王利俊
(內(nèi)蒙古大唐國(guó)際呼和浩特鋁電有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010206)
鋁電解用陽(yáng)極是將煅后焦、瀝青、生碎和殘極按照一定比例進(jìn)行混合,經(jīng)振動(dòng)成型、高溫焙燒等工序生產(chǎn)出滿足電解需要的陽(yáng)極塊。在電解槽內(nèi)工作過(guò)程中,炭陽(yáng)極不斷消耗,與氧化鋁發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成 CO2及CO氣體和金屬鋁液[1]。由于原料質(zhì)量、陽(yáng)極加工質(zhì)量、換極作業(yè)質(zhì)量和電解質(zhì)體系自身存在的問(wèn)題,使炭陽(yáng)極在電解槽中出現(xiàn)掉渣現(xiàn)象,進(jìn)而熔解或漂浮于電解質(zhì)表面,形成炭渣[2]。
炭陽(yáng)極在槽內(nèi)掉渣后,炭渣漂浮或熔解在電解質(zhì)中,一部分靠電解槽自身分離排出,一部分由人工打撈,還有少部分不能撈出,仍滯留在電解質(zhì)內(nèi)或漂浮在電解質(zhì)表層,導(dǎo)致電解質(zhì)含碳增加,惡化電解質(zhì)成分,影響到電流效率[3]。
電解質(zhì)含炭渣會(huì)使熔體電阻增大,電耗隨之增加,同時(shí)槽溫上升,嚴(yán)重時(shí)破壞現(xiàn)有的規(guī)整爐膛。炭渣粒度越小越易熔解在電解質(zhì)中,還不易分離排出,造成惡性循環(huán)。炭渣還會(huì)加劇鋁液的二次熔解,降低電流效率[4]。
正常情況下,陽(yáng)極在電解槽內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成二氧化碳陽(yáng)極氣體經(jīng)煙氣凈化系統(tǒng)凈化排空。隨著電解槽炭渣的增多,被凈化系統(tǒng)帶出的炭渣粉末及其夾雜物進(jìn)入大氣中,成為大氣污染物,嚴(yán)重地影響環(huán)境質(zhì)量。炭渣增多,打撈力度的增大,進(jìn)入炭渣的氟化鹽必將增多,勢(shì)必造成氟化鹽的大量浪費(fèi),同時(shí)也造成對(duì)環(huán)境的污染[4]。
當(dāng)前炭渣處理技木有浮選和火法處理技術(shù)。二者相比較,火法處理技術(shù)具有電解質(zhì)純度高、經(jīng)濟(jì)效益好的特點(diǎn),是一種十分有前景的處理技術(shù)[5]。經(jīng)統(tǒng)計(jì),我公司電解車(chē)間每日約打撈出12 t廢炭渣,年產(chǎn)生量約4380 t。為實(shí)現(xiàn)廢物綜合利用,降低企業(yè)生產(chǎn)成本,保護(hù)生態(tài)環(huán)境,我公司于2018年6月1日開(kāi)工新建2臺(tái)火法熔煉爐,日處理20 t廢炭渣,車(chē)間占地面積800 m2。
炭渣熔煉爐主要包括熔煉爐本體、燃燒系統(tǒng)、煙氣摻冷風(fēng)系統(tǒng)、出料系統(tǒng)。炭渣通過(guò)爐口加入爐膛內(nèi),燃燒系統(tǒng)將爐膛爐溫升至1300℃左右,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后物料融化,爐渣析出,由扒渣爪(斗)從爐口扒出,液態(tài)電解質(zhì)由爐底出料口流出至料斗,經(jīng)自然冷卻成為固態(tài)。熔煉過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣接入電解煙氣凈化系統(tǒng),用氧化鋁吸收揮發(fā)的氟化物返回電解槽使用,回收的電解質(zhì)供電解槽再次使用,實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極炭渣的無(wú)害化處理與電解質(zhì)綜合回收利用。
圖1 炭渣熔煉爐
圖2 炭渣熔煉工藝流程圖
我公司電解炭渣熔煉爐于2019年3月4日開(kāi)始烘爐進(jìn)行調(diào)試生產(chǎn)。新建炭渣熔煉爐采用普通紅磚及高鋁磚進(jìn)行砌筑,電解質(zhì)具有強(qiáng)烈的腐蝕性,對(duì)炭渣熔煉爐內(nèi)襯產(chǎn)生腐蝕。由于內(nèi)襯材料選型及砌筑不合理,熔煉爐試運(yùn)行12天后出現(xiàn)爐壁多處發(fā)紅,耐火磚塌陷,熔煉爐被迫停爐重新進(jìn)行砌筑。同時(shí)由于熔煉爐采用平頂結(jié)構(gòu),不利于氣體的流動(dòng),爐溫不均勻[6],提煉的成品電解質(zhì)中碳含量偏高。
圖3 熔煉爐內(nèi)襯材料被電解質(zhì)侵蝕
經(jīng)過(guò)對(duì)同行業(yè)現(xiàn)有熔煉爐進(jìn)行實(shí)地考察與數(shù)據(jù)收集,重新對(duì)炭渣熔煉爐內(nèi)襯材料進(jìn)行優(yōu)化選型,新砌筑內(nèi)襯采用普通紅磚、高鋁磚及電熔鎂鉻磚進(jìn)行砌筑。
圖4 熔煉爐重新砌筑
表1 炭渣熔煉爐內(nèi)襯砌筑材料明細(xì)表
爐頂采用拱形結(jié)構(gòu),由于拱頂結(jié)構(gòu)相對(duì)平頂結(jié)構(gòu)而言,完善了燃燒空間的合理性,過(guò)渡轉(zhuǎn)角有利于氣體的流動(dòng)性,提高了爐內(nèi)橫截面的溫度均勻性,并在保證燃燒性能基礎(chǔ)上,兼顧結(jié)構(gòu)尺寸的科學(xué)性和用材的穩(wěn)固性,確保爐頂?shù)睦喂贪惭b。
在熔煉爐烘爐過(guò)程中,嚴(yán)格按事先制定的烘爐曲線執(zhí)行,使在烘爐過(guò)程中有可以遵循的標(biāo)準(zhǔn),保證烘爐質(zhì)量,逐漸升溫將爐膛內(nèi)內(nèi)襯水分逐步蒸干,使耐火膠泥充分燒結(jié),增加內(nèi)襯的使用壽命,做到安全烘爐。
圖5 熔煉爐烘爐曲線
生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)工藝不斷優(yōu)化制定出操作規(guī)程,嚴(yán)格按規(guī)程執(zhí)行。烘爐結(jié)束后將約600 kg炭渣通過(guò)加料口加入爐膛內(nèi)。點(diǎn)火將燃燒器開(kāi)至最大功率,待爐膛爐溫升至1300℃左右,持續(xù)約30分鐘后停止加熱,期間嚴(yán)禁向爐膛內(nèi)吹風(fēng)。將熔融電解質(zhì)液面上的炭渣,用扒渣爪(斗)從加料口扒出,扒渣完畢后,從出料口放出部分液態(tài)電解質(zhì)(約150 kg)后,使?fàn)t膛自然冷卻。當(dāng)爐膛溫度降至850℃后(降溫過(guò)程嚴(yán)禁吹風(fēng))形成保護(hù)層,檢查爐壁掛料情況,如保護(hù)層不明顯,重新進(jìn)行掛料,直至形成保護(hù)層后進(jìn)行正常生產(chǎn)。
生產(chǎn)過(guò)程中由于熔煉爐出料口側(cè)頻繁出料,難以形成爐幫。熔煉爐運(yùn)行五個(gè)月后出現(xiàn)出料口側(cè)內(nèi)襯沖刷嚴(yán)重,爐外壁溫度升高現(xiàn)象。為延長(zhǎng)爐內(nèi)襯整體使用壽命,采用對(duì)出料口側(cè)內(nèi)襯進(jìn)行局部修補(bǔ)方式,局部修補(bǔ)后,熔煉爐運(yùn)行比較穩(wěn)定。
通過(guò)對(duì)電解炭渣熔煉爐內(nèi)襯材料及砌筑方式合理進(jìn)行選型、以及加強(qiáng)基礎(chǔ)管理使熔煉爐爐膛內(nèi)建立爐幫、對(duì)熔煉爐內(nèi)襯進(jìn)行局部修補(bǔ)等措施,熔煉爐內(nèi)襯使用壽命由原設(shè)計(jì)120天延長(zhǎng)至240天左右,每年節(jié)約了大修費(fèi)用80余萬(wàn)元,降低了火法處理炭渣的生產(chǎn)成本,提高了經(jīng)濟(jì)效益。
圖6 重新修補(bǔ)內(nèi)襯