一种利用铝电解槽大修渣制备替代燃料的方法及系统

摘要

本发明涉及大修渣处理技术领域，具体公开了一种利用铝电解槽大修渣制备替代燃料的方法，具体包括以下步骤：步骤S1：将大修渣破碎为粒径小于15mm的小颗粒；步骤S2：将碳基添加剂和小颗粒进行配比，并输送至管磨机内进行改性粉磨，得到改性粉磨料。以及用于该方法的系统，本发明通过将破碎后的小颗粒与碳基添加剂按照配比混合后进行改性粉磨，碳基添加剂作为助磨助燃剂，使得单位能耗有效降低20％以上,相较于原大修渣，改性粉磨后混合料粉综合热值提高至4000kcal/kg以上，挥发份可由0提升至5‑10％，同时由于添加了碳基添加剂使得燃点降低约100℃，燃烧性能提高。

说明书

技术领域

本发明涉及铝电解槽大修渣处理技术领域，更具体地讲，涉及一种利用铝电解槽大修渣制备替代燃料的方法及系统。

背景技术

近年来，我国电解铝工业得到迅猛发展，2017年－2020年产量均达到3500万吨以上，占世界总产量55％以上，与此同时，电解铝工业的环境污染问题已受到国家、行业和社会的高度关注。大修渣是电解铝生产过程排放的典型有害固体废弃物，平均每生产一吨电解铝，会产生20－30kg大修渣，铝电解槽大修渣主要包含阴极炭块、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地侵蚀，停槽后地大修渣中含有大量可溶性氟化物及氰化物，其中可溶性氟化物具有强烈地腐蚀性，属于有害物质，氰化物为剧毒物质。如不妥善处置，会随雨水混入江河、渗入地下污染地表水源、地下水和土壤，对周围生态环境、人类健康及动植物生长造成很大危害。

国家《危险废物名录》(2021年版)明确规定，电解铝过程中电解槽维修及废弃产生的废渣为危险废物，废物代码为HW48(321－023－48)。

目前电解铝大修渣处理技术可分为安全填埋，湿法处理和火法处理等，安全填埋占用土地资源且本质上未实现大修渣减量化、资源化处理，美国等发达国家已命令禁止填埋，故不推荐使用；湿法处理是近年来大修渣处置研究和发展重点，包括浮选技术和化学浸出技术等，湿法处理能将大修渣中电解质和炭分离，资源化程度高，但湿法处理需要考虑分离后的物质纯度、废水处理等问题，工艺相对复杂、投资成本大，目前大规模推广难度大；火法处置包括回转窑焚烧、水泥窑协同焚烧等，主要通过高温焚烧过程实现氟氰等有害物质固化或处置，作为目前主流处置方法，工艺相对简单，但仍存在诸多问题制约行业发展：

(1)整体预处理难度大，能耗高。大修渣硬度高，抗磨性强，这是由于大修渣中浇注料、防渗料等占比达50％左右，尤其是其中氮化硅结合碳化硅砖等高强浇注料，莫氏硬度更是达到8～9以上，故现有大修渣预处理工艺，普遍存在磨机能耗高，设备损耗大的问题。

(2)资源化利用率低，大规模替代燃料技术不成熟。大修渣中阴极炭块占比在30－50％左右，但其炭质以石墨晶体有序结构为主，挥发分低，燃点高，燃烧性能较差，直接作为替代燃料替代率较低。

(3)应用受限。目前大修渣处置未形成资源化替代燃料，处置思路以减量化为主，处置同时未实现其热值回收利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种利用铝电解槽大修渣制备替代燃料的方法。

本发明解决技术问题所采用的解决方案是：

一方面，

一种利用铝电解槽大修渣制备替代燃料的方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：将大修渣破碎为粒径小于15mm的小颗粒；

步骤S2：将碳基添加剂和小颗粒进行配比，并输送至管磨机内进行改性粉磨，得到改性粉磨料；

将大修渣与碳基添加剂按照一定比例进行配比，进入管磨机完成改性粉磨过程，经过改性粉磨，得到改性粉磨料，磨机维护及清理时间延长，单位能耗有效降低20％以上，相较于原大修渣，改性粉磨后混合料粉综合热值提高至4000kcal/kg以上，挥发份可由0提升至5－10％，燃点降低约100℃，燃烧性能明显改善。

大修渣的成分主要为固定碳和灰分，其挥发分较低，燃点高，燃烧性能较差，通过掺入碳基添加剂，综合燃料中挥发分含量有所提高，且灰分大幅降低，综合燃料的燃烧性能有了明显的提高，在烧成系统内的煅烧工况也会随之改善。

在一些可能的实施方式中，所述碳基添加剂和小颗粒的配比为1：3-1:10。

在一些可能的实施方式中，为了使得助磨助燃果更好；所述碳基添加剂为焦炭末或小粒度煤。

在一些可能的实施方式中，所述焦炭末的粒径小于15mm，含水率为8％-12％，挥发分大于10％，所述焦炭末与小颗粒的配比为1：3－1：5。

在一些可能的实施方式中，所述小粒度煤的粒径小于25mm,含水量小于10％，挥发分大于30％，所述小粒度煤与小颗粒的配比为1：5－1：10。

在一些可能的实施方式中，为了有效的节能，所述步骤S1具体是指采用三级破碎工艺将大修渣由粒径500mm破碎至15mm。

在一些可能的实施方式中，还包括:

步骤S3：

将改性粉磨料输送至搅拌机中，并向搅拌机中加入干粉、液态粘合剂，搅拌均匀后得到混合料；

步骤S4：

将混合料输送至压球成型机中制备球型产品。

另一方面，

一种利用铝电解槽大修渣制备替代燃料的系统，包括喂料系统、三级破碎系统、配料系统、管磨系统、混合系统、搅拌系统、压球成型系统以及碳基添加剂添加系统；所述喂料系统、三级破碎系统、配料系统、管磨系统、混合系统依次连接；所述碳基添加剂添加系统与配料系统连接。

通过喂料系统将大修渣输送至三级破碎系统中进行破碎，使得破碎后的粒径小于15mm的小颗粒；然后将小颗粒输送至配料系统，同时通过碳基添加剂添加系统向配料系统按照配比加入碳基添加剂，配料结束后将其输送至管磨系统中进行改性粉磨处理，进而得到改性粉磨料；

在一些可能的实施方式中，为了有效的减少磨机所消耗的能耗所述三级破碎系统包括与依次与喂料系统连接的一级颚式破碎机、二级颚式破碎机、单传动高压辊式破碎机。

在一些可能的实施方式中，将所得到的改性粉磨料输送至搅拌系统，并同时向搅拌系统中加入干粉和液态粘合剂进行搅拌，待搅拌均匀后输送至压球成型系统中制备成球型产品进行储存；还包括与混合系统依次连接的搅拌系统、压球成型系统；所述搅拌系统包括与混合系统连接的搅拌机、分别与搅拌机连接的干粉供给系统和液态粘合剂供给系统。

在一些可能的实施方式中，为了有效的保证制备过程中避免对于环境污染，还包括除尘系统和废气处理系统；所述除尘系统分别与喂料系统、三级破碎系统、管磨系统、碳基添加剂添加系统、管磨系统连接；所述废气处理系统包括依次与搅拌机连接的碱洗塔、光解催化装置、活性炭吸附塔、离心风机。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明采用三级破碎工序，第三级破碎机选择单传动高压辊式破碎机，较传统破碎机节能20-30％，保证大修渣入磨粒度小于15mm(90％)，优于现行普遍的25-30mm进料，可有效降低磨机能耗；

本发明通过选择焦炭末或小粒度煤作为碳基添加剂，在改性粉磨过程中，阻止大修渣颗粒的黏结、团聚和在磨机衬板及研磨介质上的粘附，提高流动性，从而提高产品细度和细产品产量，降低粉碎极限和单位产品的能耗；有效的提高大修渣粉热值及挥发份含量，降低物料燃点，改善其燃烧性能；

本发明通过设置除尘系统，有效的避免制备过程所产生的粉尘对于环境的影响；

本发明所制备的改性粉磨后料粉可通过气力输送直接用做水泥窑炉或其他高温工业窑炉内替代燃料，改性后替代燃料比例明显提升，可达50％以上；

粉磨后粉料亦可成型后作为替代燃料产品，输送至高温工业窑炉做为燃料使用，改变目前大修渣基本依靠安全填埋现状，彻底实现完全无害化、资源化利用；

本发明通过压球成型机成型后球型燃料颗粒均匀，性质稳定，无粉尘，便于输送堆存，可大大降低输送及储存成本；

本发明通过设置废气处理系统，有效的避免在制备过程中所HCN、HF、大分子有机物等有害气体对于环境的影响。

附图说明

图1为本发明中系统的连接关系示意图；

其中：1、喂料斗；2、板式喂料机；3、一级颚式破碎机；4、带式输送机A；5、防爆袋除尘器；6、离心风机；7、二级颚式破碎机；9、单传动高压辊式破碎机；10、带式输送机B；13、添加剂喂料斗；14、带式输送机D；18、缓冲配料仓；19、定量给料机A；22、带式输送机C；23、管磨机；27、混合料粉仓；28、定量给料机B；29、带式输送机E；30、干粉定量供给机；31、带式输送机F；32、液态粘合剂罐；33、粘合剂泵；34、箱式搅拌机；35、压球成型机；36、碱洗塔；37、光解催化装置；38、活性炭吸附塔。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的附图中，需要理解的是，不具有相互替代性的不同技术特征显示在同一附图，仅是为了便于简化附图说明及减少附图数量，而不是指示或暗示参照所述附图进行描述的实施例包含所述附图中的所有技术特征，因此不能理解为对本发明的限制。

对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面对本发明进行详细说明。

一方面，

一种利用铝电解槽大修渣制备替代燃料的方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：将大修渣破碎为粒径小于15mm的小颗粒；

步骤S2：将碳基添加剂和小颗粒进行配比，并输送至管磨机23内进行改性粉磨，得到改性粉磨料；

改性粉磨后料粉可通过气力输送直接用做水泥窑炉或其他高温工业窑炉内替代燃料，改性后替代燃料比例明显提升，可达50％以上；

优选的，还包括，

步骤S3：

将改性粉磨料输送至搅拌机34中，并向搅拌机34中加入干粉、液态粘合剂，搅拌均匀后得到混合料；

步骤S4：

将混合料输送至压球成型机35中制备球型产品。

过压球成型机成型后球型燃料颗粒均匀，性质稳定，无粉尘，便于输送堆存，可大大降低输送及储存成本；

将大修渣与碳基添加剂按照一定比例进行配比，进入管磨机23完成改性粉磨过程，经过改性粉磨，获得改性粉磨料可直接将混合料作为替代燃料使用；

也可步骤S2中制备的改性粉磨料加入干粉、液态粘合剂经过压球成型机35，制成球形产品使用；

相较于原大修渣，改性粉磨料粉综合热值提高至4000kcal/kg以上，挥发份可由0提升至5－10％，燃点降低约100℃，燃烧性能明显改善。

大修渣的成分主要为固定碳和灰分，其挥发分较低，燃点高，燃烧性能较差，通过掺入碳基添加剂，综合燃料中挥发分含量有所提高，且灰分大幅降低，综合燃料的燃烧性能有了明显的提高，在烧成系统内的煅烧工况也会随之改善。

本发明中通过向搅拌机34中加入干粉和液态粘合剂有效的提高了球型产品的成球率。

优选的，干粉为无机类粘结剂，可为：膨润土、高岭土、水泥；硅酸钠、生(熟)石灰、电石泥、磷酸盐、硫酸盐、以及煤矿的项、底板泥中的任意一种：添加量为1％－6％，即：大修渣与碳基添加剂的总量1％－6％；

优选的，液态粘合剂为水玻璃、各种动植物及矿物质废油、制革废液、制糖废液、腐植酸钠粘合剂等。

在一些可能的实施方式中，所述碳基添加剂和小颗粒的配比为1：3－1：10。

在一些可能的实施方式中，为了使得助磨助燃效果更好；所述碳基添加剂为焦炭末或小粒度煤。

选择焦炭末或小粒度煤作为碳基添加剂，一方面，粉磨过程中，阻止大修渣颗粒的黏结、团聚和在磨机衬板及研磨介质上的粘附，提高流动性，从而提高产品细度和细产品产量，降低粉碎极限和单位产品的能耗；另一方面，混合粉磨过程可提高大修渣粉热值及挥发份含量，降低物料燃点，改善其燃烧性能。

在一些可能的实施方式中，所述焦炭末的粒径小于15mm，含水率为8％-12％，挥发分大于10％，所述焦炭末与小颗粒的配比为1：3－1：5。

在一些可能的实施方式中，所述小粒度煤的粒径小于25mm,含水量小于10％，挥发分大于30％，所述小粒度煤与小颗粒的配比为1：5－1：10。

在一些可能的实施方式中，为了有效的节能，所述步骤S1具体是指采用三级破碎工艺将大修渣由粒径500mm破碎至15mm。

本发明将大修渣用于燃料的替代，相比现有技术有效的解决了大修渣的处理，改变目前大修渣基本依靠安全填埋现状，彻底实现完全无害化、资源化利用。

另一方面，如图1所示；

一种利用铝电解槽大修渣制备替代燃料的系统，包括喂料系统、三级破碎系统、配料系统、管磨系统、混合系统、搅拌系统、压球成型系统以及碳基添加剂添加系统；所述喂料系统、三级破碎系统、配料系统、管磨系统、混合系统、搅拌系统、压球成型系统依次连接；所述碳基添加剂添加系统与配料系统连接。

通过喂料系统将大修渣输送至三级破碎系统中进行破碎，使得破碎后的粒径小于15mm的小颗粒；然后将小颗粒输送至配料系统，同时通过碳基添加剂添加系统向配料系统按照配比加入碳基添加剂，配料结束后将其输送至管磨系统中进行改性粉磨处理，进而得到改性粉磨料；

所制备的改性粉磨料可通过气力输送直接用做水泥窑炉或其他高温工业窑炉内替代燃料，改性后替代燃料比例明显提升，可达50％以上；

在一些可能的实施方式中，为了有效的减少磨机所消耗的能耗所述三级破碎系统包括与依次与喂料系统连接的一级颚式破碎机3、二级颚式破碎机7、单传动高压辊式破碎机9。

采用三级破碎工序，其中，第三级破碎机选择单传动高压辊式破碎机9，较传统破碎机节能20－30％，保证大修渣入磨粒度小于15mm，优于现行普遍的25－30mm进料，可有效降低磨机能耗；

在一些可能的实施方式中，为了有效的实现干粉和液态粘合剂的输送、以及干粉、液态粘合剂、大修渣和碳基添加剂的混合搅拌并搅拌均匀；还包括与混合系统依次连接的搅拌系统、压球成型系统；所述搅拌系统包括与混合系统连接的搅拌机34、分别与搅拌机34连接的干粉供给系统和液态粘合剂供给系统。

为了便于改性粉磨料的储存，也可将将所得到的改性粉磨料输送至搅拌系统，并同时向搅拌系统中加入干粉和液态粘合剂进行搅拌，待搅拌均匀后输送至压球成型系统中制备成球型产品；通过本发明所制备的球型产品，燃点降低，燃烧性能提高。

在一些可能的实施方式中，为了有效的保证制备过程中避免对于环境污染，还包括除尘系统和废气处理系统；所述除尘系统分别与喂料系统、三级破碎系统、管磨系统、碳基添加剂添加系统、管磨系统连接；所述废气处理系统包括依次与搅拌机34连接的碱洗塔36、光解催化装置37、活性炭吸附塔38、离心风机6。

优选的，除尘系统为多个分别与喂料系统、三级破碎系统、管磨系统、碳基添加剂添加系统、管磨系统连接的防爆袋除尘器5、以及与防爆除尘器连接的离心风机6；

优选的，喂料系统包括大修渣喂料斗1、板式喂料机2；大修渣原料经铲车喂料至喂料斗1内，由板式喂料机2均匀输送至级一级颚式破碎机3破碎，而后依次进入二级颚式破碎机7，三级单传动高压辊式破碎机9，完成破碎过程，后输送至配料系统中；在所述一级颚式破碎机3、一级颚式破碎机3，三级单传动高压辊式破碎机9之间分别设置有带式输送机，通过带式输送机输送至下一道工序。

优选的，所述配料系统包括缓冲配料仓18、位于缓冲配料仓18底部的定量给料机、安装在定量给料机A19底部的带式输送机C22，通过带式输送机C22将定量的小颗粒输送到管磨系统中；

三级单传动高压辊式破碎机9与缓冲配料仓18之间设置有带式输送机C22实现小颗粒物料的转运；

碳基添加剂添加系统与缓冲配料仓18连接，进而实现将与小颗粒大修渣按照配比定量并输送到管磨进系统中，当两者均进入管磨系统后，通过管磨系统中的管磨机23进行改性粉磨；

碳基添加剂添加系统包括添加剂喂料斗13、带式输送机D14，通过带式输送机D14将碳基添加剂输送到缓冲配料仓18中；

改性粉磨后的改性粉磨料输送至混合系统中的混合料粉仓27中，并通过定量给料机B28、带式输送机E29将其输送至按定量输送至搅拌系统中的搅拌机34中；同时，干粉供给系统将干粉、液态粘合剂供给系统将液态粘合剂输送至搅拌机34中，通过搅拌机34均匀搅拌，搅拌后的产物输送至压球成型系统，从而获得球形替代燃料。

干粉供给系统包括干粉定量供给机30、带式输送机F31；

液态粘合剂供给系统包括液态粘合剂罐32、粘合剂泵33；

优选的，搅拌机34为箱体搅拌机。

本发明中的带式输送机A4、带式输送机B10、带式输送机C22、带式输送机D14、带式输送机E29、带式输送机F31也可采用其他输送设备替代，这里不进行详述。

实施例1：

采用本发明中的系统及制备方法，通过三级破碎工艺对大修渣破碎，获得粒径≤9mm的小颗粒；对于助磨剂采用焦炭末，焦炭末的粒度≤9m，其中小颗粒：焦炭末为83.4：16.7；通过改性粉磨后的最大粒度为0.7mm。

实施例2：

采用本发明中的系统及制备方法，通过三级破碎工艺对大修渣破碎，获得粒径≤9mm的小颗粒；对于助磨剂采用焦炭末，焦炭末的粒度≤9m，其中小颗粒：焦炭末为75：25，通过改性粉磨后的最大粒度为0.6mm。

对比例3：

采用本发明中的系统及制备方法，通过三级破碎工艺对大修渣破碎，获得粒径≤9mm的小颗粒；对于助磨剂采用焦炭末，焦炭末的粒度≤9m，其中小颗粒：焦炭末为1：1，通过改性粉磨后的最大粒度为0.6mm。

对比例4：

通过破碎工艺对大修渣破碎，获得粒径≤9mm的小颗粒；对于助磨剂采用电石渣，电石渣的粒度≤9m，其中小颗粒：电石渣为1：1；通过改性粉磨后的最大粒度为0.9mm。

对比例5：

通过破碎工艺对大修渣破碎，获得粒径≤9mm的小颗粒；对于助磨剂采用常规助磨剂，其中小颗粒：常规助磨剂为998：2；通过改性粉磨后的最大粒度为0.9mm。

对比例6：

通过破碎工艺对大修渣破碎，获得粒径≤9mm的小颗粒；对于助磨剂采用电石渣，电石渣的粒度≤9m，其中小颗粒：电石渣为8：2；通过改性粉磨后的最大粒度为0.9mm。

对上述实施例1－6获得的产品进行分析，其结果如表1；

表1

通过上述实验表明：加入焦炭末进行制备，80微米筛余比例相比不加入焦炭末进行制备，细度将大大降低。

当采用实施例1－2进行制备时，焦炭末掺加16.7％－25％比例时，80微米筛余比例较低，焦炭末掺加量继续增加至50％，即采用对比例3进行制备时，细度降低不明显。故选用16.7％－25％比例。

对比例7、实施例8、实施例9、对比例10主要进行燃烧试验：

其中对比例7中采用全大修渣燃烧；实施例8、实施例9、对比例10以焦炭末为碳基添加剂，替代燃料制备；制备使得替代燃料进行燃烧试验，实验结果如表2所示；

表2

通过表2可知，对比例7中不掺加焦炭末，由于挥发分低，大修渣单独焚烧时间最长，焚烧效果最差；焦炭末掺加16.7％-25％比例时,焚烧性能明显改善，继续增加至50％时，焚烧效果改善不明显；故选择16.7％-25％的掺加比例。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。