一種鋁電解廢舊陰極材料的綜合利用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及冶金與環(huán)保領(lǐng)域，涉及一種鋁電解廢舊陰極材料的綜合利用方法，此方法適合于鋁電解行業(yè)廢舊陰極(包括炭渣等碳質(zhì)材料)的處理與利用。
【背景技術(shù)】
[0002]電解鋁生產(chǎn)的主體設(shè)備為鋁電解槽，鋁電解槽經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用，由于電解質(zhì)的侵蝕，導(dǎo)致陰極材料報(bào)廢，必須對(duì)其進(jìn)行更換。這樣每年會(huì)產(chǎn)生大量的廢舊陰極材料。
[0003]我國(guó)電解鋁工業(yè)發(fā)展迅速，2001年至今已經(jīng)連續(xù)13年電解鋁產(chǎn)量保持世界第一，2013年產(chǎn)量達(dá)到2195萬(wàn)噸，經(jīng)粗略估計(jì)排放的廢舊陰極可達(dá)85萬(wàn)噸左右，而且呈逐年遞增的趨勢(shì)。鋁電解槽廢舊陰極材料中平均可溶F含量約2000mg/L、CN約15mg/L，遠(yuǎn)超國(guó)家《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)——浸出毒性鑒別》(GB5085.3-1996)中的閾值危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)F 100mg/L、CN 5mg/L (第5頁(yè))，屬于危險(xiǎn)固體廢物，禁止隨意丟棄。
[0004]經(jīng)檢測(cè)表明，廢舊陰極材料中石墨化炭占30?70% (重量百分比)；電解質(zhì)成分占70?30% (重量百分比)，主要為冰晶石、氟化鈉和氟化鈣等，是一種富含石墨和氟鹽的礦物資源。目前對(duì)鋁電解廢舊陰極材料主要采用安全填埋的方式處理，不僅占用耕地，而且無(wú)法徹底消除其危害，而且造成資源的浪費(fèi)。隨著鋁電解槽廢舊陰極材料拆解量的增大，以及人們對(duì)自然環(huán)境要求的不斷提高，和現(xiàn)今礦物資源的不斷減少，鋁電解槽廢舊陰極材料的綜合利用研究是電解鋁企業(yè)防止污染和資源化利用的主要方向。
[0005]在綜合利用方面，各國(guó)鋁生產(chǎn)行業(yè)都在積極開(kāi)發(fā)相關(guān)技術(shù)，這些方法主要可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是濕法處理工藝，如:浮選處理工藝、化學(xué)浸出處理工藝、石灰水浸泡處理工藝等，其中以前兩種技術(shù)具有較好的綜合利用前景。另一類(lèi)是高溫火法處理工藝，如:回轉(zhuǎn)窯焙燒處理工藝、高溫水解法處理工藝、鋁土礦燒結(jié)處理工藝、彼施涅分離處理工藝、“AUSMELT”處理工藝以及“SPLIT”處理技術(shù)等。這些火法處理工藝的基本原理是通過(guò)高溫實(shí)現(xiàn)氟化物的揮發(fā)分離與收集利用，同時(shí)得到一般固體廢棄物，其能耗高，固體廢棄物產(chǎn)量大。
[0006]這些處理工藝中，浮選處理工藝可以同時(shí)得到含碳物料和電解質(zhì)為主的物料，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)分質(zhì)綜合利用，具有良好的開(kāi)發(fā)前景。但是目前選分效果不理想，得到的碳質(zhì)材料和電解質(zhì)純度不夠高，如何有效地實(shí)現(xiàn)綜合利用有待進(jìn)一步研究。
[0007]為此，尋求對(duì)廢舊陰極材料的綜合利用途徑，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提出一種新的綜合利用方法，該方法可以使鋁電解廢舊陰極材料的綜合利用工藝簡(jiǎn)化，或通過(guò)對(duì)現(xiàn)有工藝的完善，使選分得到的碳質(zhì)材料和電解質(zhì)材料得到有效的利用，打通廢舊陰極綜合利用的障礙，消除廢舊陰極材料填埋或堆存造成的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染隱患，實(shí)現(xiàn)鋁電解拆解料的無(wú)害化和資源化，有利于鋁電解行業(yè)的生態(tài)友好和可持續(xù)發(fā)展。
[0009]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案:
[0010]本發(fā)明提供一種鋁電解廢舊陰極材料的綜合利用方法，所述綜合利用方法充分考慮鋁電解廢舊陰極材料的物化性能，設(shè)計(jì)新的綜合利用途徑，具體包括如下步驟:
[0011](I)在鋁電解槽拆解過(guò)程，進(jìn)行分層清理與堆存。
[0012]所述的鋁電解槽包括電解質(zhì)層、過(guò)渡層和陰極殘塊，在拆解過(guò)程中，首先盡可能將電解質(zhì)層先行清理干凈，再清理電解質(zhì)層和陰極殘塊的過(guò)渡層，最后起出陰極殘塊。
[0013](2)對(duì)電解質(zhì)層材料可作為電解質(zhì)回收料返回使用；對(duì)電解質(zhì)層和陰極殘塊的過(guò)渡層材料，運(yùn)送至選分車(chē)間；對(duì)陰極殘塊，運(yùn)送至處理車(chē)間。
[0014](3)對(duì)處理車(chē)間的陰極殘塊進(jìn)行破碎，采用平鋪直取等方式進(jìn)行混勻；
[0015]所述的破碎包括粗碎和中碎，優(yōu)選的，中碎之后再加一級(jí)細(xì)碎。粗碎采用顎破，中碎與細(xì)碎采用錘式破碎機(jī)。破碎之后的粒度范圍為:粗碎粒度50mm以下，中碎30mm以下，細(xì)碎1mm以下。
[0016](4)對(duì)破碎之后的顆粒進(jìn)行篩選，1mm以上粒徑的顆粒繼續(xù)進(jìn)行破碎，3mm以下的顆粒進(jìn)一步磨碎到粒徑0.074mm(即200目)以下，得到陰極碳粉。
[0017](5) 3?1mm粒度的顆粒作為煉鋼增碳劑使用；200目以下的陰極碳粉可以作為保護(hù)渣添加劑，用于控制保護(hù)渣的熔速。
[0018]本發(fā)明充分利用了陰極材料石墨化程度高(碳的石墨化率可達(dá)70%以上)，其中的電解質(zhì)材料中氟鋁酸鈉、氟化鈉和氧化鋁等對(duì)煉鋼過(guò)程無(wú)害，且部分嵌布有氟鋁酸鈉、氟化鈉的碳粒更有利于沉于保護(hù)渣中，防止碳粒上浮分層，可在保護(hù)渣中更好地發(fā)揮其對(duì)保護(hù)渣熔速的控制作用。可以替代目前保護(hù)渣生產(chǎn)工藝中廣泛采用的石墨作為配碳材料，同時(shí)發(fā)揮氟鋁酸鈉、氟化鈉和氧化鋁等組元對(duì)熔點(diǎn)的調(diào)解作用，減少保護(hù)渣中的熔劑消耗。
[0019]對(duì)增碳劑也可起到同樣的作用，有利于穩(wěn)定增碳效果。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所帶來(lái)的技術(shù)效果是:
[0021](I)可以實(shí)現(xiàn)廢舊陰極在鋼鐵冶金中的直接利用，使在鋁電解行業(yè)產(chǎn)生的廢物成為在鋼鐵冶金輔助材料生產(chǎn)的原料，符合生態(tài)冶金的理念。
[0022](2)充分利用廢舊陰極碳質(zhì)材料石墨化程度高、氟鋁酸鈉和氟化鈉的熔劑特性和嵌布有氟鋁酸鈉、氟化鈉的碳粒上浮速度慢的特性，將其用于保護(hù)渣和增碳劑，可使其在選分工藝中不利的一面轉(zhuǎn)換為優(yōu)勢(shì)加以利用。
[0023](3)綜合利用工藝簡(jiǎn)單易行，無(wú)二次污染。
[0024](4)真正實(shí)現(xiàn)了廢舊陰極的資源化利用，可以產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為鋁電解槽的分層結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0027]本發(fā)明提供一種鋁電解廢舊陰極材料的綜合利用方法，所述方法包括如下步驟:
[0028]第一步，鋁電解槽拆解，拆解過(guò)程中進(jìn)行分層清理與堆存。如圖1所示，所述的鋁電解槽具有三層結(jié)構(gòu)，有上到下依次為電解質(zhì)層、過(guò)渡層和陰極殘塊。
[0029](1.1)首先盡可能將鋁電解槽槽底的電解質(zhì)層先行清理干凈，可根據(jù)電解質(zhì)的顏色作為刨槽的判定依據(jù)；
[0030](1.2)清理電解質(zhì)層和陰極殘塊的過(guò)渡層；一般在所述過(guò)渡層中，電解質(zhì)的質(zhì)量百分含量占80 %以上，過(guò)渡層厚度50mm?70mm，具體深度需要根據(jù)鋁電解槽的使用年限靈活處置。
[0031](1.3)最后起出中下層的陰極殘塊。
[0032]上述拆解過(guò)程中的耐火磚、氮化硅磚等由人工分揀。
[0033]第二步，對(duì)拆解下來(lái)的電解質(zhì)層中電解質(zhì)作為電解質(zhì)回收料回收使用；對(duì)電解質(zhì)層和陰極殘塊的過(guò)渡層材料運(yùn)送至選分車(chē)間；對(duì)陰極殘塊，運(yùn)送至處理車(chē)間。運(yùn)輸采用機(jī)動(dòng)車(chē)。
[0034]第三步，對(duì)處理車(chē)間的陰極殘塊進(jìn)行破碎處理，破碎設(shè)備之間連接采用皮帶機(jī)和料斗連接。在粗碎到中碎(或中碎到細(xì)碎，或直接到細(xì)碎)的傳送過(guò)程中，設(shè)置人工分揀點(diǎn)，重點(diǎn)分揀鋁片、電解質(zhì)塊和電解槽?；瘜訅K。粗碎后的物料采用小型裝載機(jī)攤平，采用平鋪直取等方式進(jìn)行混勻；為了保證廢舊陰極殘塊材料物化性能的穩(wěn)定，除采用混勻方式外，對(duì)料場(chǎng)存料總量應(yīng)有限定，一般不低于300噸，以保證廢舊陰極殘塊材料的成分基本穩(wěn)定。具體可根據(jù)企業(yè)回收廢丨日陰極材料情況確定。
[0035]所述的破碎處理包括粗碎+中碎，或再加一級(jí)細(xì)碎，粗碎采用顎破，中碎與細(xì)碎采用錘式破碎機(jī)。破碎之后的粒度范圍為:粗碎粒度50mm以下，中碎30mm以下，細(xì)碎1mm以下。具體的破碎過(guò)程如下:
[0036](3.1)粗碎:將陰極殘塊進(jìn)行粗碎，向破碎機(jī)裝料采用小型裝載機(jī)，粗碎后篩選50mm以下粒徑的顆粒進(jìn)行中碎，其余部分重新裝載破碎。
[0037](3.2)中碎:向破碎機(jī)裝料采用小型裝載機(jī)，中碎后篩選30mm以下粒徑的顆粒進(jìn)行細(xì)碎，其余部分重新裝載繼續(xù)進(jìn)行中碎；
[0038](3.3)細(xì)碎:向破碎機(jī)裝料采用小型裝載機(jī)，每次細(xì)碎后篩選1mm以下粒徑的顆粒收集，其余部分重新裝載繼續(xù)進(jìn)行細(xì)碎；
[0039]第四步，對(duì)于中碎或細(xì)碎后的顆粒進(jìn)行篩選。
[0040]3?1mm粒度整理分別采用3mm和1mm孔徑的篩網(wǎng)，1mm篩上(+1mm)閉路返回中碎或細(xì)碎；粒徑小于3mm的顆粒部分繼續(xù)磨碎到0.074mm(-200