電解鋁工業(yè)廢槽襯無(wú)害化處理與資源化利用

電解鋁工業(yè)廢槽襯無(wú)害化處理與資源化利用

隨著電解鋁工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，資源和能源供應(yīng)的緊張，以及21年電解鋁行業(yè)創(chuàng)新和技術(shù)的主題。電解鋁工業(yè)的污染物主要是氟化物、陽(yáng)極效應(yīng)氣體和廢槽襯,由于目前對(duì)氟化物的治理比較有效,所以減排的任務(wù)主要是削減陽(yáng)極效應(yīng)氣體CF4和C2F6(強(qiáng)溫室效應(yīng)氣體)和廢槽襯外排量。每生產(chǎn)1噸原鋁約外排30公斤廢槽襯,拆除的廢槽襯包括廢炭質(zhì)材料和廢耐火保溫材料,主要物相為:石墨、氟化鈉(約15%)、冰晶石、氟化鈣、β-氧化鋁、霞石,少量碳化鋁、氮化鋁、鋁鐵合金和微量氰化物(約0.2%)。對(duì)于廢槽襯的危害性,相關(guān)文章闡述的很清楚,這里不再重復(fù)。對(duì)廢槽襯進(jìn)行無(wú)害化處理和資源化利用,既可以回收高附加值氟化鹽循環(huán)利用,又可以解決廢槽襯對(duì)環(huán)境的危害。這不僅成為業(yè)界共識(shí),而且成為國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家環(huán)保總局重點(diǎn)支持的方向。作為中國(guó)鋁工業(yè)的排頭兵,中國(guó)鋁業(yè)公司率先開(kāi)展了廢槽襯無(wú)害化處理與資源化利用研究,成功開(kāi)發(fā)了具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的廢槽襯無(wú)害化利用技術(shù)并完成了工業(yè)試驗(yàn)。在工業(yè)試驗(yàn)過(guò)程中,廢陰極難以破碎,在破碎過(guò)程中發(fā)粘、打滑,破碎效率較低,因此研究廢陰極的性能,特別是破碎性能顯得尤其重要。工業(yè)實(shí)踐證明,廢陰極中夾雜的金屬和石墨是影響其破碎性能的主要因子。1高溫電極材料廢陰極在廢槽襯中約占37%,包括廢棄的底塊、側(cè)塊和陰極糊。由于炭陰極在使用過(guò)程中長(zhǎng)期受高溫電解質(zhì)的滲透和侵蝕,其空隙中形成了一層鋁鐵合金層或夾雜著鋁、鈉等金屬;另外由于炭陰極在高溫下的緩慢石墨化,其石墨含量逐年增加。廢陰極的組成特點(diǎn)是造成其難破碎的主要原因。1.1廢陽(yáng)極的組成結(jié)構(gòu)我國(guó)電解鋁用炭陰極種類繁多,分為石墨質(zhì)和石墨化兩大系列,目前常用的是不同石墨含量的石墨質(zhì)系列陰極。種類不同、使用壽命不同、不同電解鋁廠的廢陰極,其雜質(zhì)含量是有差別的。為探索普遍性規(guī)律,選取了A、B、C、D四個(gè)電解鋁廠的廢陰極,為清楚地說(shuō)明廢陰極的性能變化,選取山西、貴州的新陰極進(jìn)行了對(duì)比,樣品特點(diǎn)見(jiàn)表1。表1中SX-C為石墨含量20%左右的半石墨陰極炭塊,GZ-C為石墨含量30%左右的半石墨陰極炭塊。SX-C是幾年前我國(guó)電解鋁廠廣泛應(yīng)用的炭陰極,在新建的電解鋁廠GZ-C已經(jīng)取代SX-C成為主要類型的炭陰極。1.2廢陰中石墨的分析方法廢陰極的組成特點(diǎn)是:含約70%的炭、,部分炭為石墨化炭;含氟化鹽約30%,主要為氟化鈉和冰晶石;少量游離的金屬雜質(zhì)。針對(duì)廢陰極的組成特點(diǎn),采用以下分析方法:廢陰極中鋁、鈉的測(cè)定:采用X-熒光分析法。廢陰極中石墨含量的測(cè)定:采用X-衍射分析法,先測(cè)定石墨的特征峰,再用特定公式計(jì)算石墨含量。廢陰極的灰分、電阻率、體積密度、耐壓強(qiáng)度的測(cè)定:采用常規(guī)分析方法。2關(guān)于非均質(zhì)性能的研究2.1陽(yáng)極使用壽命對(duì)四家鋁廠廢陰極的金屬含量、石墨含量和理化性能進(jìn)行了測(cè)試與分析,并與兩種新陰極的同類指標(biāo)進(jìn)行了對(duì)比,分析結(jié)果見(jiàn)表2和表3,其變化趨勢(shì)見(jiàn)圖1和圖2。由表2可知,對(duì)同類型的電解槽,陰極使用壽命越長(zhǎng),廢陰極中石墨含量、金屬雜質(zhì)含量和氟化鹽含量越高,其變化趨勢(shì)見(jiàn)圖1。對(duì)槽壽命相當(dāng)?shù)碾娊獠?300kA槽的廢陰極雜質(zhì)含量比150kA、160kA槽高,對(duì)造成此種情況的原因目前還無(wú)法定性表示,有待于后續(xù)的研究來(lái)闡明。由表3可知,與新陰極相比,隨陰極使用壽命的延長(zhǎng),廢陰極體積密度和耐壓強(qiáng)度增大,電阻率下降,尤其灰分成倍增加、個(gè)別廢陰極的灰分增量超過(guò)新陰極的10倍。其變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2。對(duì)電流容量相同的同類型電解槽,陰極壽命越長(zhǎng),廢陰極體積密度、耐壓強(qiáng)度和灰分越大,電阻率越小。2.2廢棄閉合軸的破碎性能采用鄂式破碎機(jī)和球磨機(jī)試驗(yàn)研究了廢陰極的破碎性能,以了解石墨和金屬雜質(zhì)對(duì)廢陰極破碎性能的影響。2.2.1試驗(yàn)結(jié)果與分析廢陰極的中碎采用鄂式破碎機(jī)進(jìn)行,每種廢陰極分別稱取5公斤,廢陰極進(jìn)料粒度小于120mm,出料粒度小于15mm,保持每種廢陰極進(jìn)料量相同,進(jìn)行連續(xù)破碎。破碎完成后,記錄破碎時(shí)間,收集出料量,用3mm標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分析,計(jì)算3mm篩下料的比例。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知,與新陰極相比,廢陰極壽命越長(zhǎng),越難破碎,同樣的重量需要更長(zhǎng)的破碎時(shí)間;壽命在1500天以上的廢陰極,其出料中小于3mm的比例不足新陰極的二分之一。而且廢陰極石墨含量越高,出料中小于3mm料所占比例越小。其變化趨勢(shì)見(jiàn)圖3。2.2.2試驗(yàn)結(jié)果分析廢陰極的細(xì)碎采用球磨機(jī)進(jìn)行,每種廢陰極分別稱取3.3kg,廢陰極進(jìn)料粒度小于15mm,保持每種廢陰極進(jìn)料量相同,連續(xù)磨料40min。收集出料量,用0.15mm標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分析,計(jì)算0.15mm篩下料的比例。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可見(jiàn),與新陰極相比,廢陰極細(xì)磨的難度增加了將近一倍,相同的磨料時(shí)間,廢陰極出料中小于0.15mm的比例約為新陰極的一半;廢陰極壽命越長(zhǎng),球磨出料中小于0.15mm的細(xì)粉料越少。而且隨著廢陰極中鈉含量的增加,在球磨時(shí)物料粘結(jié)鋼球的現(xiàn)象越明顯,粘結(jié)層越厚。其變化趨勢(shì)見(jiàn)圖4。3出料藥物組分對(duì)廢陰片平均顆粒及鈉含量的影響與新陰極相比,隨著陰極使用壽命的延長(zhǎng),廢陰極雜質(zhì)含量增加,其體積密度和強(qiáng)度提高,電阻率變小。石墨含量對(duì)廢陰極的中碎影響較大,石墨含量越高,重量相同的廢陰極所需中碎時(shí)間越長(zhǎng),中碎后得到的細(xì)粒料越少。鈉含量對(duì)廢陰極的細(xì)碎影