电解铝工业废槽衬无害化处理与资源化利用

电解铝工业废槽衬无害化处理与资源化利用

随着电解铝工业的发展和进步，资源和能源供应的紧张，以及21年电解铝行业创新和技术的主题。电解铝工业的污染物主要是氟化物、阳极效应气体和废槽衬,由于目前对氟化物的治理比较有效,所以减排的任务主要是削减阳极效应气体CF4和C2F6(强温室效应气体)和废槽衬外排量。每生产1吨原铝约外排30公斤废槽衬,拆除的废槽衬包括废炭质材料和废耐火保温材料,主要物相为:石墨、氟化钠(约15%)、冰晶石、氟化钙、β-氧化铝、霞石,少量碳化铝、氮化铝、铝铁合金和微量氰化物(约0.2%)。对于废槽衬的危害性,相关文章阐述的很清楚,这里不再重复。对废槽衬进行无害化处理和资源化利用,既可以回收高附加值氟化盐循环利用,又可以解决废槽衬对环境的危害。这不仅成为业界共识,而且成为国家发改委、国家环保总局重点支持的方向。作为中国铝工业的排头兵,中国铝业公司率先开展了废槽衬无害化处理与资源化利用研究,成功开发了具有我国自主知识产权的废槽衬无害化利用技术并完成了工业试验。在工业试验过程中,废阴极难以破碎,在破碎过程中发粘、打滑,破碎效率较低,因此研究废阴极的性能,特别是破碎性能显得尤其重要。工业实践证明,废阴极中夹杂的金属和石墨是影响其破碎性能的主要因子。1高温电极材料废阴极在废槽衬中约占37%,包括废弃的底块、侧块和阴极糊。由于炭阴极在使用过程中长期受高温电解质的渗透和侵蚀,其空隙中形成了一层铝铁合金层或夹杂着铝、钠等金属;另外由于炭阴极在高温下的缓慢石墨化,其石墨含量逐年增加。废阴极的组成特点是造成其难破碎的主要原因。1.1废阳极的组成结构我国电解铝用炭阴极种类繁多,分为石墨质和石墨化两大系列,目前常用的是不同石墨含量的石墨质系列阴极。种类不同、使用寿命不同、不同电解铝厂的废阴极,其杂质含量是有差别的。为探索普遍性规律,选取了A、B、C、D四个电解铝厂的废阴极,为清楚地说明废阴极的性能变化,选取山西、贵州的新阴极进行了对比,样品特点见表1。表1中SX-C为石墨含量20%左右的半石墨阴极炭块,GZ-C为石墨含量30%左右的半石墨阴极炭块。SX-C是几年前我国电解铝厂广泛应用的炭阴极,在新建的电解铝厂GZ-C已经取代SX-C成为主要类型的炭阴极。1.2废阴中石墨的分析方法废阴极的组成特点是:含约70%的炭、,部分炭为石墨化炭;含氟化盐约30%,主要为氟化钠和冰晶石;少量游离的金属杂质。针对废阴极的组成特点,采用以下分析方法:废阴极中铝、钠的测定:采用X-荧光分析法。废阴极中石墨含量的测定:采用X-衍射分析法,先测定石墨的特征峰,再用特定公式计算石墨含量。废阴极的灰分、电阻率、体积密度、耐压强度的测定:采用常规分析方法。2关于非均质性能的研究2.1阳极使用寿命对四家铝厂废阴极的金属含量、石墨含量和理化性能进行了测试与分析,并与两种新阴极的同类指标进行了对比,分析结果见表2和表3,其变化趋势见图1和图2。由表2可知,对同类型的电解槽,阴极使用寿命越长,废阴极中石墨含量、金属杂质含量和氟化盐含量越高,其变化趋势见图1。对槽寿命相当的电解槽,300kA槽的废阴极杂质含量比150kA、160kA槽高,对造成此种情况的原因目前还无法定性表示,有待于后续的研究来阐明。由表3可知,与新阴极相比,随阴极使用寿命的延长,废阴极体积密度和耐压强度增大,电阻率下降,尤其灰分成倍增加、个别废阴极的灰分增量超过新阴极的10倍。其变化趋势见图2。对电流容量相同的同类型电解槽,阴极寿命越长,废阴极体积密度、耐压强度和灰分越大,电阻率越小。2.2废弃闭合轴的破碎性能采用鄂式破碎机和球磨机试验研究了废阴极的破碎性能,以了解石墨和金属杂质对废阴极破碎性能的影响。2.2.1试验结果与分析废阴极的中碎采用鄂式破碎机进行,每种废阴极分别称取5公斤,废阴极进料粒度小于120mm,出料粒度小于15mm,保持每种废阴极进料量相同,进行连续破碎。破碎完成后,记录破碎时间,收集出料量,用3mm标准筛进行筛分析,计算3mm筛下料的比例。试验结果见表4。由表4可知,与新阴极相比,废阴极寿命越长,越难破碎,同样的重量需要更长的破碎时间;寿命在1500天以上的废阴极,其出料中小于3mm的比例不足新阴极的二分之一。而且废阴极石墨含量越高,出料中小于3mm料所占比例越小。其变化趋势见图3。2.2.2试验结果分析废阴极的细碎采用球磨机进行,每种废阴极分别称取3.3kg,废阴极进料粒度小于15mm,保持每种废阴极进料量相同,连续磨料40min。收集出料量,用0.15mm标准筛进行筛分析,计算0.15mm筛下料的比例。试验结果见表5。由表5可见,与新阴极相比,废阴极细磨的难度增加了将近一倍,相同的磨料时间,废阴极出料中小于0.15mm的比例约为新阴极的一半;废阴极寿命越长,球磨出料中小于0.15mm的细粉料越少。而且随着废阴极中钠含量的增加,在球磨时物料粘结钢球的现象越明显,粘结层越厚。其变化趋势见图4。3出料药物组分对废阴片平均颗粒及钠含量的影响与新阴极相比,随着阴极使用寿命的延长,废阴极杂质含量增加,其体积密度和强度提高,电阻率变小。石墨含量对废阴极的中碎影响较大,石墨含量越高,重量相同的废阴极所需中碎时间越长,中碎后得到的细粒料越少。钠含量对废阴极的细碎影