鋁電解槽廢防滲料回收再利用的技術(shù)研究

賈致維，李偉明，劉 森，徐 良

（包頭鋁業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014000）

2019年中國(guó)電解鋁產(chǎn)量約3580萬(wàn)噸，占全球總產(chǎn)量的50%以上。鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的固體廢棄物，如炭渣、廢陰極、焙燒填充料收塵粉、磷鐵環(huán)清理細(xì)炭粉、廢防滲料等，其中部分屬于危險(xiǎn)廢棄物[1，2]。本項(xiàng)目針對(duì)鋁電解廢防滲料等工業(yè)固廢的無(wú)害化處置困難的問(wèn)題，開(kāi)展基于企業(yè)現(xiàn)有停槽刨爐防滲料成分研究基礎(chǔ)上，通過(guò)物理處理，使廢防滲料滿足大修防滲料成分和性能指標(biāo)要求，既降低現(xiàn)場(chǎng)處置固廢量又降低大修成本，具有重要的研究?jī)r(jià)值。

1 鋁電解廢防滲料現(xiàn)狀

包頭某企業(yè)年產(chǎn)生廢防滲料約4500噸，按照內(nèi)蒙古危廢處置收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，若交由具有危廢處理資質(zhì)的第三方進(jìn)行處理，噸危廢處理費(fèi)用約3000~4000元/噸，則年需處理廢防滲料費(fèi)用至少1350萬(wàn)元/a。雖然企業(yè)建有無(wú)害化處理線，廢防滲料可與廢槽襯一同進(jìn)行無(wú)害化處理，處理的費(fèi)用約為1500元/噸，但是處理后的無(wú)害化廢槽襯作為固體廢棄物仍然需要存放于專(zhuān)門(mén)的堆場(chǎng)。若本項(xiàng)目成功實(shí)施后有助于緩解企業(yè)面臨的環(huán)保壓力的同時(shí)可以減免處置費(fèi)，因此廢防滲料[3，4]的處理利用是企業(yè)亟待解決的環(huán)保難題。

資料表明[5]：國(guó)外將廢防滲料、廢保溫磚、廢硅酸鈣板等大修渣一同處置，其處置方法有火法和濕法兩種，火法主要為無(wú)害化處置，處置后基本進(jìn)行填埋，如美鋁采用火法處置大修渣，年處置能力10.9萬(wàn)噸；濕法如力拓公司的低堿度浸出石灰處置工藝（Low-caustic leaching and liming process，LCL&L）可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)大修渣的無(wú)害化和資源化；國(guó)內(nèi)鄭州研究院均有對(duì)火法和濕法處置技術(shù)的研究和應(yīng)用。也有研究人員在“鋁電解槽大修渣的污染防治及綜合利用”中提出，大修渣可作為水泥生產(chǎn)的補(bǔ)充燃料、化鐵爐中螢石的代用品和氧化鋁生產(chǎn)中的燃料，用堿浸法可回收氟鹽和碳，用高溫水解法回收氟化鋁，最終實(shí)現(xiàn)大修渣的資源綜合利用[6]，但均未有工業(yè)應(yīng)用。

2 本項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容

本項(xiàng)目針對(duì)廢防滲料回收利用實(shí)驗(yàn)室研究與工業(yè)應(yīng)用的可行性，并在電解槽上開(kāi)展上槽試驗(yàn)，形成一套成熟的廢防滲料回收利用技術(shù)。開(kāi)展刨槽解離操作研究、廢防滲料賦存形態(tài)和賦存量研究、廢防滲料性能優(yōu)化研究，上槽試驗(yàn)研究等。

對(duì)停槽后的廢防滲料及處理后樣品進(jìn)行多點(diǎn)取樣，研究刨槽解離方法，使可回收廢防滲料高效解離，對(duì)解離廢防滲料處理及加工流程優(yōu)化，通過(guò)XFD、XRF等方法確定廢防滲料賦存形態(tài)和賦存量；研究不同配比防滲料的松裝密度、振實(shí)密度、導(dǎo)熱系數(shù)以及防滲等性能，并測(cè)算其對(duì)電解槽底部散熱情況的影響；研究開(kāi)發(fā)復(fù)合添加劑，設(shè)計(jì)滿足要求的再利用防滲料的筑爐鋪設(shè)方案；槽上開(kāi)展廢防滲料回收利用工業(yè)試驗(yàn)，同時(shí)選擇同期啟動(dòng)、同樣內(nèi)襯設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)使用市售干式防滲料的對(duì)比槽，對(duì)比分析研究電解槽啟動(dòng)后試驗(yàn)槽和對(duì)比槽的爐底和側(cè)部熱場(chǎng)情況，評(píng)估對(duì)電解槽熱平衡及電解工藝的影響。

表1 干式防滲料理化性能指標(biāo)

圖2 試驗(yàn)槽爐底板溫度與對(duì)比槽爐幫板溫度數(shù)據(jù)變化圖

4 實(shí)驗(yàn)室測(cè)定分析

將廢塊進(jìn)行分離處理，并進(jìn)行取樣化驗(yàn)，分別為滲漏下來(lái)的電解質(zhì)、反應(yīng)后的防滲料晶體、邊部回收的散狀防滲料。在剔除電解質(zhì)后，將編號(hào)物料破碎后按照不同的比例摻配新防滲料，使用預(yù)先研制的復(fù)合添加劑制樣，測(cè)量其導(dǎo)熱系數(shù)并開(kāi)展防滲試驗(yàn)。

結(jié)果表明：實(shí)測(cè)三種防滲料在800℃時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.24、0.3、0.33W/(m?k)，均小于標(biāo)準(zhǔn)0.45 W/(m?k)，滿足使用要求；其中防滲料樣品BL-1經(jīng)過(guò)960℃×96小時(shí)防滲實(shí)驗(yàn)后，形成厚度約6cm的黑色阻擋層，但阻擋層有氣孔，不致密。BL-2和3防滲料樣品防滲經(jīng)過(guò)960℃×96小時(shí)防滲實(shí)驗(yàn)后，未見(jiàn)明顯阻擋層，因此，BL-1防滲料樣品配方可應(yīng)用于工業(yè)電解槽試驗(yàn)。

5 試驗(yàn)槽應(yīng)用效果

依據(jù)實(shí)驗(yàn)室配方結(jié)論，分選結(jié)晶的廢防滲料約5噸，占全槽的25%，將廢防滲料破碎成不同粒度做為骨料摻配新防滲料添加劑進(jìn)行上槽試驗(yàn)，鋪設(shè)時(shí)防滲料分三層夯實(shí)，第一層和第二層采用配好的防滲料，最后一層為新防滲料應(yīng)用在200KA系列槽787#槽，對(duì)試驗(yàn)槽和采用全新的防滲料筑爐的對(duì)比槽爐底板溫度進(jìn)行持續(xù)跟蹤，爐底板溫度如圖2基本保持在80°~90°之間，與對(duì)比槽同比高出8℃~10℃，6個(gè)月后溫度持平，廢干式防滲料實(shí)現(xiàn)了回收再利用的目的。

6 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目是針對(duì)廢防滲料進(jìn)行回收再利用的一種變廢為寶的技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)大修槽至少回收利用廢防滲料20%以上，從爐幫板溫度數(shù)據(jù)看，回收再利用防滲料起到了保溫與防滲的作用，同時(shí)減少企業(yè)危廢處置經(jīng)濟(jì)壓力及環(huán)境承載壓力，將對(duì)整個(gè)公司電解槽大修渣分類(lèi)處理及再利用提供指導(dǎo)，為公司綠色環(huán)保生產(chǎn)提供支撐。