[發明專利]一種從鋁電解炭渣中回收電解質的熔煉爐和熔煉方法

在審

• 申請號: 202010438926.4
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111551027A
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 李昌林;周云峰;汪艷芳;王俊青;羅麗芬;王俊偉;張芳芳;侯光輝;柴登鵬
• 申請（專利權）人: 中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司
• 主分類號: F27B14/08
• 分類號: F27B14/08;F27B14/14;C25C3/06
• 代理公司: 中國有色金屬工業專利中心 11028
• 代理人: 劉佳音

本發明公開了一種從鋁電解炭渣中回收電解質的熔煉爐，熔煉爐為豎式熔煉爐，包括位于頂部位置的進料口、煙氣出口、位于中部位置的爐體、位于底部附近的助燃劑加入口、燃料加入口、電解質溢流口以及底部的電解質收集池，所述爐體從內向外包括：冰晶石層、耐蝕層、耐火材料層、保溫材料層和鋼板。本發明在熔煉爐內使炭渣和熱氣流逆向接觸，增大了反應面積，提高了處理效率。利用炭渣自身熱值，實現其所含電解質熔化，同時可以根據炭渣成分不同調節工藝參數，工藝控制方便。熔煉爐運行過程中在其內壁形成高熔點冰晶石保護層，減少反應物料對爐體內襯的侵蝕，保證了熔煉爐使用壽命。

技術領域

本發明屬于鋁電解技術領域，涉及一種從鋁電解炭渣中回收電解質的熔煉爐和熔煉方法。

背景技術

現有的鋁電解技術以氧化鋁為原料，熔融冰晶石為溶劑，炭素體為陽極，在電解槽內進行電解得到金屬鋁液。在鋁電解過程中，由于炭素陽極的不均勻燃燒、選擇性氧化、鋁液和電解質的侵蝕、沖刷等原因的影響，使部分碳顆粒從陽極脫落進入熔鹽電解質中，形成炭渣。

電解槽內炭渣的產生對鋁電解過程的影響較大，為保證鋁電解生產過程正常進行，鋁電解槽中的炭渣必須定期打撈。在撈炭渣時，電解質粘附在炭渣表面被帶走，炭渣中通常含有60％左右的電解質，造成電解質的大量浪費。據統計，我國鋁電解企業每生產1t原鋁，約產生炭渣10kg，我國是鋁電解大國，最近幾年原鋁每年產量三千多萬噸，大量電解質混入炭渣中。炭渣由于含氟等有毒物質會對環境產生危害，2016年被列入《國家危險廢物名錄》(代碼：321-025-48，危險特性：T)。

根據國家相關政策，炭渣禁止棄置或露天堆存，要求在電解鋁企業廠內進行無害化處理或者委托具有危險廢物處理資質的單位處理。對于工業危險廢物的處置，國家環保部門針對各地區情況規定了不同處置收費標準，一般在1500-5000元/噸。此外，自2018年1月1日起施行的《中華人民共和國環境保護稅法》中規定，每噸危險廢物環境保護稅稅額為1000元。電解鋁企業面臨著高昂的危險廢物處理費用和危險廢棄物環境保護稅的壓力，因此，炭渣的無害化處理及資源化綜合利用是電解鋁行業急需解決的難題。

現有工業應用的方法主要有浮選法，浮選法的原理是：炭渣濕磨至一定粒度，加入浮選藥劑攪拌，然后加入浮選機鼓入空氣形成氣泡。碳粉顆粒隨氣泡上浮至礦漿表面形成泡沫刮出，電解質自浮選槽底流排出，實現了炭渣中碳粉與電解質分離。炭渣浮選法的優點：處理成本低；勞動用工少；工人勞動強度小，生產環境好。炭渣浮選法的缺點：電解質回收率低；回收電解質含碳量高(約5％)，不利于返回鋁電解生產用；浮選廢水中含有氟離子，需進行廢水處理。

相關的學者專家也開發了焙燒法處理炭渣技術，該技術的基本原理是：炭渣在一定溫度下于回轉窯內焙燒，使炭渣中的碳、氫等可燃物充分燃燒，所得焙燒產物即為電解質，從而實現炭渣中電解質與碳分離的目的。炭渣焙燒法的優點：回收電解質純度高，可直接返回電解槽循環利用。炭渣焙燒法的缺點：焙燒時間長，生產效率低下，不利于大規模處理炭渣；工人勞動強度大，勞動環境惡劣。

發明內容

針對上述已有技術存在的不足，本發明提供一種從鋁電解炭渣中回收電解質的熔煉爐和熔煉方法。

本發明是通過以下技術方案實現的。

一種從鋁電解炭渣中回收電解質的熔煉爐，熔煉爐為豎式熔煉爐，包括位于頂部位置的進料口(1)、煙氣出口(2)、位于中部位置的爐體(3)、位于底部附近的助燃劑加入口(5)、燃料加入口(6)、電解質溢流口(7)以及底部的電解質收集池(8)，所述爐體(3)從內向外包括：冰晶石層、耐蝕層、耐火材料層、保溫材料層和鋼板。

本發明中，耐蝕層是炭素材料、氮化硅材料、氮化硅結合碳化硅材料、鎂鋁尖晶石結構材料、剛玉中的一種，厚度10mm-120mm；耐火材料層所用耐火材料耐熱度大于1200℃，厚度30-300mm；保溫材料層所用保溫材料25℃導熱系數小于0.5W/(m·K)，厚度30-300mm；鋼板厚度3-20mm。