鋁工業(yè)固體廢料回收/石油焦高溫脫硫裝置及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋁工業(yè)固體廢料回收/石油焦高溫脫硫裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬鋁是用冰晶石-氧化鋁熔鹽電解的方法生產(chǎn)的，在從原鋁到原鋁凈化、制成金屬錠和合金材料的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)生如下幾種廢料:
1.在鋁電解槽大修過(guò)程中產(chǎn)生的如下固體廢料:(I)含鈉和電解質(zhì)的廢陰極炭塊；(2)含有滲透了電解質(zhì)、金屬鈉與耐火材料反應(yīng)生成硅鋁酸鈉的廢耐火材料內(nèi)襯；(3)含有電解質(zhì)的氮化硅結(jié)合碳化硅的廢陰極內(nèi)襯;(4)陰極鋼棒被鋁侵蝕后生成的Fe-Al合金；
2.在鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的含有電解質(zhì)的陽(yáng)極炭渣；
3.原鋁凈化、鑄錠和合金材料制作過(guò)程中產(chǎn)生的鋁灰渣。
[0003]這些鋁工業(yè)中產(chǎn)生的固體廢料，如果棄之，不僅對(duì)環(huán)境造成危害，而且也使這些廢料中的許多有價(jià)值的資源被浪費(fèi)，因此有許多研究者對(duì)其進(jìn)行研究，提出了很多單項(xiàng)的處理這些廢料的方法。最近我們的前一個(gè)專(zhuān)利“一種處理及回收鋁電解固體廢料的裝置”(申請(qǐng)?zhí)?015105198314)發(fā)明了一種在同一爐內(nèi)綜合處理和回收鋁電解固體廢料的方法。
[0004]利用該專(zhuān)利技術(shù)可實(shí)現(xiàn)上述從原鋁生產(chǎn)到鋁的凈化、鑄造、合金材料制作全過(guò)程固體廢料得到有效的分離和回收利用，但這一方法和裝置也存在如下的缺點(diǎn)和不足:
1.該技術(shù)裝置的真空電阻爐的整個(gè)上部結(jié)構(gòu)的爐內(nèi)壁、內(nèi)襯沒(méi)有保溫措施，因此熱損失較大，熱效率低；
2.從廢料分離回收處的金屬鈉或鈉鉀合金不容易從爐內(nèi)取出，從鈉結(jié)晶器上取下也很困難；
3.出爐時(shí)，堿金屬鈉或鈉鉀合金大面積暴露在空氣中，堿金屬鉀鈉非常容易被氧化，稍有不慎就可能引起氧化起火，且不容易被撲滅；
4.當(dāng)從固體廢料分離出來(lái)的堿金屬為Na-K合金時(shí)，此鈉鉀合金在常溫下就以液體形式存在，而這種液態(tài)的鈉鉀合金很難與結(jié)晶器剝離干凈，即使是純的金屬鈉在常溫下也常以很軟的狀態(tài)與結(jié)晶器粘在一起。
[0005]石油焦是招冶金工業(yè)招電解炭陽(yáng)極制造的基本原料和冶金工業(yè)制造石墨電極的基本原料，也就是說(shuō)，冶金工業(yè)煉鋼所用的石墨電極和鋁電解所用炭陽(yáng)極都是用石油焦制作的，石油焦的消耗量巨大。以鋁電解為例，每電解生產(chǎn)一噸金屬鋁所消耗的炭陽(yáng)極約在420?500kg，而消耗的石油焦約在600kg左右。一個(gè)年產(chǎn)量為50萬(wàn)噸的電解鋁廠，其每年所消耗的石油焦約為30萬(wàn)噸左右。石油焦是石油冶煉后所剩渣油經(jīng)焦化產(chǎn)生的，是石油冶煉工業(yè)的副廣品，故稱(chēng)石油焦。
[0006]石油焦中硫含量變化范圍較大，從低于0.5%到高于10%，主要取決于制作石油焦所用原料石油中的硫含量。石油焦按其含硫量大小劃分可分為低硫焦和尚硫焦，但尚硫焦的劃分沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，一般把高于3%硫含量的石油焦認(rèn)為是高硫焦，把低于1.5%硫含量的石油焦認(rèn)為是低硫焦，把1.5?3.0%硫含量的石油焦認(rèn)為是中硫焦。但硫含量低于1.5%的低硫焦量很少，市場(chǎng)上低硫焦越來(lái)越少，價(jià)格也很高，因此在我國(guó)電解鋁廠目前只能將低硫焦與尚硫焦進(jìn)彳丁混合配料使用，混合后的石油焦其硫含量在2?3%左右或以下，且有升尚的趨勢(shì)。在目前中等硫含量的范圍內(nèi)，似乎硫含量對(duì)鋁電解陽(yáng)極的質(zhì)量沒(méi)有什么太大的影響，但對(duì)電解鋁廠和電極生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)，石油焦中硫?qū)Νh(huán)境的影響是巨大的；以一個(gè)年產(chǎn)為50萬(wàn)噸的電解鋁廠為例，若使用含硫量2%的石油焦制作生產(chǎn)出的炭陽(yáng)極，則每年排放的由鋁電解而產(chǎn)生的SO2量為I萬(wàn)噸，而這些SO2排放到大氣中，與空氣中的水分發(fā)生反應(yīng)所生成的亞硫酸為1.2萬(wàn)噸，由此可見(jiàn)，石油焦中的硫?qū)Νh(huán)境的影響是巨大的；然而到目前為止，還沒(méi)有找到一種工業(yè)規(guī)模的石油焦脫硫的方法和技術(shù)。
[0007]目前，所有的關(guān)于石油焦的脫硫方法都是處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，在這些研究中，應(yīng)該說(shuō)高溫脫硫是一種比較現(xiàn)實(shí)的脫硫方法;工業(yè)上無(wú)論是鋁電解的炭陽(yáng)極還是煉鋼工業(yè)上用的石墨電極的制造，其所用石油焦都是經(jīng)過(guò)1200?1250°C的溫度煅燒的，在這樣的煅燒溫度下，不僅使石油焦的密度、強(qiáng)度和性能得到了提高，而且使石油焦中的硫含量降低20?25%，但更高的硫含量仍未得到有效的脫除，進(jìn)一步提高溫度，如提高到1500?1700°C，可以脫除石油焦中90%以上的硫，但如果將石油焦煅燒溫度提高到1500?1700°C，不僅消耗很多的能量，而且裝置設(shè)計(jì)也具有一定的難度，因此到目前為止，在工業(yè)上尚未開(kāi)發(fā)出一種能在1500°C或1500°C以上的溫度條件下進(jìn)行高溫脫硫的方法和裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有鋁工業(yè)固體廢料回收處理及石油焦高溫脫硫存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種鋁工業(yè)固體廢料回收/石油焦高溫脫硫裝置及其使用方法，以鋁工業(yè)固體廢料當(dāng)中的鋁電解槽廢陰極炭塊的碎塊料或石油焦作為電阻發(fā)熱體，以耐火材料制成爐膛，在爐膛上方設(shè)置高熔點(diǎn)結(jié)晶室，在爐殼外設(shè)置低熔點(diǎn)物質(zhì)結(jié)晶室和液體低熔點(diǎn)物質(zhì)集收器，高熔點(diǎn)結(jié)晶室和低熔點(diǎn)物質(zhì)結(jié)晶室分別與真空系統(tǒng)連接，通過(guò)高溫真空分離回收的方式，達(dá)到高效分離鋁工業(yè)固體廢料的效果，或高效石油焦脫硫的效果。
[0009]本發(fā)明的鋁工業(yè)固體廢料回收/石油焦高溫脫硫裝置包括爐體、爐體后端的低熔點(diǎn)物質(zhì)結(jié)晶器和低熔點(diǎn)物質(zhì)結(jié)晶器下方的液體低熔點(diǎn)物質(zhì)集收器;爐體外部為爐殼，爐殼上部的外壁上設(shè)有冷卻水套，頂部設(shè)有與爐殼密封連接的爐蓋，爐殼內(nèi)設(shè)有保溫材料層，保溫材料層內(nèi)設(shè)有槽型耐火材料墻體，槽型耐火材料墻體由四個(gè)側(cè)墻板和一個(gè)底墻板構(gòu)成；槽型耐火材料墻體內(nèi)設(shè)有耐火混凝土內(nèi)墻體;耐火混凝土內(nèi)墻體由三個(gè)與底墻板垂直的內(nèi)墻墻板構(gòu)成，內(nèi)墻墻板高度低于槽型耐火材料墻體高度，耐火混凝土內(nèi)墻體與槽型耐火材料墻體靠近爐體前端的側(cè)墻板的一部分圍成一個(gè)長(zhǎng)方體副料室，槽型耐火材料墻體內(nèi)部的副料室以外的空間作為主料室;主料室用于放置作為電阻發(fā)熱體的鋁電解槽廢陰極炭塊的碎塊料，或者用于放置作為電阻發(fā)熱體的石油焦，所述的石油焦為生焦或煅后石油焦;主料室頂部設(shè)置有主料室上蓋;耐火混凝土內(nèi)墻體上設(shè)有通孔，耐火混凝土內(nèi)墻體頂部還設(shè)有槽型開(kāi)口，通孔和槽型開(kāi)口將主料室和副料室連通;槽型耐火材料墻體靠近爐體前端的側(cè)墻板上設(shè)有兩個(gè)石墨電極，兩個(gè)石墨電極位于副料室兩側(cè)，兩個(gè)石墨電極的一端分別與一個(gè)金屬電極裝配在一起，金屬電極密封固定在爐殼上，兩個(gè)石墨電極的另一端與電阻發(fā)熱體的兩端連接;槽型耐火材料墻體頂部設(shè)置有預(yù)制板，預(yù)制板與爐蓋之間設(shè)有耐火保溫材料板;主料室上蓋的上方和副料室的上方以及預(yù)制板下方空間作為高熔點(diǎn)物質(zhì)結(jié)晶室；爐殼上設(shè)有帶閥門(mén)的前端真空抽氣管，前端真空抽氣管位于兩個(gè)石墨電極的上方，前端真空抽氣管與保溫材料層和槽型耐火材料墻體上的真空通道連通，真空通道與高熔點(diǎn)物質(zhì)結(jié)晶室連通;槽型耐火材料墻體后端設(shè)有套筒，套筒與低熔點(diǎn)物質(zhì)結(jié)晶器連通，低熔點(diǎn)物質(zhì)結(jié)晶器底部通過(guò)閥門(mén)與液體低熔點(diǎn)物質(zhì)集收器連通，液體低熔點(diǎn)物質(zhì)集收器內(nèi)設(shè)有抬包;低熔點(diǎn)物質(zhì)結(jié)晶器設(shè)有帶閥門(mén)的后端真空抽氣管和氬氣充氣管。
[0010]上述的低熔點(diǎn)物質(zhì)結(jié)晶器為臥式結(jié)構(gòu)，或?yàn)樨Q式結(jié)構(gòu)，外部交替纏繞有電阻絲加熱裝置和冷卻水管；當(dāng)?shù)腿埸c(diǎn)物質(zhì)結(jié)晶器為臥式結(jié)構(gòu)時(shí)，其下部為倒置的錐形，倒置的錐形的底端連接一個(gè)集收管，該集收管通過(guò)閥門(mén)與液體低熔點(diǎn)物質(zhì)集收器內(nèi)部連通，低熔點(diǎn)物質(zhì)結(jié)晶器遠(yuǎn)離爐體的一端設(shè)有端蓋與低熔點(diǎn)物質(zhì)結(jié)晶器密封連接；當(dāng)?shù)腿埸c(diǎn)物質(zhì)結(jié)晶器為豎式結(jié)構(gòu)時(shí)，低熔點(diǎn)物質(zhì)結(jié)晶器由傾斜段與垂直段組成，傾斜段上方與套筒連通，傾斜段的下部連接一個(gè)集收管，該集收管通過(guò)閥門(mén)與液體低熔點(diǎn)物質(zhì)集收器內(nèi)部連通，垂直段的頂端設(shè)有端蓋與低熔點(diǎn)物質(zhì)結(jié)晶器密封連接。
[0011]上述裝置中，低熔點(diǎn)物質(zhì)結(jié)晶器內(nèi)設(shè)有擋板，擋板上設(shè)有擋板通孔，后端真空抽氣管和氬氣充氣管位于端蓋和擋板之間。
[0012]上述裝置中，液體低熔點(diǎn)物質(zhì)集收器頂部設(shè)有集收器上蓋，集收器上蓋與液體低熔點(diǎn)物質(zhì)集收器密封連接;集收器上蓋與集收管固定在一起，集收管外交替纏繞有電阻絲和冷卻水管。
[0013]本發(fā)明的鋁工業(yè)固體廢料回收/石油焦高溫脫硫裝置的使用方法，其中鋁工業(yè)固體廢料回收方法按以下步驟進(jìn)行:
1、將鋁電解槽廢陰極炭塊的碎塊料置于主料室內(nèi)作為電阻發(fā)熱體;所述的鋁電解槽廢陰極炭塊的碎塊料的粒徑^ 8cm；
2、將陽(yáng)極炭渣，或粒徑<