新型再生電解質(zhì)熔煉技術(shù)

摘 要：電解鋁生產(chǎn)產(chǎn)生的碳渣屬于危廢物質(zhì)，電解槽中一旦有大量碳渣存在，將會(huì)嚴(yán)重危害電生產(chǎn)，譬如造成電解質(zhì)電壓升高、電耗增加、電解槽使用壽命縮短等，導(dǎo)致電解生產(chǎn)綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)下滑，因此電解槽中的碳渣必須要及時(shí)打撈出去。目前電解鋁生產(chǎn)企業(yè)主要采用兩種處理工藝處理碳渣，提取有用的再生電解質(zhì)（再生冰晶石）供電解鋁生產(chǎn)使用，一種是碳渣熱熔法（火法）處理工藝，另一種是濕法（浮選法）處理工藝。熱熔法處理工藝具有處理現(xiàn)場(chǎng)煙氣大、操作人員作業(yè)環(huán)境較差、碳排放量大、大修費(fèi)用高等特點(diǎn)；濕法處理工藝具有無(wú)煙氣、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境好等優(yōu)點(diǎn)。但是，濕法生產(chǎn)出的產(chǎn)品是再生冰晶石，這種原料一般在電解槽啟動(dòng)時(shí)用量較大，且價(jià)格便宜，正常生產(chǎn)過(guò)程中用量很小，針對(duì)這種短板，工程技術(shù)人員在多次試驗(yàn)后發(fā)明了對(duì)再生冰晶石的后處理方法--就是中頻-石墨坩堝加熱生產(chǎn)再生電解質(zhì)的新方法，這種方法具有操作工藝簡(jiǎn)單、熔化升溫快、生產(chǎn)效率高、熔液成分均勻等優(yōu)點(diǎn)，這種熔煉再生電解質(zhì)的方法值得在電解鋁生產(chǎn)企業(yè)中推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：碳渣 危廢物質(zhì) 熱熔法 濕法 中頻系統(tǒng) 石墨坩堝

0 引言

碳渣是一種固體危廢物質(zhì)，主要成分是碳素、氟化鹽、氧化鋁、鐵化合物和其他微量元素。電解槽中一旦有大量碳渣存在，將會(huì)嚴(yán)重危害電生產(chǎn)，譬如造成電解質(zhì)電壓升高、電耗增加、電解槽使用壽命縮短等，導(dǎo)致電解生產(chǎn)綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)下滑，因此電解槽中的碳渣必須要及時(shí)打撈出去。對(duì)打撈出去的碳渣進(jìn)行無(wú)害化處理，不但可以避免對(duì)環(huán)境的污染，而且還能回收半數(shù)以上的電解質(zhì)，是一項(xiàng)重要的降本增效措施。目前鋁電解生產(chǎn)企業(yè)對(duì)碳渣的通用處理方法主要有兩種：一種是火法處理，另一種是濕法處理?；鸱ㄌ幚硎侵苯訉?duì)碳渣進(jìn)行加熱至熔融狀態(tài)，使絕大多數(shù)碳物質(zhì)和氧氣發(fā)生反應(yīng)，以氣體的形式排入大氣中。液態(tài)電解質(zhì)經(jīng)過(guò)澆鑄、撈渣、冷卻、脫模等工序，得到回收利用；火法生產(chǎn)具有生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條差、生產(chǎn)成本高、爐壽命短、大修費(fèi)用高、碳排放量大、燃?xì)庀拗萍s束等缺點(diǎn)；濕法處理是將碳渣用球磨機(jī)磨成顆粒為50模以下的混合粉料，在磨粉的同時(shí)在球磨機(jī)加料口，出料口按照比例要求加入浮選藥劑，然后在浮選機(jī)中加入進(jìn)行攪拌、浮選、分離，回收的再生冰晶石可以用于電解生產(chǎn)，回收的碳粉可以制作陽(yáng)極保護(hù)環(huán)或者無(wú)害化處理后用于生產(chǎn)其它碳素產(chǎn)品；濕法生產(chǎn)具有生產(chǎn)環(huán)境較好、產(chǎn)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但是濕法生產(chǎn)的再生冰晶石主要用于電解槽啟動(dòng)，日常需求量小，市場(chǎng)價(jià)格低，所以如何利用過(guò)剩的再生冰晶石生需求量大、市場(chǎng)價(jià)格高的新產(chǎn)品是需要研究解決的問(wèn)題。針對(duì)這種短板，工程技術(shù)人員在多次試驗(yàn)后發(fā)明了利用再生冰晶石的熔煉再生電解質(zhì)的方法，就是中頻-石墨坩堝加熱生產(chǎn)再生電解質(zhì)的新方法。

1 再生電解質(zhì)熔煉方法簡(jiǎn)介

1.1 工藝設(shè)備設(shè)計(jì)原理

中頻-石墨坩堝加熱工藝是借鑒中頻感應(yīng)爐的工作原理而設(shè)計(jì)的，是一種將工頻50Hz交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹蓄l（300Hz以上至1000Hz）的電源裝置，三相交流電通過(guò)整流后變成直流電，再通過(guò)逆變把直流電變換成可調(diào)節(jié)的中頻電流，供給由電容和感應(yīng)線圈，中頻交變電流在感應(yīng)圈中產(chǎn)生高密度的磁力線，并切割感應(yīng)圈內(nèi)安裝的石墨坩堝，使石墨坩堝產(chǎn)生渦流并發(fā)熱達(dá)到加熱再生冰晶石的目的。

1.2熔煉過(guò)程控制

坩堝內(nèi)的再生冰晶石溫度隨著坩堝溫度的升高而逐漸升高，當(dāng)溫度達(dá)到900℃左右時(shí)，冰晶石開(kāi)始熔化為液態(tài)電解質(zhì)，絕大多數(shù)碳粉以固態(tài)形式漂浮在電解質(zhì)液面上。為了確保再生冰晶石完全熔化，還需對(duì)坩堝內(nèi)的電解質(zhì)液繼續(xù)加熱攪拌，經(jīng)過(guò)加熱攪拌工序后，具備第一次打渣條件；打渣后的電解質(zhì)液中含碳量已大幅降低，并具備澆鑄條件，此時(shí)的中頻功率應(yīng)降至零位。澆鑄電解質(zhì)需要專用澆鑄工具，鑄入模具中的電解質(zhì)液靜置2～3分鐘后，剩余的碳粉幾乎完全漂浮在液面上，具備二次打渣條件。經(jīng)過(guò)二次打渣的電解質(zhì)液好在足夠長(zhǎng)時(shí)間的冷卻工序后具備脫模條件，最終生產(chǎn)出合格的電解質(zhì)塊供電解鋁日常生產(chǎn)需求。通過(guò)這種辦法生產(chǎn)出的電解質(zhì)塊，各項(xiàng)指標(biāo)（C、LiF、KF、AL2O3、SiO2等）含量均符合標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 爐體線圈尺寸設(shè)計(jì)推算方法

這種生產(chǎn)方法工藝簡(jiǎn)單，投資額度小，主要設(shè)備就是中頻加熱設(shè)備，核心技術(shù)就是利用中頻交變電流在感應(yīng)圈中產(chǎn)生高密度的磁力線，切割石墨坩堝產(chǎn)生渦流發(fā)熱達(dá)到加熱再生冰晶石。經(jīng)過(guò)實(shí)際生產(chǎn)試驗(yàn)總結(jié)，中頻系統(tǒng)運(yùn)行功率在350KW.H～450KW.H最佳，處于這種功率狀態(tài)下的石墨坩堝使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)。因此中頻系統(tǒng)額定功率按600KW.H設(shè)計(jì)計(jì)較合理，確定系統(tǒng)額定功率后，綜合坩堝尺寸等因素計(jì)算出感應(yīng)線圈的管截面尺寸、線圈匝數(shù)、匝間距等數(shù)據(jù)，并以此數(shù)據(jù)制作感應(yīng)線圈。

1.4 對(duì)比分析

綜合對(duì)比分析得出結(jié)論：1、熱熔法生產(chǎn)工藝具有處理現(xiàn)場(chǎng)煙氣大、操作人員作業(yè)環(huán)境較差、碳排放量大、大修費(fèi)用高等缺點(diǎn)；2、濕法生產(chǎn)工藝具有無(wú)煙氣、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境好等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)浮選法也有自身的短板，生產(chǎn)的再生冰晶石一般于電解槽啟動(dòng)，正常電解生產(chǎn)過(guò)程中的需求用量很小，且市場(chǎng)價(jià)格很低。3、中頻-石墨坩堝加熱生產(chǎn)再生電解質(zhì)的新方法可以作為濕法生產(chǎn)的拓展，具體說(shuō)就是濕法處理電解鋁碳渣生產(chǎn)的再生冰晶石的后處理方法，利用這種新方法可以將過(guò)剩的再生冰晶石作為原料，生產(chǎn)出品質(zhì)更好、市場(chǎng)需求量大、價(jià)格高的再生電解質(zhì)；這種方法具有投資少、無(wú)大修費(fèi)用、操作簡(jiǎn)單靈活、生產(chǎn)成本低、碳排低、環(huán)保經(jīng)濟(jì)效益好等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：鐵國(guó)泰（1976.10-），男 漢族 甘肅蘭州人，本科，從事企業(yè)機(jī)加工生產(chǎn)管理