本發明專利技術提供一種處理及回收鋁電解固體廢料的裝置及方法，裝置包括金屬外殼、爐蓋、耐火保溫爐墻體、耐火保溫爐底、電阻發熱體、耐火混凝土墻體、料室、耐火混凝土柱體、熱輻射擋板、罩型結晶器、筒型結晶器、電解質結晶室、堿金屬結晶室、隔熱板、真空抽氣管、氬氣充氣管、真空壓力表和用于給電阻發熱體輸入電能的電極。本發明專利技術方法利用廢陰極炭塊的電阻熱產生高溫，將固體廢料中的非碳質組分以氣態形式蒸發，并在裝置內的不同位置結晶，實現了炭、堿金屬和電解質的徹底分離，并且工藝操作簡單，整個分離過程無廢渣、廢氣、廢水產生。本發明專利技術是一種節能環保的固體廢料處理裝置及方法，非常適合在工業上大規模推廣應用。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于冶金環境領域，特別涉及。
技術介紹
工業中鋁是采用冰晶石-氧化鋁電解質體系，在950?980°C的溫度條件下電解生產，在鋁電解生產過程中，產生以下4種固體廢料:1、陽極炭渣。冰晶石-氧化鋁電解質體系的陽極使用煅燒后的石油焦破碎成不同的粒級與煤瀝青混合、混捏成型，再經焙燒后制成。在鋁電解的生產過程，炭陽極不斷消耗，理論上每電解生產一噸金屬鋁需要消耗0.334噸炭陽極，而實際上每生產一噸金屬鋁，炭陽極消耗在0.4噸以上，即實際炭陽極消耗要比理論炭陽極消耗多70kg/t-Al左右，有的高達100kg/t-Al以上，這多消耗的70?100kg/t-Al主要是空氣和電解槽中的CO2對炭陽極進行氧化而損失掉，還有相當大的一部分消耗是電解過程中部分炭從陽極上脫落進入電解槽中成為炭渣。這種炭渣有細粉狀和顆粒狀，混熔于或懸浮于電解質中不僅會影響鋁電解質的物理化學性能，如電導率、粘度等，還對電解槽的工作狀態和電解槽的電流效率造成影響。因而需要電解工人定期將這些炭渣從電解槽中撈出，而撈出的炭渣中又粘附了大量的電解質，比例約占70%，電解鋁廠將這種炭渣棄之不用，也有的將大塊的含電解質成分過高的炭渣炭塊破碎后，返回到電解槽中，而細小的炭渣仍被棄掉，進而造成炭和電解質的損耗并對環境造成污染。通常工業電解槽中每生產I噸鋁約產生3?5kg炭渣，一個年產50萬噸金屬鋁的電解鋁廠，一年的炭渣量約為1500?2000噸。2、廢陰極炭塊。鋁電解槽廢陰極炭塊是指鋁電解槽在經過一段時間的電解，出現槽底破損后，從破損的電解槽中取出的槽底陰極炭塊和側部炭塊，其中也包括側部炭塊與底部陰極炭塊之間的由搗固糊形成的炭塊，以及陰極炭塊之間的搗固糊在電解溫度條件下形成的炭塊。在鋁電解生產過程中，少部分氟化鈉也會被電化學還原為金屬鈉。在電解槽的整個使用周期內，電解質和金屬鈉會一直向炭質陰極材料中滲透。因此，在從破損槽刨出的鋁電解廢陰極炭塊一般含有約30%左右的電解質和約10%左右的金屬鈉。目前我國電解鋁廠所使用的電解槽的平均壽命在5年左右，以一個年產100萬噸/年的電解鋁廠為例，每年所產生的廢陰極炭塊約在I萬噸左右，也就是說電解鋁廠每生產100噸電解鋁，就要產生I噸的廢陰極炭塊。3、廢電解槽耐火材料內襯。廢電解槽耐火材料內襯是電解質在電解過程中通過陰極炭塊的孔隙和陰極底塊的裂縫以及陰極底塊與底塊之間的搗固糊所形成的裂縫滲入到炭陰極底塊下部的耐火材料中，并與耐火材料反應而形成的。因此，廢電解槽耐火材料內襯主要由電解質、電解質與耐火材料反應生成的化合物，以及未反應的耐火材料組成，其中電解質與耐火材料反應生成的化合物主要為由Na20，Al2O3和S12B成的化合物。在鋁電解槽廢耐火材料內襯中，還包括一種由氮化硅結合的碳化硅耐火材料內襯，這種由氮化硅結合的碳化硅耐火材料內襯，只應用在大型電解槽的側部。4、槽底漏鋁熔化陰極鋼棒后形成的Al-Fe合金。這部分合金在大修的破損槽上多有產生、數量大小不一，這部分Al-Fe合金雖然不是廢料，但常常被鋁廠拋棄，或以低價賣給廢品回收部門。5、鋁灰。通常將從電解鋁鑄造車間的鋁混合爐中扒出的鋁渣，和鋁錠(棒或板)鑄造過程中打下來的渣，以及出鋁抬包內襯粘附的渣料統稱為鋁渣。鋁渣的主要成分為鋁氧化后形成的粉狀氧化鋁以及粉狀氧化鋁所包覆的少量團聚狀金屬鋁。鋁渣經球磨后篩分，可篩出團聚狀的金屬鋁，篩下的粉體被稱為鋁灰。鋁灰由細小的顆粒狀的金屬鋁和氧化鋁組成，其中也不可避免地會有微量的電解質氟化物存在。目前無論是電解鋁廠還是鋁渣回收小作坊，都將這部分“鋁灰”作為垃圾棄之，對環境造成較大影響。目前，尚無一個技術上和經濟上都可行的方法將鋁電解固體廢料進行有效處理及回收。因此，開發研宄鋁電解固體廢料的處理及回收技術，使其能夠變廢為寶對建設資源節約型、環境友好型社會尤為重要。
技術實現思路
針對現有技術存在的各種問題，本專利技術提供。本專利技術裝置是一種利用鋁電解槽廢陰極炭塊固體碎料的導電性質制成廢舊陰極炭塊碎塊作為電阻發熱體的高溫真空電阻爐。本專利技術方法利用廢陰極炭塊的電阻熱產生高溫，使廢陰極炭塊的碎塊狀料在真空條件下加熱到1000-1400°C，同時利用這種廢陰極炭塊的高溫熱量將置于同一爐內的陽極炭渣物料或廢電解槽耐火材料內襯磨粉料與鋁灰或Al-Fe合金的磨細料混合制成的壓團料加熱到900-1200°C，使鋁電解槽固體廢料中的非碳質組分以氣態形式蒸發，并在裝置內的不同位置結晶，最終實現了鋁電解固體廢料中碳質組分和非碳質組分的有效分離及回收。本專利技術的技術方案如下:一種處理及回收鋁電解固體廢料的裝置，包括金屬外殼、爐蓋、耐火保溫爐墻體、耐火保溫爐底、電阻發熱體、耐火混凝土墻體、料室、耐火混凝土柱體、熱輻射擋板、罩型結晶器、筒型結晶器、電解質結晶室、堿金屬結晶室、隔熱板、真空抽氣管、氬氣充氣管、真空壓力表和用于給電阻發熱體輸入電能的電極。所述金屬外殼上沿之下的一段爐殼外壁設有冷卻水套。所述爐蓋用鐵質金屬材料制成，帶有法蘭結構，金屬外殼上沿也焊接有法蘭，法蘭之間設有真空墊圈，法蘭孔中設有螺栓，爐蓋和爐殼借助真空墊圈和螺栓實現壓緊與密封；爐蓋的上表面設有冷卻水套，內表面設有隔熱板，并且隔熱板正對著罩形結晶器的喇叭口，隔熱板由保溫材料制成。所述耐火保溫爐墻體位于爐體內壁和電阻發熱體外側之間，且耐火保溫爐墻體的高度高于電阻發熱體的高度，耐火保溫爐墻體頂部內側有一斷面形狀為矩形的環狀缺口。所述電阻發熱體是由破碎成粒徑1cm以下的廢陰極炭塊的碎塊制成，位于耐火保溫爐底上，包括U型、Π型或兩個相互平行且相互獨立的直線體型三種不同設計，其斷面為矩形，并且電阻發熱體上表面暴露于爐內的電解質結晶室中；每個獨立電阻發熱體的兩端都有兩個電極，其中一個為進電電極，另一個為出電電極；當電阻發熱體為U型或Π型設置時，U型或Π型電阻發熱體的兩個電極在爐體的同一側面，與電爐供電電源連接；當電阻發熱體為兩個相互平行且相互獨立的直線體型設計時，每個獨立電阻發熱體的兩個電極分別位于電爐的兩個對應面上，兩個電阻發熱體的同一側的兩個電極與電爐供電電源連接，另一側的兩個電極之間用金屬導體連接；當電阻發熱體為兩個相互平行且相互獨立的直線體型設計時，本專利技術還可以通過金屬母線連接多個這種相同的真空電阻爐一起使用，即第一個真空電阻爐同一側的兩個電極通過金屬導體連接到下一個真空電阻爐的兩個電極上，依次類推，從而形成同一個電源的兩個或兩個以上真空電阻爐串聯工作；每個電極均由兩部分導電體組成，爐內側與電阻發熱體相接觸當前第1頁1 2 3 4 本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種處理及回收鋁電解固體廢料的裝置，其特征在于包括金屬外殼、爐蓋、耐火保溫爐墻體、耐火保溫爐底、電阻發熱體、耐火混凝土墻體、料室、耐火混凝土柱體、熱輻射擋板、罩型結晶器、筒型結晶器、電解質結晶室、堿金屬結晶室、隔熱板、真空抽氣管、氬氣充氣管、真空壓力表和用于給電阻發熱體輸入電能的電極；金屬外殼和爐蓋均設有法蘭結構，法蘭之間設有真空墊圈，法蘭孔中設有螺栓，爐蓋和爐殼借助真空墊圈和螺栓實現壓緊與密封；耐火保溫爐墻體位于爐體內壁和電阻發熱體外側之間，且耐火保溫爐墻體的高度高于電阻發熱體的高度，耐火保溫爐墻體頂部內側有一斷面形狀為矩形的環狀缺口；電阻發熱體位于耐火保溫爐底上；電阻發熱體的兩端設有電極；耐火混凝土墻體位于電阻發熱體內側；料室由耐火混凝土墻體、耐火保溫爐墻體和耐火保溫爐底包圍形成；耐火混凝土柱體設置在耐火混凝土墻體上，且耐火混凝土柱體與耐火混凝土墻體為一個整體；熱輻射擋板置于耐火混凝土柱體上；罩型結晶器置于耐火保溫爐墻體頂部內側的環狀缺口上，其內罩的斷面形成喇叭口形，外罩的斷面形成筒形；筒型結晶器焊接在爐蓋內表面上，筒壁伸入罩形結晶器的內罩和外罩之間，其斷面為矩形；筒形結晶器的筒壁、罩形結晶器內罩的上表面以及爐蓋下表面之間的空間形成堿金屬結晶室；罩形結晶器內罩的下表面、熱輻射擋板的上表面以及耐火保溫墻體側壁之間的空間形成電解質結晶室；隔熱板設在爐蓋內表面，并且隔熱板正對著罩形結晶器的喇叭口；真空抽氣管、氬氣充氣管和真空壓力表焊接于金屬外殼上部。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：馮乃祥，
申請(專利權)人：沈陽北冶冶金科技有限公司，
類型：發明
國別省市：遼寧;21
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