废物管理设施制造技术

处置废电解槽系列物用的工业废物管理设施，包括用于装由入口（１２）到出口的回转窑（１０）的整个长度内废电解槽系列物的熔池（１５）的并流燃气回转窑（１０）、用于接收来自回转窑出料端的灰激冷器和冷却器（３３）、第二燃烧室（３４）和将来自回转窑的出料气引导向第二燃烧室的下流过渡室（３２）。投料器（２，４）将废电解槽系列物加入并分布在回转入口端。出料挡料圈（１１８）提供熔料预定平均深度。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种处理和处置在熔融冰晶石中电解熔化氧化铝应用中产生的废电解槽系列物的废物管理设施，即通过燃烧和气化使废电解槽系列残余物适用于重新使用或作为掩埋用无毒废物。当前，金属铝是通过在熔融冰晶石浴中电解还原氧化铝生产的。工业规模的电解铝熔池是巨大的钢质管状容器。各电解池内是阴极隔室或空腔，衬有碳质预烘干的阴极隔室块材。在高温电解还原熔融工艺中，由于碳质材料随时间的延长而逐渐老化和劣化，它被浴料饱和。此时必须以绝热衬里一起除掉这种碳质衬里。这种除掉的材料称作“废电解槽系列物(spent potlining)。废电解槽系列物不能立即掩埋，因为其氰化物含量高达约1000-2000ppm的水平。废电解槽系列物还具有高的可浸出的氟化物含量，例如约3000-8000mg/l。废电解槽系列物中的总氟化物含量典型的为约14％-18％(重量)。为了从废电解槽系列物中回收氟化物盐的化学有用成分和所含的氧化铝，已试图开发几种方法。美国专利4,889,695，4,113,832和4,444,740中公开了用苛性溶液浸出来处理废电解槽系列物的方法。目前可利用的从废电解槽系列物除去和回收氟化物的化学有用成分或热水解氟化物的方法不能有效地处理工业量的含氟化物和氰化物的废电解槽系列物。美国专利5,143,001公开了处理由铝电解池产生的废电解槽系列物或通过在气旋炉中与加入的二氧化硅、水和氧一起以细磨形式加热转移浸出的物质。美国专利4,993,323公开了在竖直流化床中使用特殊添加剂处理废电解槽系列物和控制灰化学成分。美国专利4,956,158和5,024,822(授权给Nguyen和Hittner)公开一种在两窑或两加热区中处理和玻璃化废电解槽系列物的方法。美国专利5,081,937和45,020,455公开了以熔融态处理废物。美国专利5,081,937和5,020,455不是针对废电解槽系列物，而是在回转窑中处理粉碎的碳质材料。这些专利在燃烧炉中采用多区加热或燃烧作为第一步，以得到不燃的废物，然后将其制成熔渣。美国专利5,100,314公开一种用于往回转窑的第二(还原)区中注入还原剂的装置。美国专利4,763,585公开了通过研磨来处理由生产金属铝得到的废电解槽系列物，然后与用于包覆研磨的电解槽系列物的添加剂一起燃烧以防止其在燃烧区附聚。美国3,878,287公开了一种回转窑，包括利用往窑中喷射气体来加入颗粒物。美国专利3,182,980公开了一种回转窑，其中窑的预加热区和还原区不是物理上分离的。燃烧器38施加到窑的出料端。美国专利4,312,637公开了用于从气化发生器中除渣的设备。美国专利5,086,716公开了一种用于燃烧固体废物的回转窑，包括在出料端上的燃烧器连同逆流气流。美国专利4,519,814公开了针对出料如玻璃的燃烧器46，以使材料维持在熔融条件。美国专利3,508,742公开了一种在出料端上的回转窑燃烧器10。美国专利2,878,004公开了一种回转窑和指向窑出料端的燃烧器。美国专利4,303,908，4,303,909和4,209,292是众多涉及回转窑机械构型和用于将燃烧气加到回转窑移动部位内的气体喷嘴的构件的专利的例子。附图说明图1A和1B是工业废物管理设施(IWMF)的工艺流程示意图，这种设施用于处理和处置来自在熔融冰晶石中电解熔融氧化铝工业生产铝的废电解槽系列物。图2是包括气动进料分布系统、回转窑、过渡室、灰激冷器和冷却器以及第二燃烧室的本专利技术的设备和方法的侧视示意图。图3A是正视图，图3B是本专利技术回转窑进料端的侧视剖面图。图4是本专利技术回转窑出料挡料圈端的侧视示意图。图5是从本专利技术回转窑进料端到出料端的特定的温度分布的温度分布图。图6是逻辑和工艺流程图，显示了按照本专利技术控制废电解槽系列物的熔融浴中温度分布的判定过程。参见图1A和1B。所示的工业废物管理设施(IWMF)的工艺流程示意图是用于处理和处置来自通过在冰晶石中电解熔融氧化铝而工业生产铝的工业过程的废电解槽系列物。工业废物管理设施(I-WMF)结合采用了贮存、化学处理、回转炉焚烧、玻璃固定、火山灰质固定和可靠的掩埋，以处理、贮存和安置无害废电解槽系列废物。图1A和1B表明了分成若干独立区域的设施。物料接收和处理、贮存、预处理、中和，以及焚化器进料的总的区域由分区21，22，23，24，25表示，它们各专用于废物处理的具体功能或类型。焚烧区30是通过回转窑焚烧来废物处理的总的区域。焚烧区30再分成分区31，32，33和34，分别专用于与回转窑焚烧器有关的单元操作的具体功能或类型。分区31，32，33和34包括旋转成渣焚烧器窑区31、窑过渡室32、玻璃熔结系统33和第二燃烧室34。环境单元操作的总的区域由分区42和43表示，它们分别专用于具体功能。分区42和43包括第二燃烧室尾气的空气污染控制分区42和废物固定/稳定分区43。牢固掩埋区70包括双衬浸出物收集和地下水监测井系统以提供抵抗可能的释放。掩埋区70提供了不可浸出的玻璃熔结物、稳定的废物和其它无机固体的安置。对于不可浸出的玻璃熔结物还存在潜在的用途。化学品和原料区80由化学品和原料贮藏室构成。参见图2。成渣浴窑10配有回转窑焚烧器和熔炉。无机物料送到回转窑10的入口端12，并转化成熔融态，同时碳和有机物质被氧化成二氧化碳气和水蒸汽。本专利技术的回转窑10工作，将无机或有机进料熔融，并在整个从入口端12至出口端18的回转窑，将回转窑10内的熔浴或熔池维持在熔融态。本专利技术的回转窑10便于将浴熔化和进一步操作，使回转窑10内熔浴或池15中的所有组分高度均匀化。熔浴15中的组分均匀性提供了熔料的有效使用(如碳酸钙，硅砂和氟石)，在更适中或易处理的温度水平，给熔浴提供较低的熔融温度和高的流动性。这种适中的浴温水平还抑制了氟化物化合物的挥发，将氟化物保持在熔浴中，在此它们最终可以固定在适于掩埋安置的玻璃状不可浸出的残余物中。当熔渣从窑出口端18排出时，熔料和均匀混合还便于将来自废电解槽系列物的氟化物固定到玻璃渣中。作为一个优选实施方案的例子，由混合的废电解槽系列物和熔料(最大颗粒约3/8英寸)构成的窑固体进料1通过投料装置2和4移入回转炉10。投料装置2和4可看作是连续的气动喷嘴，其中固体夹带在指向回转窑内熔浴15的气流3和5中。空气和夹带的颗粒以每分钟约3000英尺的速度离开投料装置2和4。结果在低气速的窑内，在气流中由投料装置2和4出来的颗粒被收集。投料装置2和4将物料移入回转窑中，而不是本身物理凸向回转窑10。窑主燃烧器8位于窑10的进料端或入口端12。主燃烧器8能产生长的光锥状的火焰，适于在起动过程中加热回转窑10及其连接的耐火材料，然后在翻转(upset)过程中将熔浴15维持在熔融状态。所以，回转窑10具有由主燃烧器8燃烧的并流加热。燃烧废电解槽系列物碳用的管6中的空气和管7中的主燃烧器燃料通过主燃烧器8引入回转窑10。因此，燃烧碳的空气必须呈燃烧器“XS”空气的形式。所谓“XS”意指过量空气。所以，回转窑主燃烧器8能通过由约10％到全载的宽范围点火速率和通过由10％到60％“XS”空气的宽范围空气—燃料比操作。图1A的熔渣浴回转窑区31包括回转窑焚烧器和图2所示的熔炉10。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将来自电解熔融铝的废电解槽系列物加入到回转窑中的进料喷射系统，包括：（ａ）将废电解槽系列物喷射到回转窑的入口端；（ｂ）分布通过所述喷射装置喷射的废电解槽系列物的装置；（ｃ）确定在所述回转窑的所述入口端的熔浴中预定位置的温 度装置；（ｄ）调节和控制用于喷射废电解槽系列物的所述装置的分布模式的装置，以提供在所述回转窑入口端中规定的均匀的温度分布。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：HJ西特尔，RL拜尔斯，JN利斯，DW里松，L迪特布朗，
申请(专利权)人：美国铝公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]