一种适用于水泥窑协同处置电解铝大修渣的预处理系统及方法

摘要

本发明涉及一种适用于水泥窑协同处置电解铝大修渣的预处理系统，包括卸料单元、两级破碎单元、粉磨单元、废气收集处理单元和计量喂料单元，卸料单元包括卸料仓，两级破碎单元包括粗破碎装置和细破碎装置，粉磨单元包括粉磨装置，卸料仓、粗破碎装置、细破碎装置、粉磨装置、计量喂料单元依次密闭相连，计量喂料单元出料口与分解炉或水泥窑窑头密闭相连，废气收集处理单元包括收尘器，卸料仓、粗破碎装置、细破碎装置、粉磨装置及计量喂料单元各自出尘口分别连接至收尘器，收尘器出气口与窑头篦冷机冷却风机进风口相连。本发明可完整地将物料从初始状态预处理至适于水泥窑协同处置的理想状态，彻底利用废渣的有价值部分，有害部分也得到充分解毒处置。

说明书

技术领域

本发明属于固废处置技术领域，特别是涉及一种适用于水泥窑协同处置电解铝大修渣的预处理系统及方法。

背景技术

进入21世纪以来，我国电解铝工业得到迅猛发展，2017年我国电解铝产量达到3227万吨，产能已突破4000万吨，连续多年位居世界第一，产量占世界总产量的57％。与此同时，电解铝工业发展产生的环境污染问题也受到国家、行业和社会的高度关注。

电解铝生产过程中会产生有害固体废弃物——大修渣，平均每生产一吨电解铝，会产生20～30千克的大修渣。大修渣含有毒性较高的可溶氟化物和氰化物，如果处置不当，会随雨水混入江河、渗入地下，进而污染地表水、地下水和土壤，对周围生态环境、公众健康及动植物生长造成巨大危害。

2016年版《国家危险废物名录》已明确规定，铝电解槽大修渣属于T类工业危险废物。大修渣无害化资源化处理，已成为电解铝行业亟待解决的重大难题之一。

目前，大修渣处理方法主要有填埋法、火法处理、酸法处理、湿法处理四种。

第一种，填埋法。我国对电解槽大修渣的处理方法目前主要采用填埋法。填埋法处理大修渣的主要工作包括废渣运输、渣场场址选择、渣场设计布置、废渣填埋前的预处理、渗滤液的处理等。但填埋法处理大修渣也面临两大弊端：一是占用大量土地；二是无法从根本上处理有毒有害物质。填埋法不能彻底解决大修渣有害物质，且对电解槽大修渣无论是贮存或填埋，都有极其严格的要求，不仅要投入巨额费用用于渣场建设和日常运行管理，而且还存在长期的潜在污染隐患，因此填埋法从长远来看是不可行的。

第二种，火法处理。根据文献资料报道，燃烧是去除氰化物的有效方法。当加热到300℃时，废槽内衬中约99.5％的氰化物消失；当加热到400℃时，约99.8％的氰化物消失；当加热到700℃以上时，氰化物完全消失。火法处理电解槽大修渣能有效破坏氰化物，使氟化物以HF形式逸出或转化为相对不溶的氟化物，耐火材料分解为满足环保要求的惰性渣，处理后的物料可以填埋或作为原料出售，其缺点是对设备气密性要求很严，投资巨大，且消耗大量能源，还会造成二次污染。

第三种，酸法处理。国内对大修渣处理的研究起步较晚，研究技术主要是酸法处理和直接利用，尚处于小试阶段，没有批量推广应用。硫酸酸法处理废槽内衬，即将废槽内衬粉碎后投入注有水和浓硫酸的酸解罐中进行酸解，产生的气体用水反复淋洗，回收氢氟酸；酸解后产生的滤渣和滤液可进一步处理，滤渣制成石墨粉和工业氢氧化铝、氧化铝，滤液可生产氟化盐、硫酸盐产品。

第四种，湿法处理。含氟、含氰化物的电解槽大修渣与水溶性的钙、镁、铝离子化合物在水中可形成次氯酸的钙、镁、钠盐，混合加水球磨制浆，待浆料中浸出的氰化物被次氯酸还原分解，氟化物与浆料中的钙、镁、铝离子反应生成不溶于水的无毒的氟化钙(CaF

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)占地面积大；

(2)处置不彻底；

(3)回收利用受制约程度高；

(4)技术不成熟。

为此提出一种适用于水泥窑协同处置电解铝大修渣的预处理系统及方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种适用于水泥窑协同处置电解铝大修渣的预处理系统及方法，该系统可完整地将物料从初始状态预处理至理想状态，再结合水泥窑协同处置工况优势，彻底利用了废渣的有价值部分，有害部分也能得到充分解毒处置。

本发明是这样实现的，一种适用于水泥窑协同处置电解铝大修渣的预处理系统，包括卸料单元、两级破碎单元、粉磨单元、废气收集处理单元和计量喂料单元，所述卸料单元、两级破碎单元、粉磨单元、计量喂料单元依次密闭相连，所述卸料单元包括卸料仓，所述两级破碎单元包括粗破碎装置和细破碎装置，所述卸料仓与粗破碎装置的入料口密闭相连，所述粗破碎装置的出料口和细破碎装置的入料口密闭相连，所述粉磨单元包括粉磨装置，所述粉磨装置的入料口与细破碎装置的出料口密闭相连，所述粉磨装置的出料口与计量喂料单元的入料口密闭相连，所述计量喂料单元的出料口与水泥生产线焚烧工段的分解炉或水泥窑窑头密闭相连，所述废气收集处理单元包括收尘器，所述卸料仓的出尘口、粗破碎装置的出尘口、细破碎装置的出尘口、粉磨装置的出尘口和计量喂料单元的出尘口分别通过负压管道连接至收尘器，所述收尘器的出气口通过引风机与窑头篦冷机冷却风机进风口相连。

在上述技术方案中，优选的，所述粗破碎装置和细破碎装置通过输送设备密闭相连，所述输送设备为链板输送机、或皮带输送机、或斗提机。

在上述技术方案中，优选的，所述粗破碎装置为颚式破碎机。配合料斗、链板输送机可以稳定供料。

在上述技术方案中，优选的，所述细破碎装置为颚式破碎机、齿辊式破碎、或冲击式破碎机。在细碎装置的技术选型上避免选择反击式破碎机、锤式破碎机以减少破碎工况时大量火花的产生。

在上述技术方案中，优选的，所述粉磨单元还包括粉体暂存仓，所述粉体暂存仓用于暂存经粉磨装置粉磨后的成品，所述粉体暂存仓的出料口与计量喂料单元的入料口密闭相连，所述粉体暂存仓的出尘口通过负压管道连接收尘器。

在上述技术方案中，进一步优选的，所述粉磨装置为管式球磨机，所述管式球磨机的粉料出口与粉体暂存仓的入料口密闭相连。

在上述技术方案中，进一步优选的，所述粉磨装置为立式磨机，所述立式磨机的粉料出口与收尘器的入口密闭相连，所述收尘器的出料口与粉体暂存仓的入料口密闭相连。

在上述技术方案中，优选的，所述计量喂料单元包括科氏秤，粉磨后的成品集中暂存于封闭的粉体暂存仓内，在水泥窑协同处置过程中使用科氏秤准确计量给料，以保证水泥窑稳定运行。

一种适用于水泥窑协同处置电解铝大修渣的预处理方法，包括如下步骤：

S1、大修渣破碎和粉磨：电解铝大修渣进入两级破碎单元破碎，得到符合要求的大修渣物料；再将大修渣物料送入粉磨单元粉磨，得到符合要求的大修渣粉料；

S2、大修渣焚烧：将大修渣粉料经计量喂料单元计量后送入水泥生产线焚烧工段的分解炉或水泥窑窑头焚烧，大修渣粉料的投加点温度大于850℃，整个系统收集的废气通过引风机引入窑头篦冷机冷却风机再入水泥窑焚烧。

在上述技术方案中，优选的，两级破碎单元破碎后物料粒度30％左右控制在20～25mm之间，所述大修渣粉料的粒径小于100μm。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

1、本发明的预处理系统及方法整体比水洗法节约用水，节省建筑投资，不易造成因水体泄露引起的污染和中毒事故。

2、本发明的预处理系统，以两级粉碎和粉磨预处理为核心工艺段，可完整地将物料从初始状态预处理至适用于水泥窑协同处置的理想状态，该系统适合磨蚀性较大、前置破碎工艺段粒度较难保证的大修渣，该类大修渣含耐磨物料硅铝质物料较多，如果使用常规设备，可能造成设备的破损和泄露。

3、本发明系统中，物料在制成粉末后，全工艺流程的设备形成封闭空间，有害粉末安全存放和输送，产生的扬尘均经过负压抽吸，将废气统一收集，不易形成污染。

4、本发明系统处理后的物料，热值和基本无机成分都被水泥线循环利用，粉末中的有害物质相比块、粒状物料更加易于彻底焚烧和形成熟料，成品有较高的利用价值，可同时替代生产所需的部分燃料和原料。

5、本发明有害物质HF的安全处置，在水泥窑中正常运行时产生大量的石灰，该物质本身为固氟剂，而投入的大修渣中所含的有害成分HF在超过1000倍的固化剂冲刷反应下生成无害的CaF沉淀。

6、本发明有害物质CN

7、本发明处置量大，在依托水泥厂原料成分允许的条件下，可完全的释放粉磨产能，至少可形成不大于6万吨/年的预处理能力。

附图说明

图1是本发明的实施例一提供的适用于水泥窑协同处置电解铝大修渣的预处理系统的流程图一；

图2是本发明的实施例二提供的适用于水泥窑协同处置电解铝大修渣的预处理系统的流程图二。

图中：1、卸料仓；2、粗破碎装置；3、细破碎装置；4-1、管式球磨机；4-2、立式磨机；5、粉体暂存仓；6、科氏秤；7、收尘器；8、链板输送机；9、斗提机；10、皮带输送机；11、中间仓；

带箭头虚线为气流方向；带箭头实线为料流方向。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

铝电解槽大修渣主要构成比较复杂，为生产过程中各个工艺工段产生的固废混合物。其主要包含阴极炭块、耐火砖、扎糊、保温砖、防渗浇注料、耐火灰浆及绝热板等。由于长期高温条件下受到电解质液的侵蚀，停槽后的大修渣中含有可溶性氟化物及氰化物，属于有害物质，有毒物质。

实施例1

请参阅图1，本发明的实施例提供一种适用于水泥窑协同处置电解铝大修渣的预处理系统，包括卸料单元、两级破碎单元、粉磨单元、废气收集处理单元和计量喂料单元，所述卸料单元、两级破碎单元、粉磨单元、计量喂料单元依次密闭相连，所述卸料单元包括卸料仓1，所述两级破碎单元包括粗破碎装置2和细破碎装置3，所述粉磨单元包括粉磨装置和粉体暂存仓5，所述粉磨装置为管式球磨机4-1，粉磨装置工作时由车间生产过程中产生的废水或其他来源废水为其降温，所述计量喂料单元包括科氏秤6，所述废气收集处理单元包括收尘器7；

所述卸料仓1通过链板输送机8与粗破碎装置2的入料口密闭相连，所述粗破碎装置2的出料口通过斗提机9和细破碎装置3的入料口密闭相连，所述细破碎装置3的出料口通过皮带输送机10与管式球磨机4-1的入料口密闭相连，所述管式球磨机4-1的粉料出口通过斗提机9与粉体暂存仓5的入料口密闭相连，所述粉体暂存仓5用于暂存经粉磨装置粉磨后的成品，所述粉体暂存仓5的出料口与科氏秤6的入料口密闭相连，所述科氏秤6的出料口与水泥生产线焚烧工段的分解炉或水泥窑窑头密闭相连，所述卸料仓1的出尘口、粗破碎装置2的出尘口、细破碎装置3的出尘口、管式球磨机4-1的出尘口、粉体暂存仓5的出尘口、和科氏秤6的出尘口分别通过负压管道连接至收尘器7，本实施例中收尘器7的数量可根据整个系统布置需要进行设置，所述收尘器7的出气口通过引风机与窑头篦冷机冷却风机进风口相连，所述收尘器7的出料口与粉体暂存仓5的入料口密闭相连。

实施例2

请参阅图2，本发明的实施例提供一种适用于水泥窑协同处置电解铝大修渣的预处理系统，包括卸料单元、两级破碎单元、粉磨单元、废气收集处理单元和计量喂料单元，所述卸料单元、两级破碎单元、粉磨单元、计量喂料单元依次密闭相连，所述卸料单元包括卸料仓1，所述两级破碎单元包括粗破碎装置2和细破碎装置3，所述粉磨单元包括粉磨装置和粉体暂存仓5，所述粉磨装置为立式磨机4-2，粉磨装置工作时由车间生产过程中产生的废水或其他来源废水为其降温，所述计量喂料单元包括科氏秤6，所述废气收集处理单元包括收尘器7；

所述卸料仓1通过链板输送机8与粗破碎装置2的入料口密闭相连，所述粗破碎装置2的出料口通过皮带输送机10和细破碎装置3的入料口密闭相连，本实施例中在细破碎装置3和立式磨机4-2之间设置一中间仓11，所述细破碎装置3的出料口通过斗提机9与中间仓11入料口密闭相连，所述中间仓11的出料口通过皮带输送机10与立式磨机4-2的入料口密闭相连，所述立式磨机4-2的粉料出口与收尘器7的入口密闭相连，所述粉体暂存仓5用于暂存经粉磨装置粉磨后的成品，所述粉体暂存仓5的出料口与科氏秤6的入料口密闭相连，所述科氏秤6的出料口与水泥生产线焚烧工段的分解炉或水泥窑窑头密闭相连，所述卸料仓1的出尘口、粗破碎装置2的出尘口、细破碎装置3的出尘口、中间仓11的出尘口、粉体暂存仓5的出尘口、和科氏秤6的出尘口分别通过负压管道连接至收尘器7，本实施例中收尘器7的数量可根据整个系统布置需要进行设置，所述收尘器7的出气口通过引风机与窑头篦冷机冷却风机进风口相连，所述收尘器7的出料口与粉体暂存仓5的入料口密闭相连。

上述两个实施例中，所述粗破碎装置2为颚式破碎机。配合料斗、链板输送机可以稳定供料。

所述细破碎装置3为颚式破碎机、齿辊式破碎、或冲击式破碎机。在细破碎装置3的技术选型上避免选择反击式破碎机、锤式破碎机以减少破碎工况时大量火花的产生。

经两级破碎和粉磨后的成品集中暂存于封闭的粉体暂存仓5内，在水泥窑协同处置过程中使用科氏秤6准确计量给料，以保证水泥窑稳定运行。

本发明的安全实施过程：

1、两级破碎，不限于破碎机形式，可能为双颚式破碎、颚式破碎+齿辊式破碎等，各破碎工段设置负压收尘点，扬尘收集，废气收集；

2、破碎后物料进入粉磨装置粉磨，不限于具体的粉磨形式，例如：立磨、球磨、棒磨、棒球磨等，粉磨工段气体集中收集；

3、工艺的整体废气收集，经风机引送至窑头篦冷机冷却风机进风口，最终入窑焚烧。产生扬尘的设备均经过负压抽吸，将废气统一收集。

4、设置中间仓11和粉体暂存仓5，中间仓11可减少磨机开机时间，粉体暂存仓5满足水泥厂生产精确喂料、配料要求。

5、粉体管道输送，减少粉体飘逸、撒漏可能，满足安全生产要求。最终物料通过管道输送，避免了机械输送的扬尘和暴露。

6、生产过程中产生的少量车间地面冲洗废水可用于粉磨装置的降温，挥发的气体作为废气一同经过废气处理系统处置。

实施例3

本发明的实施例提供一种适用于水泥窑协同处置电解铝大修渣的预处理方法，包括如下步骤：

S1、大修渣破碎和粉磨：电解铝大修渣进入两级破碎单元破碎，两级破碎单元破碎后物料粒度30％左右控制在20～25mm之间；再将大修渣物料送入粉磨单元粉磨，得到符合要求的大修渣粉料，大修渣粉料的粒径小于100μm；

S2、大修渣焚烧：将大修渣粉料经计量喂料单元计量后送入水泥生产线焚烧工段的分解炉或水泥窑窑头焚烧，大修渣粉料的投加点温度大于850℃，整个系统收集的废气通过引风机引入窑头篦冷机冷却风机再入水泥窑焚烧。

本发明的预处理系统通过粗破碎设备将大修渣原料破碎成小块，再次利用细破碎设备将物料破碎至粉磨设备可允许的范围内，粉磨单元可以为开路式也可以为闭路式粉磨系统，粉磨后的物料为粉末状，于粉体暂存仓5内储存，再根据计量喂料单元精确给料，最终由动力风机喷吹至水泥窑分解炉或水泥窑窑头焚烧。

对大修渣的无害化处置原理做进一步的说明如下：

1、氟化物的去除，在分解炉中使钙离子与氟离子反应生成对人无害的氟化钙沉淀如下，该反应效率再实验室条件下可达到92％，在水泥窑系统中，反应剂过饱和于有害物质10000倍以上，可以保证更高的无害化反应效率：

Ca

以2500t/d熟料水泥窑生产线为例，石灰石比例占整个高温灼烧料80％以上，生产状态下至少含有2000t/d熟石灰CaO从分解炉经过，在850℃高温条件下以极过饱和的状态与F

2、氰化物的去除，通常含氰废物主要危害成分为HCN及CN

在分解炉中燃烧，产生如下反应，可几乎全部分解氰化氢气体：

HCN+5/4O

HCN+H

氰化氢气体在600℃～710℃可与水反应生成安全的可燃物质。

氰化物的去除，氰化物在水泥窑中有多种反应途径。此处以氰化钠为例：

氰化物在加热条件下可氧化分解，微量的铁氧化物是该反应条件的催化剂，而含铁矿物正是水泥生产的必须原料。铁质原料的加速催化如下反应(以钠盐为例)：

2NaCN+O

2NaOCN+1.5O

最终产生无害盐与气体。

CN

NaCN+2H

14HCOONa→7Na

当氰化物在分解炉中大于850℃的高温条件下，会同时与分解炉中的氧气、水蒸气发生反应，这时分解炉中含有的大量铁质矿粉起到了催化作用。本工艺流程将物料预先制备为小于100μm粒径的粉末，使大修渣内的有害成分充分反应。

从某铝厂取样检测及统计各大修渣组成特征污染物浸出含量如下表1：

表1各大修渣组成特征及污染物浸出含量

物料粉磨后经旋转炉850℃热处理技术测试：实验参数：氧化钙添加比例为80％，850℃下开展实验，达到设定温度后，加入大修渣粉末，然后恒温0min/5min/10min/15min/20min，旋转速率为3r/min。热处理后，检测大修渣物料中污染物浸出毒性，检测结果见下表2所示。

表2热处理后的大修渣中污染物浸出含量

因此，综合实验结果可知，熟料回转窑实际达到1400℃的环境下可以将该预处理后的大修渣中的污染物更加迅速地去除，说明本工艺路线适合铝业冶炼大修渣危险废物的处置。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。