新型再生電解質熔煉技術

摘 要：電解鋁生產產生的碳渣屬于危廢物質，電解槽中一旦有大量碳渣存在，將會嚴重危害電生產，譬如造成電解質電壓升高、電耗增加、電解槽使用壽命縮短等，導致電解生產綜合經濟指標下滑，因此電解槽中的碳渣必須要及時打撈出去。目前電解鋁生產企業主要采用兩種處理工藝處理碳渣，提取有用的再生電解質（再生冰晶石）供電解鋁生產使用，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場煙氣大、操作人員作業環境較差、碳排放量大、大修費用高等特點；濕法處理工藝具有無煙氣、生產現場環境好等優點。但是，濕法生產出的產品是再生冰晶石，這種原料一般在電解槽啟動時用量較大，且價格便宜，正常生產過程中用量很小，針對這種短板，工程技術人員在多次試驗后發明了對再生冰晶石的后處理方法--就是中頻-石墨坩堝加熱生產再生電解質的新方法，這種方法具有操作工藝簡單、熔化升溫快、生產效率高、熔液成分均勻等優點，這種熔煉再生電解質的方法值得在電解鋁生產企業中推廣應用。

關鍵詞：碳渣 危廢物質 熱熔法 濕法 中頻系統 石墨坩堝

0 引言

碳渣是一種固體危廢物質，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，將會嚴重危害電生產，譬如造成電解質電壓升高、電耗增加、電解槽使用壽命縮短等，導致電解生產綜合經濟指標下滑，因此電解槽中的碳渣必須要及時打撈出去。對打撈出去的碳渣進行無害化處理，不但可以避免對環境的污染，而且還能回收半數以上的電解質，是一項重要的降本增效措施。目前鋁電解生產企業對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。火法處理是直接對碳渣進行加熱至熔融狀態，使絕大多數碳物質和氧氣發生反應，以氣體的形式排入大氣中。液態電解質經過澆鑄、撈渣、冷卻、脫模等工序，得到回收利用；火法生產具有生產現場環境條差、生產成本高、爐壽命短、大修費用高、碳排放量大、燃氣限制約束等缺點；濕法處理是將碳渣用球磨機磨成顆粒為50模以下的混合粉料，在磨粉的同時在球磨機加料口，出料口按照比例要求加入浮選藥劑，然后在浮選機中加入進行攪拌、浮選、分離，回收的再生冰晶石可以用于電解生產，回收的碳粉可以制作陽極保護環或者無害化處理后用于生產其它碳素產品；濕法生產具有生產環境較好、產量穩定等優點，但是濕法生產的再生冰晶石主要用于電解槽啟動，日常需求量小，市場價格低，所以如何利用過剩的再生冰晶石生需求量大、市場價格高的新產品是需要研究解決的問題。針對這種短板，工程技術人員在多次試驗后發明了利用再生冰晶石的熔煉再生電解質的方法，就是中頻-石墨坩堝加熱生產再生電解質的新方法。

1 再生電解質熔煉方法簡介

1.1 工藝設備設計原理

中頻-石墨坩堝加熱工藝是借鑒中頻感應爐的工作原理而設計的，是一種將工頻50Hz交流電轉變為中頻（300Hz以上至1000Hz）的電源裝置，三相交流電通過整流后變成直流電，再通過逆變把直流電變換成可調節的中頻電流，供給由電容和感應線圈，中頻交變電流在感應圈中產生高密度的磁力線，并切割感應圈內安裝的石墨坩堝，使石墨坩堝產生渦流并發熱達到加熱再生冰晶石的目的。

1.2熔煉過程控制

坩堝內的再生冰晶石溫度隨著坩堝溫度的升高而逐漸升高，當溫度達到900℃左右時，冰晶石開始熔化為液態電解質，絕大多數碳粉以固態形式漂浮在電解質液面上。為了確保再生冰晶石完全熔化，還需對坩堝內的電解質液繼續加熱攪拌，經過加熱攪拌工序后，具備第一次打渣條件；打渣后的電解質液中含碳量已大幅降低，并具備澆鑄條件，此時的中頻功率應降至零位。澆鑄電解質需要專用澆鑄工具，鑄入模具中的電解質液靜置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。經過二次打渣的電解質液好在足夠長時間的冷卻工序后具備脫模條件，最終生產出合格的電解質塊供電解鋁日常生產需求。通過這種辦法生產出的電解質塊，各項指標（C、LiF、KF、AL2O3、SiO2等）含量均符合標準。

1.3 爐體線圈尺寸設計推算方法

這種生產方法工藝簡單，投資額度小，主要設備就是中頻加熱設備，核心技術就是利用中頻交變電流在感應圈中產生高密度的磁力線，切割石墨坩堝產生渦流發熱達到加熱再生冰晶石。經過實際生產試驗總結，中頻系統運行功率在350KW.H～450KW.H最佳，處于這種功率狀態下的石墨坩堝使用壽命相對較長。因此中頻系統額定功率按600KW.H設計計較合理，確定系統額定功率后，綜合坩堝尺寸等因素計算出感應線圈的管截面尺寸、線圈匝數、匝間距等數據，并以此數據制作感應線圈。

1.4 對比分析

綜合對比分析得出結論：1、熱熔法生產工藝具有處理現場煙氣大、操作人員作業環境較差、碳排放量大、大修費用高等缺點；2、濕法生產工藝具有無煙氣、生產現場環境好等優點。同時浮選法也有自身的短板，生產的再生冰晶石一般于電解槽啟動，正常電解生產過程中的需求用量很小，且市場價格很低。3、中頻-石墨坩堝加熱生產再生電解質的新方法可以作為濕法生產的拓展，具體說就是濕法處理電解鋁碳渣生產的再生冰晶石的后處理方法，利用這種新方法可以將過剩的再生冰晶石作為原料，生產出品質更好、市場需求量大、價格高的再生電解質；這種方法具有投資少、無大修費用、操作簡單靈活、生產成本低、碳排低、環保經濟效益好等特點。

參考文獻：

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[3] 黃英科，肖輝照，彭德泉.鋁電解質熔煉中碳渣的形成和分布及其分離措施[J]；輕金屬；1994年10期

作者簡介：鐵國泰（1976.10-），男 漢族 甘肅蘭州人，本科，從事企業機加工生產管理