本发明属于
电解铝工业废渣处理技术领域，具体涉及一种铝灰渣与大修渣协同处理利用方法及装置。
背景技术：
铝灰渣是电解铝等铝行业在生产、使用和回收等过程中产生的主要成分为金属铝和al2o3的固体物质，因其含有的有毒元素硒、砷、镉、铬、铅等会污染土壤和水体，及与水体接触反应生成具有易燃性、毒害性的气体，被列为工业固体危险废弃物，需要进行无害化处理。传统的填埋处理铝灰渣的方法无法做到无害化，而近年来研究较多的化学药剂处理、热处理等方法存在产品不纯、二次污染严重且成本过高等一系列问题，无法从完全无害化和资源化角度解决处理处置问题。
铝电解槽一般在使用4～5年后需进行大修，铝电解槽大修渣主要包含阴极碳块(占比约46.9％)、耐火砖(占比约5.5％)、扎糊(占比约6.9％)、保温砖(占比约4.2％)、耐火颗粒(占比约3.6％)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，其中可溶性氟化物具有强烈的腐蚀性，属于有害物质，氰化物为剧毒物质。目前，国内电解铝企业对电解槽大修渣除部分耐火材料回收利用外，其余排放途径以填埋、露天堆放为主，这些大修废渣受雨水冲刷和浸泡，其中的可溶性氟浸出后进入水中，渗入地下，有可能污染土壤和地下水；另外废渣长期露天堆放，渣表面风化，形成粉尘，可产生二次扬尘，污染大气。
现有的电解铝企业没有成熟的铝灰渣和大修渣的无害化、资源化处理技术，缺少既能完全去除有害物质又能降低成本的方法。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铝灰渣与大修渣协同处理利用方法及装置，能够同时实现铝灰渣和大修渣的无害化处理、资源化利用。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明公开了一种铝灰渣与大修渣协同处理利用方法，包括以下步骤：
(1)分别将铝灰渣、大修渣阴极碳块和石灰石加工成铝灰渣粉料、阴极粉料和石灰石粉料；
(2)将铝灰渣粉料、阴极粉料和石灰石粉料按照铝灰渣粉料35％-45％、阴极粉料10％-20％、石灰石粉料40％-50％的重量比混合，然后对混合料进行煅烧，煅烧得到的精炼渣冷却后破碎。
作为优选的技术方案，所述步骤(1)中，分别将铝灰渣、大修渣阴极碳块和石灰石通过破碎或/和球磨的方法加工成铝灰渣粉料、阴极粉料和石灰石粉料。
作为优选的技术方案，所述步骤(1)中，铝灰渣粉料的粒径为80目以上，阴极粉料的粒径为80目以上，石灰石粉料的粒径为5-30cm。
作为优选的技术方案，所述步骤(2)中，将铝灰渣粉料、阴极粉料和石灰石粉料混合后研磨成100目以上的混合料。
作为优选的技术方案，所述步骤(2)中，煅烧时混合料依次经过600-800℃的预热带、1300-1800℃的煅烧带和600-800℃的冷却带，总过程持续2-4个小时。
本发明公开了一种铝灰渣与大修渣协同处理利用装置，包括铝灰渣前处理系统、大修渣阴极碳块前处理系统、石灰石前处理系统、铝灰渣粉料仓、阴极粉料仓、石灰石粉料仓、配料混料系统、煅烧系统、冷却系统和破碎筛分系统；所述铝灰渣前处理系统用于加工铝灰渣粉料，所述铝灰渣前处理系统与铝灰渣粉料仓连接，所述大修渣阴极碳块前处理系统用于加工阴极粉料，所述大修渣阴极碳块前处理系统与阴极粉料仓连接，所述石灰石前处理系统用于加工石灰石粉料，所述石灰石前处理系统与石灰石粉料仓连接；所述铝灰渣粉料仓、阴极粉料仓和石灰石粉料仓分别与配料混料系统连接，所述配料混料系统与煅烧系统连接，所述煅烧系统与冷却系统连接，所述冷却系统与破碎筛分系统连接。
作为优选的技术方案，所述配料混料系统包括螺旋输送电子配料秤、球磨机和混合料料罐，所述螺旋输送电子配料秤分别与铝灰渣粉料仓、阴极粉料仓和石灰石粉料仓连接，所述球磨机与螺旋输送电子配料秤连接，所述混合料料罐与球磨机连接。
作为优选的技术方案，所述煅烧系统包括回转窑，所述回转窑从窑尾进料至窑头出料分为预热带、煅烧带和冷却带。
本发明的有益效果在于：
本发明将铝灰渣、大修渣阴极碳块和石灰石加工成粉料后共同煅烧，回收了铝灰渣中大部分铝，生成的主产品铝酸钙(精炼渣的主要成分)可用于净水工艺或其他铝材料产业，同时大修渣阴极碳作为燃料进行加热，有效利用了阴极碳块的高热值，大修渣阴极碳块中有害的氰化物在高温条件下分解，铝灰渣和阴极碳块中的氟元素与ca元素反应被固化为无害的caf2，因此同时实现了铝灰渣和大修渣的无害化处理、资源化利用。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示一种铝灰渣与大修渣协同处理利用装置，包括铝灰渣前处理系统、大修渣阴极碳块前处理系统、石灰石前处理系统、铝灰渣粉料仓、阴极粉料仓、石灰石粉料仓、配料混料系统、煅烧系统、冷却系统和破碎筛分系统。
所述铝灰渣前处理系统用于加工铝灰渣粉料，所述铝灰渣前处理系统与铝灰渣粉料仓连接，所述大修渣阴极碳块前处理系统用于加工阴极粉料，所述大修渣阴极碳块前处理系统与阴极粉料仓连接，所述石灰石前处理系统用于加工石灰石粉料，所述石灰石前处理系统与石灰石粉料仓连接。
所述配料混料系统包括螺旋输送电子配料秤、球磨机和混合料料罐，所述螺旋输送电子配料秤分别与铝灰渣粉料仓、阴极粉料仓和石灰石粉料仓连接，所述球磨机与螺旋输送电子配料秤连接，所述混合料料罐与球磨机连接。
所述配料混料系统与煅烧系统连接，所述煅烧系统包括回转窑，所述回转窑从窑尾进料至窑头出料分为预热带、煅烧带和冷却带；所述煅烧系统与冷却系统连接，所述冷却系统与破碎筛分系统连接。
由于铸造和精炼工艺不同，不同企业产生的铝灰渣和大修渣阴极碳块组成和含量存在差别。
某企业产生的铝灰渣al2o3含量≥41.2％，f含量为0.95-1.05％；大修渣成分主要为阴极碳块，阴极碳块主要成分是石油焦和沥青，固定碳含量≥63.2％，氰化物含量为7.75-13.00mg/l，f含量为9.3-12.55％；石灰石cao含量约为51.47％。
一种铝灰渣与大修渣协同处理利用方法，包括以下步骤：
1、铝灰渣经铝灰渣前处理系统球磨加工成为80目以上的铝灰渣粉料，大修渣阴极碳块经大修渣阴极碳块前处理系统破碎、球磨加工成为80目以上的阴极粉料，石灰石经石灰石前处理系统破碎、球磨加工成为粒径5-30cm的石灰石粉料。
2、将铝灰渣粉料、阴极粉料和石灰石粉料通过电子称按照铝灰渣粉料35％-45％、阴极粉料10％-20％、石灰石粉料40％-50％的重量比混合，然后球磨成100目以上的混合料。
3、将混合料用螺杆风机打入窑尾高位罐，再通过螺杆风机把混合料从回转窑窑尾放入回转窑中进行2小时至4小时的煅烧烧结；回转窑焙烧从窑尾进料至窑头出料分为预热带(温度由常温升至600℃，再逐渐升温至1300℃左右)、煅烧带(煅烧温度控制在1500℃左右)、冷却带(温度冷却至800℃)。
4、回转窑烧结好的精炼渣(块状)从回转窑窑头进入冷却系统中进行冷却，精炼渣经过冷却系统冷却后出料，出料温度在70℃左右，然后将精炼渣(块状)进行破碎、筛分后制成成品。
石灰石(caco3)在回转窑内高温分解成氧化钙，与铝灰渣中的
氧化铝进一步反应生成主产物二铝酸钙(cao·2al2o3)和一铝酸钙(cao·al2o3)。大修渣阴极碳作为燃料进行加热，大修渣阴极碳中有害物氰化物在高温下分解，其中有害物氰化物在窑温升到600℃时反应，cn﹣氰离子被氧化，nacn、kcn等氰化物发生氧化还原反应，反应完成之后，cno﹣又迅速被进一步氧化，窑温加热到700℃以上时，氰化物完全消失。铝灰渣、大修渣阴极碳中大部分氟元素与ca元素反应被固化为无害的caf2，部分氟化物随烟气进入净化系统。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
技术特征：
1.一种铝灰渣与大修渣协同处理利用方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)分别将铝灰渣、大修渣阴极碳块和石灰石加工成铝灰渣粉料、阴极粉料和石灰石粉料；
(2)将铝灰渣粉料、阴极粉料和石灰石粉料按照铝灰渣粉料35％-45％、阴极粉料10％-20％、石灰石粉料40％-50％的重量比混合，然后对混合料进行煅烧，煅烧得到的精炼渣冷却后破碎。
2.根据权利要求1所述的铝灰渣与大修渣协同处理利用方法，其特征在于：所述步骤(1)中，分别将铝灰渣、大修渣阴极碳块和石灰石通过破碎或/和球磨的方法加工成铝灰渣粉料、阴极粉料和石灰石粉料。
3.根据权利要求1所述的铝灰渣与大修渣协同处理利用方法，其特征在于：所述步骤(1)中，铝灰渣粉料的粒径为80目以上，阴极粉料的粒径为80目以上，石灰石粉料的粒径为5-30cm。
4.根据权利要求1所述的铝灰渣与大修渣协同处理利用方法，其特征在于：所述步骤(2)中，将铝灰渣粉料、阴极粉料和石灰石粉料混合后研磨成100目以上的混合料。
5.根据权利要求1所述的铝灰渣与大修渣协同处理利用方法，其特征在于：所述步骤(2)中，煅烧时混合料依次经过600-800℃的预热带、1300-1800℃的煅烧带和600-800℃的冷却带，总过程持续2-4个小时。
6.一种铝灰渣与大修渣协同处理利用装置，其特征在于：包括铝灰渣前处理系统、大修渣阴极碳块前处理系统、石灰石前处理系统、铝灰渣粉料仓、阴极粉料仓、石灰石粉料仓、配料混料系统、煅烧系统、冷却系统和破碎筛分系统；
所述铝灰渣前处理系统用于加工铝灰渣粉料，所述铝灰渣前处理系统与铝灰渣粉料仓连接，所述大修渣阴极碳块前处理系统用于加工阴极粉料，所述大修渣阴极碳块前处理系统与阴极粉料仓连接，所述石灰石前处理系统用于加工石灰石粉料，所述石灰石前处理系统与石灰石粉料仓连接；
所述铝灰渣粉料仓、阴极粉料仓和石灰石粉料仓分别与配料混料系统连接，所述配料混料系统与煅烧系统连接，所述煅烧系统与冷却系统连接，所述冷却系统与破碎筛分系统连接。
7.根据权利要求6所述的铝灰渣与大修渣协同处理利用装置，其特征在于：所述配料混料系统包括螺旋输送电子配料秤、球磨机和混合料料罐，所述螺旋输送电子配料秤分别与铝灰渣粉料仓、阴极粉料仓和石灰石粉料仓连接，所述球磨机与螺旋输送电子配料秤连接，所述混合料料罐与球磨机连接。
8.根据权利要求6所述的铝灰渣与大修渣协同处理利用装置，其特征在于：所述煅烧系统包括回转窑，所述回转窑从窑尾进料至窑头出料分为预热带、煅烧带和冷却带。
技术总结
本发明公开了一种铝灰渣与大修渣协同处理利用方法及装置；分别将铝灰渣、大修渣阴极碳块和石灰石加工成铝灰渣粉料、阴极粉料和石灰石粉料，再将铝灰渣粉料、阴极粉料和石灰石粉料混合料进行煅烧，煅烧得到的精炼渣冷却后破碎。本发明将铝灰渣、大修渣阴极碳块和石灰石加工成粉料后共同煅烧，回收了铝灰渣中大部分铝，生成的主产品铝酸钙(精炼渣)可用于净水工艺或其他铝材料产业，同时大修渣阴极碳作为燃料进行加热，有效利用了阴极碳块的高热值，大修渣阴极碳块中有害的氰化物在高温条件下分解，铝灰渣和阴极碳块中的氟元素与Ca元素反应被固化为无害的CaF2，因此同时实现了铝灰渣和大修渣的无害化处理、资源化利用。
技术研发人员：曾红
受保护的技术使用者：重庆坤垠环保科技实业发展有限公司
技术研发日：2021.01.29
技术公布日：2021.06.15
声明：
“铝灰渣与大修渣协同处理利用方法及装置与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：重庆坤垠环保科技实业发展有限公司
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2024年08月07日 ~ 09日 
