一种湿法处理电解铝碳渣得到的再生冰晶石的后处理方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 109136993 A(43)申请公布日 2019.01.04

(21)申请号 201811115145.0(22)申请日 2018.09.25

(71)申请人 兰州中铝工业服务有限公司

地址 730332 甘肃省兰州市永登县河桥镇

建设坪中国铝业连城分公司(72)发明人 杨鹏鸿　张维民　铁国泰　李建胜　

曹国强　郑冬　丁少华　(74)专利代理机构 甘肃省知识产权事务中心

62100

代理人 陈超(51)Int.Cl.

C25C 3/18(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图1页

()发明名称

一种湿法处理电解铝碳渣得到的再生冰晶石的后处理方法(57)摘要

本发明公开一种湿法处理电解铝碳渣得到的再生冰晶石的后处理方法，1）制作石墨坩埚内胆中频感应炉；2）对制作的石墨坩埚内胆中频感应炉进行烘炉；3）将再生冰晶石投入石墨坩埚内，通电使再生冰晶石被加热熔化成熔液，捞碳渣，电解质熔液注入模具电解质熔液冷却凝固脱模后得到产品。本发明的有益效果：通过本技术生产出的电解质块，各项指标含量均符合标准，在消耗过剩的再生冰晶石的同时还能满足电解生产电解质块需求，环保经济、效益好。

CN 109136993 ACN 109136993 A

权　利　要　求　书

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1.一种湿法处理电解铝碳渣得到的再生冰晶石的后处理方法，1）制作专用的石墨坩埚内胆中频感应炉，具体是在底部铺设耐火砖打底，耐火砖之上安置感应线圈，感应线圈匝间和内壁涂抹胶泥，胶泥风干后在表面和耐火砖上表面敷石棉布，用筑炉料筑炉底，炉底之上放置石墨坩埚，确保石墨坩埚中心与感应线圈中心重合，石墨坩埚与石棉布之间的区域放入筑炉料并夯实；2）对制作的石墨坩埚内胆中频感应炉进行烘炉：石墨坩埚内填满再生冰晶石，感应线圈接到中频控制系统，然后通电，一阶段中频功率50KW、加热时间2h，中频功率调零，保温1h，二阶段中频功率100KW、加热时间1.5h，中频功率调零，保温0.5h，三阶段中频功率150KW、加热时间0.5h，中频功率调零，保温0.5h，完成烘炉；3）将再生冰晶石投入石墨坩埚内，中频控制系统功率在2分钟内提升至400KW，10-15分后再生冰晶石被加热熔化成熔液，捞出熔液表面的碳渣，捞碳渣后对石墨坩埚内的电解质熔液进行搅拌，捞碳渣+搅拌的时间控制在2分钟之内，搅拌后继续中频加热1分钟，然后把中频功率在20秒之内降低到零，将电解质熔液注入模具并静置2分钟，之后将模具内电解质熔液表面漂浮的少量碳渣打捞出，电解质熔液冷却凝固后即为电解质块，脱模后得到产品。

2.根据权利要求1所述的一种湿法处理电解铝碳渣得到的再生冰晶石的后处理方法，其特征是：石墨坩埚的石墨质量分数不低于50%，埚体外径为600mm～700mm，壁厚80mm～100mm。

3.根据权利要求2所述的一种湿法处理电解铝碳渣得到的再生冰晶石的后处理方法，其特征是：石墨坩埚的石墨质量分数为55%～60%。

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一种湿法处理电解铝碳渣得到的再生冰晶石的后处理方法

技术领域

[0001]本发明属于电解铝行业废渣再利用领域，涉及电解铝碳渣，具体是电解铝碳渣湿法处理得到的再生冰晶石的进一步处理方法。

背景技术

[0002]电解铝碳渣是一种固体危废物质，主要成分是碳素、氟化盐、氧化铝、铁化合物和其他微量元素。电解槽中一旦有大量碳渣存在，将会严重危害电生产，譬如造成电解质电压升高、电耗增加、电解槽使用寿命缩短等，导致电解生产综合经济指标下滑，因此电解槽中的碳渣必须要及时打捞出去。

[0003]对碳渣进行无害化处理，不但可以避免对环境的污染，而且还能回收半数以上的电解质，是一项重要的降本增效措施。目前铝电解生产企业对碳渣的通用处理方法主要有两种：一种是火法处理，另一种是湿法处理。火法处理是直接对碳渣进行加热至熔融状态，使绝大多数碳物质和氧气发生反应，以气体的形式排入大气中。液态电解质经过浇铸、捞渣、冷却、脱模等工序，得到回收利用；火法生产具有生产现场环境条差、生产成本高、炉寿命短、大修费用高、碳排放量大等缺点；湿法处理是将碳渣用球磨机磨成颗粒为0.15mm的混合粉料，在磨粉的同时在球磨机加料口，出料口按照比例要求加入浮选药剂，然后在浮选机中加入进行搅拌、浮选、分离，回收的再生冰晶石可以用于电解生产，回收的碳粉可以制作阳极保护环或者无害化处理后用于生产其它碳素产品；湿法生产具有生产环境较好、产量稳定等优点，但是湿法生产的再生冰晶石主要用于电解槽启动，日常需求量小，市场价格低，所以如何以环保、经济、碳排放量小为前提，利用过剩的再生冰晶石生产需求量大、市场价格高的再生电解质块是需要研究解决的问题。

发明内容

[0004]本发明目的是提出一种湿法处理电解铝碳渣得到的再生冰晶石的后处理方法，以扩展再生冰晶石的应用范围，提高产品价值，同时兼顾环保。[0005]本发明的技术方案：一种湿法处理电解铝碳渣得到的再生冰晶石的后处理方法，1）制作专用的石墨坩埚内胆中频感应炉，具体是在底部铺设耐火砖打底，耐火砖之上安置感应线圈，感应线圈匝间和内壁涂抹胶泥，胶泥风干后在表面和耐火砖上表面敷石棉布，用筑炉料筑炉底，炉底之上放置石墨坩埚，确保石墨坩埚中心与感应线圈中心重合（可以用夹具固定住石墨坩埚上部，使之稳定不动），石墨坩埚与石棉布之间的区域放入筑炉料并夯实；2）对制作的石墨坩埚内胆中频感应炉进行烘炉：石墨坩埚内填满再生冰晶石，感应线圈接到中频控制系统，然后通电，一阶段中频功率50KW、加热时间2h，中频功率调零，保温1h，二阶段中频功率100KW、加热时间1.5h，中频功率调零，保温0.5h，三阶段中频功率150KW、加热时间0.5h，中频功率调零，保温0.5h，完成烘炉；3）将再生冰晶石投入石墨坩埚内，中频控制系统功率在2分钟内提升至400KW，10-15分后再生冰晶石被加热熔化成熔液，捞出熔液表面的碳渣，捞碳渣后对石墨坩埚内的电解质熔液进行搅拌，捞碳渣+搅拌的时间控制在2分

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钟之内，搅拌后继续中频加热1分钟，然后把中频功率在20秒之内降低到零，将电解质熔液注入模具并静置2分钟，之后将模具内电解质熔液表面漂浮的少量碳渣打捞出，电解质熔液冷却凝固后即为电解质块，脱模后得到产品。[0006]石墨坩埚的石墨质量分数不低于50%，埚体外径为600mm～700mm，壁厚80mm～100mm。

[0007]优选的是石墨坩埚的石墨质量分数为55%～60%。[0008]本发明的有益效果：通过本技术生产出的电解质块，各项指标（C、LiF、KF、AL2O3、SiO2等）含量均符合标准，在消耗过剩的再生冰晶石的同时还能满足电解生产电解质块需求，是降本增效的有效措施之一；本技术具有投资少、见效快、操作简单灵活、生产场地要求不高、生产成本低、碳排放量很低、生产平稳安全等优点，95%以上的尾渣以固态形式存在，且尾渣还可以用来生产阳极保护环，环保经济、效益好。附图说明

[0009]图1是石墨坩埚内胆中频感应炉的示意图；

图中：1-石墨坩埚、2-胶泥覆盖层、3-耐火砖、4-浇筑料、5-石棉布、6-感应线圈。具体实施方式

[0010]中频感应炉是一种将工频50Hz交流电转变为中频（300Hz以上至1000Hz）的电源装置，三相交流电通过整流后变成直流电，再通过逆变把直流电变换成可调节的中频电流，供给由电容和感应线圈，中频交变电流在感应圈中产生高密度的磁力线，并切割导体，使导体发热，再生冰晶石不能直接通过中频炉加热熔化，所以在感应圈内安装的石墨坩埚内胆（石墨含量在50%以上），使石墨坩埚产生很大的涡流并发热。再生冰晶石温度随着坩埚温度的升高而逐渐升高，当温度达到900℃左右时，冰晶石开始熔化为液态电解质，冰晶石中所含约13%的碳粉因为熔点很高（3500℃～3770℃之间），以固态形式漂浮在电解质液面上，仅有少量碳渣和氧气发生反应排入大气。经过对液态电解质一定时间的持续加热后，其中的碳渣尾渣几乎完全和电解质液分离开，液态电解质具备浇铸条件，浇铸好的电解质液经过捞渣、冷却、脱模工序后，最终生产出合格电解质块可满足电解铝日常生产需求。这种处理方法具有投资额度小、碳排放量低，主要解决了碳渣处理过程中碳排放对大气污染的问题，环保经济效益好。

[0011]使用的石墨坩埚内胆石墨质量百分含量达到55-60%最佳，碳粉30~35%，粘接剂主要为石油焦和针状焦（占比约为10%），坩埚的外径为600～700、壁厚80～100为最佳，坩埚石墨含量过低会导致坩埚发热性能不好且使用寿命短，坩埚外径过大在加热时极易导致坩埚裂缝，坩埚使用寿命极短。在确定石墨坩埚基本尺寸后，确定感应线圈尺寸，再根据感应线圈的管截面尺寸、线圈匝数、匝间距等数据选择中频系统。将制作好的感应线圈经过绝缘处理、打压检测后，安装到生产工位上；具体筑炉工序主要有如下：第一步、感应线圈安装位置确定好后，在线圈匝间和周围按照要求抹好胶泥，要求线圈内圈胶泥光滑平整；第二步、胶泥经过一定时间的风干以后，用石棉布对线圈内侧进行隔热处理；第三步、在用筑炉料筑好炉底后，将石墨坩埚安装在感应项圈内侧，安装时要求坩埚和感应线圈在同一中心位置；第四步、坩埚外侧面到感应线圈内表面之间的区域为筑炉的关键工序，要求确保每次投入的

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炉料量一定，而且夯实的力度大小合理，确保坩埚位置不变，坩埚不受损伤。经过多次的投料夯实，最终完成筑炉工序。

[0012]在新石墨坩埚投入生产前，按照规定的烘炉曲线进行烘炉且烘炉前坩埚内必须要填满再生冰晶石，烘炉时间6小时最佳。[0013]烘炉工艺：中频功率50KW，加热时间2h，

中频功率0，保温1h，中频功率100KW，加热时间1.5h，中频功率0，保温0.5h，中频功率150KW，加热时间0.5h，中频功率0，保温0.5h。

[0014]按照烘炉曲线完成烘炉工序，之后投料生产，在2分钟以内逐渐提升中频功率到400KW，每炉再生冰晶石的熔炼时间约为12分钟，当加热至石墨坩埚内的再生冰晶石呈液态时，绝大多数碳渣漂浮在液面，此时要进行第一次除渣处理，除渣后对电解质熔液进行搅拌处理，确保原料完全熔化，除渣、搅拌时间要控制在2分钟之内。对电解质液完成搅拌处理继续加热1分钟后具备浇铸条件，此时将中频功率在20秒之内降低到“零”。电解质液注入模具并静置2分钟后，进行第二次除渣作业，将模具内电解质液表面漂浮的少量碳渣打捞干净，生产出含碳量很低的电解质块。[0015]当遇见紧急停电情况时，应迅速打开应急水源，此时严禁将坩埚内的电解质移出坩埚，否则由于温度急剧下降导致坩埚裂纹，炉子报废，造成生产成本的额外增加。

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说　明　书　附　图

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图1

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