[發明專利]對用過的含碳陰極材料進行加工的方法

有效

• 申請號: 201280010277.1
• 申請日: 2012-02-22
• 公開（公告）號: CN103415596A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 阿爾弗雷德·埃德林格;約翰·戴瑪
• 申請（專利權）人: 西格里碳素歐洲公司
• 主分類號: C10J3/20
• 分類號: C10J3/20;A62D3/38;A62D3/40;F23G7/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 郭國清;穆德駿

技術領域

本發明涉及對源自鋁制造的用過的含碳陰極材料、尤其是用過的陰極槽進行加工的方法，其中將所述陰極材料置于豎爐中，并為了將碳氣化，使所述陰極材料在豎爐中在高于碳燃點并高于用過的陰極材料中含有的有毒物質的蒸發溫度的溫度下經歷熱處理。

背景技術

在根據Hall-Heroult工藝的鋁制造中，在熔體電解期間將氧化鋁還原。所述電解池最通常地由包覆有碳材料（石墨/無煙煤）和耐火材料例如耐火土的鋼槽構成。碳覆層在電解期間充當陰極，同樣地，隨后將其稱作陰極槽。用過的陰極槽，也稱作廢鍋襯，在根據Hall-Heroult工藝的制造鋁期間大量累積，并由于其有毒物質含量高而始終造成關于處理的問題。所述有毒物質包括：氰化物，其由陰極槽中的碳和空氣中的氮形成；和多種金屬氟化物例如氟化鈉和氟化鋁，其由礬土中包含的金屬物質與用于Hall-Heroult工藝中的冰晶石的氟化物形成。當對用過的陰極槽進行更換時，將后者從電解池中與耐火圍繞壁一起移出，使得以此方式清潔的廢鍋襯主要仍含有源自耐火材料的鋁、硅、鈣、和鎂的氧化物。

例如，根據加拿大專利申請CA2308545A1，在開始時所述的類型的方法是已知的。在這種方法中，將源自鋁制造的用過的陰極槽在豎爐中氣化，并將形成的反應氣體除去。然而，根據這種現有技術的方法的劣勢在于，在用過的陰極槽中也包含的堿金屬易于在這種豎爐中形成回路，由此在豎爐中濃縮，導致形成爐瘤和斜坡且同時耐火材料的磨損和粉塵的排放增多，并導致可能由原料形成的爐渣的量減少。

發明內容

因此，本發明的目的是指出一種改進的方法，利用所述方法能夠從用過的陰極材料中完全分離并得到上述有毒物質，同時防止堿性回路的形成。

為了實現該目的，根據本發明進一步發展了在開始時所述的方法，以使得所述反應氣體以與所述豎爐的第一縱向部分中的碳并流并與所述豎爐的第二縱向部分中的碳逆流的方式傳導，并使得從指定的縱向部分之間的具有擴大的橫斷面、尤其是擴大的直徑的豎爐區域中抽取反應氣體，并優選進行后處理。因為在沿豎爐縱軸上的中心區域（中心氣體出口）中抽取反應氣體，所以堿性回路中斷，且除了合成氣（CO+H₂）之外還含有氟化鈉（NaF）、氟化鋁（AlF₃）、氫氟酸（HF）、氮氣（N₂）和潛在的其它堿金屬和堿土金屬的氟化物形式的上述有毒物質的反應氣體，能夠進行傳送以進一步再加工。

碳一旦達到燃點且存在用于氣化目的的足夠的氧氣，就由于C含量高而使得所述工藝自身自熱地發生。然而，為了引發所述工藝或在所述工藝期間提供支持，根據另一個實施方案的設想，對爐子進行加熱以將用過的陰極材料的碳加熱至反應溫度。這種加熱能夠基本上以本領域普通技術人員已知的任何一種方式進行。在一個實施方案中，可例如通過電感應將用于熱處理的能量引入待再加工的碳中。在此情況中，可將感應線圈設置在豎爐分配端區域中豎爐外周周圍，并用于建立感應場，并由此進行加熱，其中用過的陰極材料的引入的碳耦合到所述感應場。根據上述實施方案的可選實施方案，通過化石燃料燃燒例如通過將燃燒室置于豎爐中，優選放置在豎爐的第一縱向部分中并特別是在第一縱向部分的上部區域中，也能夠完成加熱，其中，由此將任選地與氧化氣體例如氧氣或空氣混合的燃料例如天然氣、石油、煤粉、由用過的陰極槽產生的粉塵等引入豎爐中。在這種實施方案的另一個變體中，可提供一種供應管線，所述供應管線注入豎爐的第一縱向部分中，優選注入豎爐的第一縱向部分的上部區域中，通過所述供應管線向豎爐供應燃料，所述燃料任選地與氧化氣體混合。在這種實施方案的另一個變體中，豎爐的第一縱向部分、優選豎爐的第一縱向部分的上部區域能夠并入一個或多個優選基本上在豎爐縱向延伸的方向上延伸的噴槍，通過所述噴槍向豎爐供應單獨的或混合在一起的燃料和氧化氣體。作為通過感應或化石燃料燃燒進行加熱的可選方式，通過將部分量的已經熾熱的焦炭或石墨放置在引入豎爐中的用過的陰極材料上，或通過在將其引入豎爐期間或之前將部分量的已經熾熱的焦炭或石墨添加至用過的陰極材料，也能夠使用過的含碳陰極材料的碳達到反應溫度。

關于各個縱向部分的絕對或相對尺寸，本發明基本沒有限制。然而，當第一縱向部分的長度占豎爐總長度的40至80%、優選50至70%且尤其優選60至70%時，獲得了特別好的結果。

根據所述發明理念的進一步發展，提出第二縱向部分的長度優選占豎爐總長度的20至60%、尤其優選30至50%且特別優選30至40%。