利用电解铝废渣、废水、高炉渣制备连铸保护渣的方法技术

本发明专利技术公开了利用电解铝废渣、废水、高炉渣制备连铸保护渣的方法，包括以下步骤：步骤一、保护渣是以氧化钙22%

【技术实现步骤摘要】
利用电解铝废渣、废水、高炉渣制备连铸保护渣的方法
[0001]

[0002]本专利技术涉及连铸保护渣
，具体涉及利用电解铝废渣、废水、高炉渣制备连铸保护渣的方法。
[0003]
技术介绍

[0004]铝作为最重要的金属材料之一，其产量仅次于钢铁。2020年全世界电解铝总产量为6700万吨。目前生产铝仍然采用有一百多年历史的霍尔－埃鲁特法，即电解氧化铝熔盐法。在电解铝生产过程中，由于熔融的高温电解质渗透、腐蚀作用，导致电解槽内衬结构发生了形变和破裂，槽内的铝液和电解质从裂缝漏入电解槽底部，使电解槽无法正常使用。因此，平均每隔５
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８年就需要对铝电解槽进行大修，其过程中清除的阴极内衬材料被称为电解铝大修渣SPL（SpentPotlining）。平均每生产１吨铝就产生20～30公斤大修渣。2020年会产生SPL约140万吨。大修渣主要成分主要包括氟化物7.5%
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22%，钠8.6%
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22%，氧化铝9.2%
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26%，氰化物0.04%
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0.6%。2016年《国家危险废物名录》将电解铝大修渣定义为危险废物，危险代码为HW48－321－023－48。另外自2018年１月１日起施行的《中华人民共和国环境保护税法》中规定，危险废物征收环境保护税1000元／吨。此外，在电解铝生产中，为了消除高温下冰晶石中氟化钠，氟化铝等物质挥发，会采取湿法处理去除挥发物，处理过程又会产生大量含氟含钠废水。
[0005]目前处理SPL的方式主要有三种，第一种是填埋，缺点是填埋后的SPL中的氟化物和氰化物等物质会随着降雨释放进入地表水和地下水，并且释放出氟化氢等有害的气体，污染大气，破坏动植物生长，从而污染环境。填埋作为早期的SPL处理方式，目前已几乎淘汰。第二种是湿法处理，通过水将SPL中溶于水的氟化物，氰化物从固定炭中分离，然后回收不溶于水的固定炭可以作为燃料，回收后不溶于水的硅铝氧化物作为水泥基原料。产生的大量含氟含氰废水通过活性氧化铝，活性炭，纳米材料等材料吸附，然后通过滤膜过滤的方式去除水中的氟和氰化物，但是，这种水处理的方法工艺比较复杂，脱附剂成本往往较高，且水中脱氟和脱氰过程可能带入重金属造成水的二次污染。第三种是火法处理，将SPL和煤炭，污泥等物质混合均匀，高温下，氰化物会燃烧分解，SPL中不稳定的氟化钠和煤炭，污泥中的硅酸钙，氧化钙发生固相反应，溶于水且熔点较低的氟化钠转变为不溶于水熔点较高的氟化钙或者枪晶石。从而将危险固废转变为普通固废，达到固氟的作用，同时，石墨等炭材料燃烧也可以提供热量。火法处理转换效率高，工艺简单，但由于火法处理需要额外消耗大量能源，增加额外成本，石墨的燃烧温度也比较高，更高的燃烧温度可能导致氟化物在高温下挥发。
[0006]
技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供利用电解铝废渣、废水、高炉渣制备连铸保护渣的方法，具有将电解铝厂的含氟废水作为保护渣浆料的水源，通过高温造粒，使得溶于水的氟化物析出到保护渣，又利用连铸钢铁的热量将危险固废转变为产品的效果。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：利用电解铝废渣、废水、高炉渣制备连铸保护渣的方法，包括以下步骤：步骤一、保护渣是以氧化钙22%
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45%、氧化硅17%
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56%、氧化铝0%
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13%作为基础渣，通过加入含氟2%
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16%、含钠2%
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20%的材料作为溶剂，使保护渣的熔点控制在900度
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1100度左右，加入炭材料2%
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20%后，利用炭与渣不侵润的原理来控制保护渣的熔化速率；步骤二、虽然保护渣使用温度最高达到1550度，但在高温下由于保护渣烧结层和粉渣层的覆盖，熔渣层产生的氟化钠不会逸出保护渣表面，而在结晶器铸坯冷却过程中，保护渣通过形成枪晶石改变传热来实现控制铸坯冷却；步骤三、保护渣会经历先升温后降温的热历程，从而在铸坯表面形成熔渣层、烧结层、粉渣层三层结构，由于保护渣粉渣粉尘大，也为了满足自动加渣的要求，保护渣首先将粉渣、水、粘结剂混匀后制备成浆料，然后通过高温喷雾造粒把形成的浆料制造成为空心颗粒渣产品；步骤四、在喷雾造粒过程中水会快速蒸发，而溶解在水中的氟化钠和氰化物就会析出到空心颗粒保护渣表面，通过将高炉渣固废和SPL危废一起转变为保护渣的生产原料，当保护渣的使用过程中利用钢铁连铸热量将氟化钠和硅酸钙转变为枪晶石，不需要额外能源和试剂就实现了固废处理。
[0009]优选的，钢铁冶炼普通流程是先炼铁后炼钢，通过高炉炼铁会产生大量高炉渣。
[0010]优选的，转炉炼钢97%的钢铁采用连铸的方式进行生成。
[0011]优选的，连铸保护渣作为连铸坯的关键功能材料具有润滑铸坯、控制传热、防止钢水二次氧化、吸收钢液夹杂物和绝热保温五大功能。
[0012]优选的，从元素成分来看，SPL可以提供保护渣所需要的氟、钠、炭、铝元素。
[0013]优选的，高炉渣可以提供保护渣需要的钙、硅、铝元素。
[0014]优选的，通过XRF测试SPL和高炉渣的含量来调整SPL，废水和高炉渣的比例配置连铸保护渣，再通过XRF来验证保护渣的成分含量。
[0015]优选的，XRF为X射线荧光分析仪。
[0016]优选的，SPL和高炉渣可以搭配同保护渣成分的相似性，利用保护渣生产工艺的特点，可以将电解铝厂的含氟废水作为保护渣浆料的水源。
[0017]优选的，通过高温造粒，使得溶于水的氟化物析出到保护渣，又利用连铸钢铁的热量将危险固废转变为产品。
[0018]与现有技术相比，本专利技术提供了利用电解铝废渣、废水、高炉渣制备连铸保护渣的方法，具备以下有益效果：1、本专利技术通过将高炉渣固废和SPL危废一起转变为保护渣的生产原料，当保护渣的使用过程中利用钢铁连铸热量将氟化钠和硅酸钙转变为枪晶石，不需要额外能源和试剂就实现了固废处理。
[0019]2、本专利技术通过处理SPL危废和含氟废水，可以极大的降低保护渣厂的生产成本，保
护环境，减少碳排放，并且节约了保护渣厂原本需要购买的萤石、碳酸钠、石墨、自来水等原材料。
[0020]附图说明
[0021]图1是本专利技术提出的保护渣的三层结构及温度梯度模型示意图；图2是本专利技术提出的氟化钠循环模型示意图；图3是本专利技术提出的保护渣浆料制备流程示意图；图4是本专利技术提出的空心颗粒保护渣制备流程示意图。
[0022]具体实施方式
[0023]以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0024]请参阅图1
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4，本专利技术提供一种技术方案：利用电解铝废渣、废水、高炉渣制备连铸保护渣的方法，包括以下步骤：步骤一、保护渣是以氧化钙22%
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45%、氧化硅17%
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用电解铝废渣、废水、高炉渣制备连铸保护渣的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、保护渣是以氧化钙22%
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45%、氧化硅17%
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56%、氧化铝0%
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13%作为基础渣，通过加入含氟2%
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16%、含钠2%
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20%的材料作为溶剂，使保护渣的熔点控制在900度
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1100度左右，加入炭材料2%
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20%后，利用炭与渣不侵润的原理来控制保护渣的熔化速率；步骤二、虽然保护渣使用温度最高达到1550度，但在高温下由于保护渣烧结层和粉渣层的覆盖，熔渣层产生的氟化钠不会逸出保护渣表面，而在结晶器铸坯冷却过程中，保护渣通过形成枪晶石改变传热来实现控制铸坯冷却；步骤三、保护渣会经历先升温后降温的热历程，从而在铸坯表面形成熔渣层、烧结层、粉渣层三层结构，由于保护渣粉渣粉尘大，也为了满足自动加渣的要求，保护渣首先将粉渣、水、粘结剂混匀后制备成浆料，然后通过高温喷雾造粒把形成的浆料制造成为空心颗粒渣产品；步骤四、在喷雾造粒过程中水会快速蒸发，而溶解在水中的氟化钠和氰化物就会析出到空心颗粒保护渣表面，通过将高炉渣固废和SPL危废一起转变为保护渣的生产原料，当保护渣的使用过程中利用钢铁连铸热量将氟化钠和硅酸钙转变为枪晶石，不需要额外能源和试剂就实现了固废处理。2.根据权利要求1所述的利用电解铝废渣、废水、高炉渣制备连铸保护渣的方法，其特征在于，钢铁冶炼普通流程是先...

【专利技术属性】
技术研发人员：余亮，冉春华，张露，韩富年，卢有余，汪然，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：