[发明专利]一种从铝电解炭渣中回收电解质的熔炼炉和熔炼方法

说明书

本发明公开了一种从铝电解炭渣中回收电解质的熔炼炉，熔炼炉为竖式熔炼炉，包括位于顶部位置的进料口、烟气出口、位于中部位置的炉体、位于底部附近的助燃剂加入口、燃料加入口、电解质溢流口以及底部的电解质收集池，所述炉体从内向外包括：冰晶石层、耐蚀层、耐火材料层、保温材料层和钢板。本发明在熔炼炉内使炭渣和热气流逆向接触，增大了反应面积，提高了处理效率。利用炭渣自身热值，实现其所含电解质熔化，同时可以根据炭渣成分不同调节工艺参数，工艺控制方便。熔炼炉运行过程中在其内壁形成高熔点冰晶石保护层，减少反应物料对炉体内衬的侵蚀，保证了熔炼炉使用寿命。

技术领域

本发明属于铝电解技术领域，涉及一种从铝电解炭渣中回收电解质的熔炼炉和熔炼方法。

背景技术

现有的铝电解技术以氧化铝为原料，熔融冰晶石为溶剂，炭素体为阳极，在电解槽内进行电解得到金属铝液。在铝电解过程中，由于炭素阳极的不均匀燃烧、选择性氧化、铝液和电解质的侵蚀、冲刷等原因的影响，使部分碳颗粒从阳极脱落进入熔盐电解质中，形成炭渣。

电解槽内炭渣的产生对铝电解过程的影响较大，为保证铝电解生产过程正常进行，铝电解槽中的炭渣必须定期打捞。在捞炭渣时，电解质粘附在炭渣表面被带走，炭渣中通常含有60％左右的电解质，造成电解质的大量浪费。据统计，我国铝电解企业每生产1t原铝，约产生炭渣10kg，我国是铝电解大国，最近几年原铝每年产量三千多万吨，大量电解质混入炭渣中。炭渣由于含氟等有毒物质会对环境产生危害，2016年被列入《国家危险废物名录》(代码：321-025-48，危险特性：T)。

根据国家相关政策，炭渣禁止弃置或露天堆存，要求在电解铝企业厂内进行无害化处理或者委托具有危险废物处理资质的单位处理。对于工业危险废物的处置，国家环保部门针对各地区情况规定了不同处置收费标准，一般在1500-5000元/吨。此外，自2018年1月1日起施行的《中华人民共和国环境保护税法》中规定，每吨危险废物环境保护税税额为1000元。电解铝企业面临着高昂的危险废物处理费用和危险废弃物环境保护税的压力，因此，炭渣的无害化处理及资源化综合利用是电解铝行业急需解决的难题。

现有工业应用的方法主要有浮选法，浮选法的原理是：炭渣湿磨至一定粒度，加入浮选药剂搅拌，然后加入浮选机鼓入空气形成气泡。碳粉颗粒随气泡上浮至矿浆表面形成泡沫刮出，电解质自浮选槽底流排出，实现了炭渣中碳粉与电解质分离。炭渣浮选法的优点：处理成本低；劳动用工少；工人劳动强度小，生产环境好。炭渣浮选法的缺点：电解质回收率低；回收电解质含碳量高(约5％)，不利于返回铝电解生产用；浮选废水中含有氟离子，需进行废水处理。

相关的学者专家也开发了焙烧法处理炭渣技术，该技术的基本原理是：炭渣在一定温度下于回转窑内焙烧，使炭渣中的碳、氢等可燃物充分燃烧，所得焙烧产物即为电解质，从而实现炭渣中电解质与碳分离的目的。炭渣焙烧法的优点：回收电解质纯度高，可直接返回电解槽循环利用。炭渣焙烧法的缺点：焙烧时间长，生产效率低下，不利于大规模处理炭渣；工人劳动强度大，劳动环境恶劣。

发明内容

针对上述已有技术存在的不足，本发明提供一种从铝电解炭渣中回收电解质的熔炼炉和熔炼方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种从铝电解炭渣中回收电解质的熔炼炉，熔炼炉为竖式熔炼炉，包括位于顶部位置的进料口(1)、烟气出口(2)、位于中部位置的炉体(3)、位于底部附近的助燃剂加入口(5)、燃料加入口(6)、电解质溢流口(7)以及底部的电解质收集池(8)，所述炉体(3)从内向外包括：冰晶石层、耐蚀层、耐火材料层、保温材料层和钢板。

本发明中，耐蚀层是炭素材料、氮化硅材料、氮化硅结合碳化硅材料、镁铝尖晶石结构材料、刚玉中的一种，厚度10mm-120mm；耐火材料层所用耐火材料耐热度大于1200℃，厚度30-300mm；保温材料层所用保温材料25℃导热系数小于0.5W/(m·K)，厚度30-300mm；钢板厚度3-20mm。