量维持在2%‑
20%的富氧氛围促使大部分固态碳充分燃烧;固态碳充分燃烧,既提高了电解质的纯度,又
降低了燃料的消耗,实现以低能耗的处置方法得到高纯度的电解质,且该电解质分子比与
电解槽内分子比基本一致,可直接返回电解槽使用。
富氧气氛中都能够与燃料和空气充分接触;所述旋焰式富氧燃烧器插入水平式回转炉内,
火焰在水平式回转炉内呈发散态,充分与所述除铁碳渣颗粒接触,热效率高,且水平式回转
炉内处于富氧氛围,固态碳的燃烧氧化良好;同时,多余的氧气可使所述除铁碳渣颗粒中的
固态碳快速充分氧化放热,降低能耗。
1450℃,如此,尤其当固体碳的含量比较高时,不但容易损伤热处理炉的内衬,而且由于固
态碳燃烧是放热反应,熔融的铝电解质中的氟容易挥发,从而改变液态铝电解质的组成,不
利于液态铝电解质的回收利用;本发明中向所述热处理炉中通入空气,不但可以使燃料和
固态碳燃烧,还能降低燃料及固态碳燃烧时的火焰温度和释放的热量,避免或减弱高温对
内衬的伤害,避免或减弱液态铝电解质中的氟挥发,有利于回收的液态铝电解质的分子比
与其原料的电解槽中的分子比保持一致,可直接返回电解槽使用。
附图说明
7‑测温热电偶、8‑出料口。
具体实施方式
装在所述水平式回转炉3的左端开口处,且所述炉门5上设置有一加料口6,所述旋焰式富氧
燃烧器4从所述水平式回转炉3的右端开口处悬空插入所述水平式回转炉3内,所述水平式
回转炉3上设有一出料口8。所述热处理炉还包括底座1、支撑传动装置2和测温热电偶7。
器22转动,联轴器22带动所述炉体支撑拖轮21转动。
水平式回转炉3旋转至所述出料口8靠近所述底座1设置时,方便液态电解质从该出料口8排
出。
5的一侧铰接在立柱上,所述立柱立于所述底座1。炉门5上有一测温热电偶孔,所述测温热
电偶7从所述测温热电偶孔插入炉内,测定炉内温度。炉门5有炉腔观察孔,便于观察炉内加
料情况、火焰燃烧情况及炉内物料熔化情况。
水平式回转炉3外的部分固定有耐火棉,该耐火棉固定在所述水平式回转炉3的右端开口
处,用于密封该右端开口。所述耐火棉的右侧安装有固定在所述旋焰式富氧燃烧器4上的支
撑板,该支撑板上安装有连接且所述耐火棉的压片弹簧,该压片弹簧进一步将水平式回转
炉3的右端开口处紧密密封,避免或减少耐火棉因使用过程中损耗造成密封不严的问题。
述碳渣原料中固态碳含量(质量百分数)如表1所示;
气的混合气体,且控制所述水平式回转炉内的含氧量始终维持在2%‑20%,以20 ℃/h加热至
高温,并高温保温0.5‑5 h,所述除铁碳渣颗粒中的电解质转化为液态电解质,并与固态碳
完全分离,所述液态电解质表面上少许浮渣,人工扒出浮渣,该液态电解质从所述出料口8
中排出,排出的液态电解质可直接返回电解槽使用,也可以冷却为固体电解质颗粒备用。其
中,在该步骤中水平式回转炉内的含氧量、加热温度以及保温时间的具体指如表1‑3所示。
CaF2的总质量确定;“原电解槽分子比”和“回收电解质分子比”均是采用电解质分子比分析
仪测定NaF/AlF3的摩尔比确定。
利于固态碳与液态电解质的分离、液态电解质的排出,过高的温度会使液态电解质挥发,降
低电解质的回收率。
不变。
mm,其中所述铝电解质碳渣原料来源于分子比为2.4的电解槽,且所述铝电解质碳渣原料的
固态碳含量为45%;经永磁除铁器除铁后,定量加入水平式回转炉进行高温处理,加料量为
炉体容积的40%;采用富氧燃烧技术,向水平式回转炉内通入天然气和空气的混合气体并控
制炉内含氧量始终为15%,用天然气以20℃/h的升温速率加热碳渣至1200℃,保温5 h,碳渣
中固态碳与液体电解质完全分离,液态电解质上部有少许浮渣,停止转动炉体,打开回转炉
炉门,人工扒出浮渣,液态电解质经独立出料口排出至料盒,冷却后即为固体电解质颗粒,
经检测,固体电解质颗粒的回收率为97.4%、纯度为98.5%、分子比为2.4,该分子比与电解槽
内电解质分子比基本一致,可直接返回电解槽使用。
mm,其中所述铝电解质碳渣原料来源于分子比为2.2的电解槽,且所述铝电解质碳渣原料的
固态碳含量为21%;经永磁除铁器除铁后,定量加入入水平式回转炉进行高温处理,加料量
为炉体容积的40%;采用富氧燃烧技术,向入水平式回转炉内通入天然气和空气的混合气体
并控制炉内含氧量始终为5%,用天然气以20℃/h的升温速率加热碳渣至1100℃,保温3 h,
碳渣中固态碳与液体电解质完全分离,停止转动炉体,关闭燃气开关,移开燃烧器,人工捞
出上部浮渣,抬升炉体底部,倒出液态电解质至冷却料盒,冷却后即为固体电解质颗粒,经
检测,固体电解质颗粒的回收率为98.4%、纯度为98%、分子比为2.2,分子比与电解槽内电解
质分子比基本一致,可直接返回电解槽使用。
mm,其中所述铝电解质碳渣原料来源于分子比为2.4的电解槽,且所述铝电解质碳渣原料的
固态碳含量为49%;经永磁除铁器除铁后,定量加入水平式回转炉进行高温处理,加料量为
炉体容积的20%;采用富氧燃烧技术,向水平式回转炉内通入液化石油气和空气的混合气体
并控制炉内含氧量始终为15%,用天然气以50℃/h的升温速率加热碳渣至1200℃,保温1 h,
碳渣中固态碳与液体电解质完全分离,液态电解质上部有少许浮渣,停止转动炉体,打开回
转炉炉门,人工扒出浮渣,液态电解质经独立出料口排出至料盒,冷却后即为固体电解质颗
粒,经检测,固体电解质颗粒的回收率为98%、纯度为98.7%、分子比为2.4,该分子比与电解
槽内电解质分子比基本一致,可直接返回电解槽使用。
mm,其中所述铝电解质碳渣原料来源于分子比为2.6的电解槽,且所述铝电解质碳渣原料的
固态碳含量为38%;经永磁除铁器除铁后,定量加入水平式回转炉进行高温处理,加料量为
炉体容积的40%;采用富氧燃烧技术,向水平式回转炉内通入水煤气和空气的混合气体并控
制炉内含氧量始终为15%,用天然气以20℃/h的升温速率加热碳渣至1200℃,保温5 h,碳渣
中固态碳与液体电解质完全分离,液态电解质上部有少许浮渣,停止转动炉体,打开回转炉
炉门,人工扒出浮渣,液态电解质经独立出料口排出至料盒,冷却后即为固体电解质颗粒,
经检测,固体电解质颗粒的回收率为97%、纯度为97.2%、分子比为2.6,该分子比与电解槽内
电解质分子比基本一致,可直接返回电解槽使用。
mm,其中所述铝电解质碳渣原料来源于分子比为2.5的电解槽,且所述铝电解质碳渣原料的
固态碳含量为31%;经永磁除铁器除铁后,定量加入水平式回转炉进行高温处理,且加料量
为炉体容积的40%;采用富氧燃烧技术,向水平式回转炉内通入天然气和空气的混合气体并
控制炉内含氧量始终为10%,用天然气以30℃/h的升温速率加热碳渣至1200℃,保温3 h,碳
渣中固态碳与液体电解质完全分离,液态电解质上部有少许浮渣,停止转动炉体,打开回转
炉炉门,人工扒出浮渣,液态电解质经独立出料口排出至料盒,冷却后即为固体电解质颗
粒。经检测,固体电解质颗粒的回收率为97.4%、纯度为97.6%、分子比为2.5,该分子比与电
解槽内电解质分子比基本一致,可直接返回电解槽使用。
永磁除铁器除铁后,定量加入水平式回转炉进行高温处理,加料量为炉体容积的30%;调整
燃烧器鼓风机的进风量,向火焰熔融炉内通入天然气和空气的混合气体并控制炉内含氧量
始终为12%,用天然气以30℃/h的升温速率加热碳渣至1200℃,保温4 h,碳渣中固态碳与液
体电解质完全分离,关闭燃气开关,移开燃烧器,人工捞出上部浮渣,采用吸管将液态电解
质吸出至料盒,冷却后即为固体电解质颗粒,经检测,固体电解质颗粒的回收率为98.5%、纯
度为98.7%、分子比为2.7,分子比与电解槽内电解质分子比基本一致,可直接返回电解槽使
用。
可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换;而不脱离本发
明技术方案的精神,其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。