用电解铝废阴极炭块生产全石墨化碳素制品的系统及方法

摘要

本发明公开了一种回收利用率高、经济附加值大、安全环保的采用电解铝废阴极炭块生产全石墨化碳素制品的系统及方法，其包括破碎单元、称重上料单元、煅烧单元、冷却单元、包装单元、废气处理单元和收尘单元。本发明利用废阴极碳块生产全石墨化碳素制品，采用高温炉对废料进行高温煅烧，使废料中的氰化物得以分解挥发，氟化物以蒸气形态进入尾气，有效的降低了废阴极炭块中的灰分，提高其石墨化程度，石墨化程度达到99%以上，可直接作为全石墨化碳素制品销售。本发明自动化程度高、易于操作、安全环保，能够有效提高废阴极碳块的处理效率和资源回收利用率，有利于降低企业运行成本、提高企业的经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及铝电解废弃物再利用技术领域，具体涉及一种用电解铝废阴极炭块生产全石墨化碳素制品的系统及方法。

背景技术

阴极碳块的原始组成为无烟煤和沥青粘结剂，在电解过程中，由于受到热作用、化学作用、机械冲蚀作用、电作用、钠和电解质的渗透等引起的熔盐反应、化学反应，铝电解槽中的阴极碳块使用一定时间后会破损。据统计，每生产和铸造一吨铝，大约产生20-30kg废阴极，2013年，我国原铝产量达2300万吨，约占全球总产量的45%，废旧碳阴极排放量达40万吨。

废阴极炭块中一般含有C、NaF、Na₃AlF₆、AlF₃、CaF₂、Al₂O₃等成分，其中含C约为50%～70%，电解质氟化物约为50%～30%，氰化物约为0.2%。该类物质排放后，其中氟化物和氰化物会对周边的生态环境、地下水造成严重的污染，危害人身健康，因此，世界各国对该类物质的堆存和排放都有严格的标准。

长期以来，世界各国对废阴极碳块的处理方法做了许多研究，其中包括有焙烧法、浮选法和硫酸分解法等等，但主要立足点仅在于对该类物质的无害化处理上，处理成本相对较高，产生的产品经济附加值相对较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种回收利用率高、经济附加值大、安全环保的采用电解铝废阴极炭块生产全石墨化碳素制品的系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种用电解铝废阴极炭块生产全石墨化碳素制品的系统，包括破碎单元、称重上料单元、煅烧单元、冷却单元、包装单元、废气处理单元和收尘单元；

所述破碎单元包括原料仓、设置于所述原料仓下部出料口处的颚式破碎机、设置于所述颚式破碎机出料口处的细碎机；

所述称重上料单元包括1号斗式提升机、中间料仓、皮带秤、2号斗式提升机和链式输送机，所述1号斗式提升机的进料口与所述细碎机的出料口对应设置，所述1号斗式提升机的出料口对应于所述中间料仓的进料口设置，所述皮带秤的一端设置于所述中间料仓的出料口下方、另一端对应于所述2号斗式提升机的进料口，所述2号斗式提升机的出料口对应于所述链式输送机的进料口处；

所述煅烧单元包括高温炉，所述冷却单元包括冷却机，所述高温炉的进料口与所述链式输送机的出料口对应连接，所述高温炉的出料口与所述冷却机的进料口对应连接。

优选的，所述包装单元包括3号斗式提升机、成品料仓、槽式给料机和包装机，所述3号斗式提升机的进料口对应于所述冷却机的出料口，所述3号斗式提升机的出料口对应于所述成品料仓的进料口，所述槽式给料机一端设置于所述成品料仓的出料口下方、另一端对应于所述包装机的进料口。

优选的，所述包装机为自动称重给料包装机。

优选的，所述废气处理单元包括雾化喷淋装置和循环水池，所述高温炉的废气出口与所述雾化喷淋装置相连通，所述雾化喷淋装置的雾态水出口与所述循环水池相连通。

优选的，所述收尘单元包括脉冲袋式收尘器、以及设置于系统中各个扬尘点的收尘罩。

优选的，在所述皮带秤的上部设有除铁器。

优选的，所述冷却机为滚筒式循环水冷却机。

优选的，所述冷却系统还包括与所述冷却机料筒相连通的氮气发生器。

本发明还提供了一种用电解铝废阴极炭块生产全石墨化碳素制品的方法，包括下列步骤：

（1）将电解铝废阴极碳块送至上述系统的破碎单元进行鄂破、细碎后得到粒度≤15mm的粉体物料；

（2）将步骤（1）所得的粉体物料经所述称重上料单元送至所述煅烧单元的高温炉内密闭后进行高温煅烧，高温炉炉膛气压控制为-10～10Pa，温度控制为1200～3200℃，温度控制精度为±5℃；

（3）将步骤（2）中经高温煅烧后的物料送至所述冷却单元的冷却机中进行冷却，在冷却过程中向冷却机料筒内通入氮气，冷却后的物料即为全石墨化碳素制品；所得的全石墨化碳素制品的石墨化程度≥99%，其中C含量≥98%、S含量≤0.5%、H₂O含量≤1%；

（4）将步骤（2）中高温炉煅烧所产生的废气引至废气处理单元除氟达标后排空。

本发明的有益效果在于：

目前国内外没有相关利用废阴极炭块生产全石墨化碳素制品方面的研究，而本发明首次利用废阴极碳块生产全石墨化碳素制品，采用高温炉在优选的温度条件下对废料进行高温煅烧，能使废料中的氰化物得以分解挥发，氟化物以蒸气形态进入尾气，有效的降低了废阴极炭块中的灰分，提高其石墨化程度（石墨化程度能达到99%以上），可直接作为全石墨化碳素制品销售；同时采用喷淋装置对高温炉燃烧产生的废气进行综合处理，不仅达到尾气环保排放的标准，还能形成氢氟酸等副产品，系统中所产生的废水含有较高浓度的氟化物，可直接用于生产含氟产品，能够提高企业的附加经济效益。该系统自动化程度高、易于操作、安全环保，能够有效提高废阴极碳块的处理效率和资源回收利用率。

该方法工艺简单、控制严格、节能环保，能够实现利用废阴极炭块生产全石墨化碳素制品的目的，对于减少我国危险固体废弃物排放、实现废物再利用具有较大的现实意义，同时该生产工艺与传统处理工艺相比，经济附加值相对较高，有利于降低企业运行成本、提高企业的经济效益。

附图说明

图1是本发明用电解铝废阴极炭块生产全石墨化碳素制品的系统的结构示意图。

其中1为原料仓；2为颚式破碎机；3为细碎机；4为1号斗式提升机；5为中间料仓；6为皮带秤；7为除铁器；8为2号斗式提升机；9为链式输送机；10为高温炉；11为冷却机；12为3号斗式提升机；13为成品料仓；14为槽式给料机；15为包装机；16为雾化喷淋装置；17为循环水池；18为脉冲袋式收尘器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

实施例1：一种用电解铝废阴极炭块生产全石墨化碳素制品的系统，包括破碎单元、称重上料单元、煅烧单元、冷却单元、包装单元、废气处理单元和收尘单元；破碎单元包括原料仓1、设置于原料仓1下部出料口处的颚式破碎机2、设置于颚式破碎机2出料口处的细碎机3。

称重上料单元包括1号斗式提升机4、中间料仓5、皮带秤6、2号斗式提升机8和链式输送机9，1号斗式提升机4的进料口与细碎机3的出料口对应设置，1号斗式提升机4的出料口对应于中间料仓5的进料口设置，皮带秤6的一端设置于中间料仓5的出料口下方、另一端对应于2号斗式提升机8的进料口，在皮带秤6的上部设有除铁器7，2号斗式提升机8的出料口对应于链式输送机9的进料口处。煅烧单元包括高温炉10，冷却单元包括冷却机11，高温炉10的进料口与链式输送机9的出料口对应连接，高温炉10的出料口与冷却机11的进料口对应连接，冷却机11为滚筒式循环水冷却机；冷却系统还包括与冷却机11料筒相连通的氮气发生器。

包装单元包括3号斗式提升机12、成品料仓13、槽式给料机14和包装机15，3号斗式提升机12的进料口对应于冷却机11的出料口，3号斗式提升机12的出料口对应于成品料仓13的进料口，槽式给料机14一端设置于成品料仓13的出料口下方、另一端对应于包装机15的进料口，包装机15为自动称重给料包装机。

废气处理单元包括雾化喷淋装置16和循环水池17，高温炉10的废气出口与雾化喷淋装置16相连通，雾化喷淋装置16的雾态水出口与循环水池17相连通。

收尘单元包括脉冲袋式收尘器18、以及设置于系统中各个扬尘点的收尘罩。

在以上实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料。

使用实施例1中的系统，将废阴极碳块加工为全石墨化碳素制品的方法包括下列步骤：

（1）原料破碎：将电解铝废阴极碳块通过铲车送入该系统中的原料仓1内，原料仓1出料口与颚式破碎机2相连，颚式破碎机2对原料进行粗破，粗破后的原料粒度范围为≤40mm；然后该物料自流进入细碎机3，对原料进行细碎，细碎后的原料粒度范围为≤15mm。

（2）称重输送和高温煅烧：细碎后粒度符合要求的粉体物料通过1号斗式提升机4送入中间料仓5；中间料仓5和皮带秤6根据高温炉10的来料需求进行放料和物料的定量输送；皮带秤6上部安装有除铁器7对原料进行除铁；皮带秤6将物料称重后通过2号斗式提升机8将物料送至链式输送机9，链式输送机9将物料送入高温炉10内。粉体物料进入高温炉10内密闭后进行高温煅烧，通过温控系统将煅烧温度控制在1200～3200℃，温度控制精度为±5℃；炉膛压力控制范围为-10～10Pa。

（3）产品冷却：煅烧时间达到后，将固体物料由高温炉10的出料口倒出，物料自流至冷却机11进行冷却，冷却机11采用滚筒式循环水冷却；冷却机工作过程中料筒通入有保护性气体氮气，以防止物料氧化。冷却后的物料即为全石墨化碳素制品，其石墨化程度≥99%，其中C含量≥98%、S含量≤0.5%、H₂O含量≤1%，可直接作为全石墨化碳素制品销售。

（4）产品包装：经冷却机11冷却后的物料经过3号斗式提升机12进入成品料仓13；成品料仓13的出口安装有槽式给料机14；槽式给料机14将成品物料送入包装机15；包装机15具有称重自动给料功能，并与给料机14和成品料仓13形成连锁系统，从而实现自动定量包装的目的。

（6）废气处理：高温炉10产生的废气进入雾化喷淋装置16，雾态的水对废气中的氟蒸气进行吸附，进入循环水池17，合格尾气排放；循环水池17在氟浓度达到一定值后需定期排空。

（7）收尘：整个生产系统中的所有扬尘点均安装有收尘罩，通过脉冲袋式收尘器18对各个扬尘点产生的扬尘进行收集集中处理。

在上述过程中，采用高温煅烧法使废阴极炭块中的氰化物分解、氟化物挥发，从而实现去除废阴极炭块中杂质的目的；同时通过高温煅烧大大提高废阴极炭块的石墨化程度，达到全石墨化；而高温煅烧过程中的废气通过水喷淋法吸附回收其中的氟化物，从而实现尾气环保达标排放，系统中所产生的废水含有较高浓度的氟化物，可直接用于生产含氟产品。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。