铝电解废碳素用于炼铅还原炉的方法

170 编辑：中冶有色技术网来源：济源市万洋冶炼（集团）有限公司

2025-01-09 15:13:01

权利要求

1.一种铝电解废碳素用于炼铅还原炉的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)将铝电解废碳素进行预处理，通过高温真空蒸馏将可挥发性物去除，得到二次废碳素;

(2)将步骤(1)中所得的二次废碳素以质量比1:100-100:1的比例与粒度碳、煤、焦炭制成复合还原剂;

(3)将步骤(2)中所得的复合还原剂加入炼铅还原炉进行炼铅操作。

2.根据权利要求1所述一种铝电解废碳素用于炼铅还原炉的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的铝电解废碳素还可以通过高温非真空蒸馏法、超高温真空处理、湿法浮选或机械破碎物理分离方式进行预处理。

3.根据权利要求1所述一种铝电解废碳素用于炼铅还原炉的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的铝电解废碳素为不经过任何方式预处理的铝电解废碳素。

4.根据权利要求1所述一种铝电解废碳素用于炼铅还原炉的方法，其特征在于，所述步骤(2)中复合还原剂还包括蒸馏后的阳极碳渣或废阴极炭块。

5.根据权利要求1所述一种铝电解废碳素用于炼铅还原炉的方法，其特征在于，所述步骤(2)中复合还原剂为粉状、粒状或块状中任一种。

6.根据权利要求1所述一种铝电解废碳素用于炼铅还原炉的方法，其特征在于，所述步骤(3)中炼铅还原炉为侧吹炉、顶吹炉或底吹炉中的任一种。

7.根据权利要求1所述一种铝电解废碳素用于炼铅还原炉的方法，其特征在于，所述步骤(3)中炼铅还原炉的温度为100-1800℃;炼铅还原炉的一次风用量和二次风用量均为0-10000Nm3/h，;炼铅还原炉的一次风氧浓度和二次风氧浓度均为20%-100%，炼铅还原炉的还原时间为1-1000min;炼铅还原炉中造渣剂包括石灰、石灰石，石英、铁矿石、萤石或白云石中任一种。

8.根据权利要求1所述一种铝电解废碳素用于炼铅还原炉的方法，其特征在于，所述步骤(3)中炼铅还原炉中发生的化学反应如下：

PbO+C=Pb+CO;

PbO+CO=Pb+CO2;

ZnO+C=Zn+CO;

ZnO+CO=Zn+CO2。

9.根据权利要求1所述一种铝电解废碳素用于炼铅还原炉的方法，其特征在于，所述步骤(3)中炼铅还原炉中发生的化学反应还包括如下反应：

2AlF3+3CaO=Al2O3+3CaF2;

2Na3AlF6+6CaO+3SiO2=Al2O3+6CaF2+3Na2SiO3;

2NaF+CaO+SiO2=CaF2+Na2SiO3;

4NaCN+9O2+2SiO2=2Na2SiO3+4NO2+4CO2;

2NaCN+4O2+SiO2=Na2SiO3+N2O3+2CO2。

说明书

技术领域

[0001]本发明属于炼铅技术领域，具体涉及一种铝电解废碳素用于炼铅还原炉的方法。

背景技术

[0002]中国是电解铝生产大国，2023年中国电解铝生产总量达到4159.4万吨。由于铝电解使用的炭质阳极和阴极在电解过程中发生选择性氧化和机械损耗，部分炭质成分掉落进入电解质，增大电解质电阻，降低电流效率。掉落的炭质电极在生产过程中被生产人员定期打捞出电解槽，冷却后形成炭渣。炭渣2016年被确定为国家危险废物，我国电解铝工业每年会产生30万吨以上的炭渣，其中含有的碳、冰晶石和氟化钙等是重要的有价资源。电解铝废阴极炭块是铝电解槽拆解过程中产生的固体废弃物，含有大量的氟化物及氰化物，氟化物含量一般在20%-40%，氰化物含量约为100g/t，被《国家危险废物名录》明确列为危险废物，编号为321-023-HW48，如果对这些危险废物不及时利用或处置，废阴极炭块中的大量氟化盐、氰化物等毒害物质，经过风吹、日晒、雨淋会逐步转移至大气、土壤和地下水中，严重影响动植物和人类的健康及生存。电解铝废阴极碳块中含有用矿物C、NaF、冰晶石和CaF2，而且矿物C纯度达到较高水平，经过处理可以制备成碳质还原剂。

[0003]煤炭作为一种传统的化石燃料，长期以来在全球能源结构中占据重要地位，它被广泛用于发电、金属冶炼生产、水泥制造和作为工业能源使用。然而，随着全球气候变化问题的日益严峻，以及环境污染和可持续发展的挑战，煤炭能源的管控成为了全球能源政策的一个重要议题。为了应对环境和气候问题，许多国家和地区实施了一系列政策法规和措施来加强对煤炭能源的管控，这些措施包括限制新建煤电厂、提高排放标准、征收碳税、提供可再生能源补贴等。煤炭作为炼铅还原剂每年会消耗大量，煤炭能源管控对于火法炼铅行业也有一定的冲击。

发明内容

[0004]为了解决现有技术中存在的铝电解废碳素处理工艺无法完全回收或大量利用得到的二次炭质废渣，以及炼铅行业中煤炭还原剂紧缺等问题，本发明的目的是提供一种铝电解废碳素用于炼铅还原炉的方法。本申请通过利用铝电解废碳素经过真空蒸馏或湿法浸出等方法处理后的二次废碳素与煤炭、焦炭等传统还原剂制成复合还原剂或单独使用二次废碳素作为还原剂，或不经任何处理的铝电解废碳素作为还原剂进行还原炉炼铅生产，根据不同处理程度的二次废碳素对炼铅还原炉的一次风用量、二次风用量、氧浓度、还原温度、造渣剂和还原时间等重要冶炼参数进行调整，将铝电解废碳夹杂的氟化物转化成的氟化钙，可以改善炉渣的流动性，降低还原熔炼温度，同时通过控制氟元素的带入量，避免生成危险固体废渣，而且通过利用各种方式处理后的二次废碳素作为炼铅还原剂，可以减少原还原剂煤炭的用量，从而实现了炼铅还原炉的绿色节能降碳。

[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0006]一种铝电解废碳素用于炼铅还原炉的方法，所述方法包括如下步骤：

[0007](1)将铝电解废碳素进行预处理，通过高温真空蒸馏将可挥发性物去除，得到二次废碳素;

[0008](2)将步骤(1)中所得的二次废碳素以质量比1:100-100:1的比例与粒度碳、煤或焦炭中一种制成复合还原剂;

[0009](3)将步骤(2)中所得的复合还原剂加入炼铅还原炉进行炼铅操作。

[0010]进一步地，所述步骤(1)中的铝电解废碳素还可以通过高温非真空蒸馏法、超高温真空处理、湿法浮选或机械破碎物理分离等方式进行预处理;所述铝电解废碳素包括阳极碳渣和废阴极炭块等电解铝生产过程中产生的含碳废料。

[0011]进一步地，所述步骤(1)中的铝电解废碳素为不经过任何方式预处理的铝电解废碳素。

[0012]进一步地，所述步骤(2)中复合还原剂还包括蒸馏后的阳极碳渣或废阴极炭块。

[0013]进一步地，所述步骤(2)中复合还原剂为粉状、粒状或块状中任一种。

[0014]进一步地，所述步骤(3)中炼铅还原炉为侧吹炉、顶吹炉或底吹炉中的任一种。

[0015]进一步地，所述步骤(3)中炼铅还原炉的温度为100-1800℃;炼铅还原炉的一次风用量和二次风用量均为0-10000Nm3/h，;炼铅还原炉的一次风氧浓度和二次风氧浓度均为20%-100%，炼铅还原炉的还原时间为1-1000min;炼铅还原炉中造渣剂包括石灰、石灰石，石英、铁矿石、萤石或白云石中任一种或多种。

[0016]进一步地，所述步骤(3)中炼铅还原炉中发生的化学反应如下：

[0017]PbO+C=Pb+CO;

[0018]PbO+CO=Pb+CO2;

[0019]ZnO+C=Zn+CO;

[0020]ZnO+CO=Zn+CO2。

[0021]进一步地，所述步骤(3)中炼铅还原炉中发生的化学反应还包括如下反应：

[0022]2AlF3+3CaO=Al2O3+3CaF2;

[0023]2Na3AlF6+6CaO+3SiO2=Al2O3+6CaF2+3Na2SiO3;

[0024]2NaF+CaO+SiO2=CaF2+Na2SiO3;

[0025]4NaCN+9O2+2SiO2=2Na2SiO3+4NO2+4CO2;

[0026]2NaCN+4O2+SiO2=Na2SiO3+N2O3+2CO2。

[0027]与现有技术相比，本发明具备的积极有益效果在于：

[0028]本发明提供一种铝电解废碳素用于炼铅还原炉的方法，通过此方法，本发明不但可以大量高效、绿色的利用铝电解生产过程中产生的阳极炭渣和废阴极炭块等废碳素危险固体废弃物，而且可以对火法炼铅系统的煤炭消耗进行能源替代，同时通过本发明的方法使用1吨废碳素即可代替0.5-1.5吨煤炭或焦炭，且不产生新的危险固体废物，因此，本发明的整个工艺过程具有很好的工业应用前景。

附图说明

[0029]图1是本发明中一种铝电解废碳素用于炼铅还原炉的方法的工艺流程图;

[0030]图2是本发明实施例1中高铅渣还原后的物相分析图;

[0031]图3是本发明实施例4中高铅渣还原后的物相分析图。

具体实施方式

[0032]下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

[0033]实施例1

[0034]一种铝电解废碳素用于炼铅还原炉的方法，该方法的具体工艺流程图如图1所示，具体包括如下步骤：

[0035](1)将铝电解废碳素(阳极碳渣)制备成球团，在1100℃、压力30Pa条件下真空蒸馏2h，得到二次废碳素(蒸馏处理后的阳极碳渣球团);

[0036](2)将步骤(1)中所得的二次废碳素研磨至200目以下，同时将粒度碳也研磨至200目以下，然后将研磨后的二次废碳素和粒度碳以质量比1:1的比例进行混合，制备成复合还原剂;

[0037](3)将底吹炉熔炼好的高铅渣与步骤(2)中制备好的复合还原剂以质量比100:10混合均匀，同时加入高铅渣总质量3%的石灰作造渣剂，将混合均匀的物料置入刚玉坩埚中，在1250℃熔炼45min，一次风用量870Nm3/h，二次风用量300Nm3/h，用风的氧浓度为70%。通过还原后发现，高铅渣还原后的物相分析图如图2所示，从图2可以看出还原后的主物相为硅酸锌钙，硫化锌和铁钙橄榄石，物相分析没有发现明显的含铅物相，这表明反应良好;高铅渣中铅的还原率达到98.68%，锌回收率达到75.53%;在底吹炉中发生的化学反应如下：

[0038]PbO+C=Pb+CO;

[0039]PbO+CO=Pb+CO2;

[0040]ZnO+C=Zn+CO;

[0041]ZnO+CO=Zn+CO2;

[0042]2AlF3+3CaO=Al2O3+3CaF2;

[0043]2Na3AlF6+6CaO+3SiO2=Al2O3+6CaF2+3Na2SiO3;

[0044]2NaF+CaO+SiO2=CaF2+Na2SiO3;

[0045]4NaCN+9O2+2SiO2=2Na2SiO3+4NO2+4CO2;

[0046]2NaCN+4O2+SiO2=Na2SiO3+N2O3+2CO2。

[0047]实施例2

[0048]一种铝电解废碳素用于炼铅还原炉的方法，具体包括如下步骤：

[0049](1)将铝电解废碳素(废阴极炭块)破碎至粒径为1-3cm，在1100℃、压力30Pa条件下真空蒸馏2h，得到二次废碳素(蒸馏处理后的废阴极炭块);

[0050](2)将步骤(1)中所得的二次废碳素研磨至200目以下，同时将粒度碳也研磨至200目以下，然后将研磨后的二次废碳素和粒度碳以质量比1:1的比例进行混合，制备成复合还原剂;

[0051](3)将底吹炉熔炼好的高铅渣与步骤(2)中制备好的复合还原剂以质量比100:10混合均匀，同时加入高铅渣总质量3%的石灰作造渣剂，将混合均匀的物料置入刚玉坩埚中，在1250℃熔炼45min，一次风用量870Nm3/h，二次风用量300Nm3/h，用风的氧浓度为70%，通过还原后发现，高铅渣中铅的还原率达到97.05%，锌回收率达到76.63%;

[0052]在底吹炉中发生的化学反应如下：

[0053]PbO+C=Pb+CO;

[0054]PbO+CO=Pb+CO2;

[0055]ZnO+C=Zn+CO;

[0056]ZnO+CO=Zn+CO2;

[0057]2AlF3+3CaO=Al2O3+3CaF2;

[0058]2Na3AlF6+6CaO+3SiO2=Al2O3+6CaF2+3Na2SiO3;

[0059]2NaF+CaO+SiO2=CaF2+Na2SiO3;

[0060]4NaCN+9O2+2SiO2=2Na2SiO3+4NO2+4CO2;

[0061]2NaCN+4O2+SiO2=Na2SiO3+N2O3+2CO2。

[0062]实施例3

[0063]一种铝电解废碳素用于炼铅还原炉的方法，具体包括如下步骤：

[0064](1)将铝电解废碳素(废阴极炭块)破碎至粒径为1-3cm，在1100℃、压力30Pa条件下真空蒸馏2h，得到二次废碳素(蒸馏处理后的废阴极炭块);

[0065](2)将步骤(1)中所得的二次废碳素研磨至200目以下，同时将粒度碳也研磨至200目以下，然后将研磨后的二次废碳素和粒度碳以质量比5:1的比例进行混合，制备成复合还原剂;

[0066](3)将底吹炉熔炼好的高铅渣与步骤(2)中制备好的复合还原剂以质量比100:10混合均匀，同时加入高铅渣总质量3%的石灰作造渣剂，将混合均匀的物料置入刚玉坩埚中，在1250℃熔炼45min，一次风用量870Nm3/h，二次风用量300Nm3/h，用风的氧浓度为70%，通过还原后发现，高铅渣中铅的还原率达到98.36%，锌回收率达到61.89%;在底吹炉中发生的化学反应如下：

[0067]PbO+C=Pb+CO;

[0068]PbO+CO=Pb+CO2;

[0069]ZnO+C=Zn+CO;

[0070]ZnO+CO=Zn+CO2;

[0071]2AlF3+3CaO=Al2O3+3CaF2;

[0072]2Na3AlF6+6CaO+3SiO2=Al2O3+6CaF2+3Na2SiO3;

[0073]2NaF+CaO+SiO2=CaF2+Na2SiO3;

[0074]4NaCN+9O2+2SiO2=2Na2SiO3+4NO2+4CO2;

[0075]2NaCN+4O2+SiO2=Na2SiO3+N2O3+2CO2。

[0076]实施例4

[0077]一种铝电解废碳素用于炼铅还原炉的方法，具体包括如下步骤：

[0078](1)将铝电解废碳素(废阴极炭块)破碎至粒径为1-3cm，在1100℃、压力30Pa条件下真空蒸馏2h，得到二次废碳素(蒸馏处理后的废阴极炭块);

[0079](2)将步骤(1)中所得的二次废碳素(蒸馏处理后的废阴极炭块)研磨至200目以下;

[0080](3)将底吹炉熔炼好的高铅渣与步骤(2)中研磨处理后的二次废碳素以质量比100:10混合均匀，同时加入高铅渣总质量3%的石灰作造渣剂，将混合均匀的物料置入刚玉坩埚中，在1250℃熔炼45min，一次风用量870Nm3/h，二次风用量300Nm3/h，用风的氧浓度为70%。通过还原后发现，高铅渣还原后的物相分析图如图3所示，从图3可以看出还原后的主物相为硅酸锌钙，硫化锌和铁钙橄榄石，物相分析没有发现明显的含铅物相，这表明反应良好;高铅渣中铅的还原率达到92.41%，锌回收率达到81.65%;在底吹炉中发生的化学反应如下：

[0081]PbO+C=Pb+CO;

[0082]PbO+CO=Pb+CO2;

[0083]ZnO+C=Zn+CO;

[0084]ZnO+CO=Zn+CO2;

[0085]2AlF3+3CaO=Al2O3+3CaF2;

[0086]2Na3AlF6+6CaO+3SiO2=Al2O3+6CaF2+3Na2SiO3;

[0087]2NaF+CaO+SiO2=CaF2+Na2SiO3;

[0088]4NaCN+9O2+2SiO2=2Na2SiO3+4NO2+4CO2;

[0089]2NaCN+4O2+SiO2=Na2SiO3+N2O3+2CO2。

[0090]显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

说明书附图(3)