对用过的含碳阴极材料进行加工的方法技术

在对源自铝制造的用过的含碳阴极材料、尤其是用过的阴极槽进行加工的方法中，其中将所述阴极材料置于竖炉中，并为了将碳气化，使所述阴极材料在竖炉中在高于所述碳燃点并高于所述用过的阴极材料中含有的有毒物质的蒸发温度的温度下经历热处理，所述反应气体以与所述竖炉的第一纵向部分中的碳并流并与所述竖炉的第二纵向部分中的碳逆流的方式传导，其中从所述纵向部分之间的具有扩大横断面的竖炉区域抽取所述反应气体并优选进行后处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对用过的含碳阴极材料进行加工的方法
本专利技术涉及对源自铝制造的用过的含碳阴极材料、尤其是用过的阴极槽进行加工的方法，其中将所述阴极材料置于竖炉中，并为了将碳气化，使所述阴极材料在竖炉中在高于碳燃点并高于用过的阴极材料中含有的有毒物质的蒸发温度的温度下经历热处理。
技术介绍
在根据Hall-Heroult工艺的铝制造中，在熔体电解期间将氧化铝还原。所述电解池最通常地由包覆有碳材料（石墨/无烟煤）和耐火材料例如耐火土的钢槽构成。碳覆层在电解期间充当阴极，同样地，随后将其称作阴极槽。用过的阴极槽，也称作废锅衬，在根据Hall-Heroult工艺的制造铝期间大量累积，并由于其有毒物质含量高而始终造成关于处理的问题。所述有毒物质包括：氰化物，其由阴极槽中的碳和空气中的氮形成；和多种金属氟化物例如氟化钠和氟化铝，其由矾土中包含的金属物质与用于Hall-Heroult工艺中的冰晶石的氟化物形成。当对用过的阴极槽进行更换时，将后者从电解池中与耐火围绕壁一起移出，使得以此方式清洁的废锅衬主要仍含有源自耐火材料的铝、硅、钙、和镁的氧化物。例如，根据加拿大专利申请CA2308545A1，在开始时所述的类型的方法是已知的。在这种方法中，将源自铝制造的用过的阴极槽在竖炉中气化，并将形成的反应气体除去。然而，根据这种现有技术的方法的劣势在于，在用过的阴极槽中也包含的碱金属易于在这种竖炉中形成回路，由此在竖炉中浓缩，导致形成炉瘤和斜坡且同时耐火材料的磨损和粉尘的排放增多，并导致可能由原料形成的炉渣的量减少。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是指出一种改进的方法，利用所述方法能够从用过的阴极材料中完全分离并得到上述有毒物质，同时防止碱性回路的形成。为了实现该目的，根据本专利技术进一步发展了在开始时所述的方法，以使得所述反应气体以与所述竖炉的第一纵向部分中的碳并流并与所述竖炉的第二纵向部分中的碳逆流的方式传导，并使得从指定的纵向部分之间的具有扩大的横断面、尤其是扩大的直径的竖炉区域中抽取反应气体，并优选进行后处理。因为在沿竖炉纵轴上的中心区域（中心气体出口）中抽取反应气体，所以碱性回路中断，且除了合成气（CO+H2）之外还含有氟化钠（NaF）、氟化铝（AlF3）、氢氟酸（HF）、氮气（N2）和潜在的其它碱金属和碱土金属的氟化物形式的上述有毒物质的反应气体，能够进行传送以进一步再加工。碳一旦达到燃点且存在用于气化目的的足够的氧气，就由于C含量高而使得所述工艺自身自热地发生。然而，为了引发所述工艺或在所述工艺期间提供支持，根据另一个实施方案的设想，对炉子进行加热以将用过的阴极材料的碳加热至反应温度。这种加热能够基本上以本领域普通技术人员已知的任何一种方式进行。在一个实施方案中，可例如通过电感应将用于热处理的能量引入待再加工的碳中。在此情况中，可将感应线圈设置在竖炉分配端区域中竖炉外周周围，并用于建立感应场，并由此进行加热，其中用过的阴极材料的引入的碳耦合到所述感应场。根据上述实施方案的可选实施方案，通过化石燃料燃烧例如通过将燃烧室置于竖炉中，优选放置在竖炉的第一纵向部分中并特别是在第一纵向部分的上部区域中，也能够完成加热，其中，由此将任选地与氧化气体例如氧气或空气混合的燃料例如天然气、石油、煤粉、由用过的阴极槽产生的粉尘等引入竖炉中。在这种实施方案的另一个变体中，可提供一种供应管线，所述供应管线注入竖炉的第一纵向部分中，优选注入竖炉的第一纵向部分的上部区域中，通过所述供应管线向竖炉供应燃料，所述燃料任选地与氧化气体混合。在这种实施方案的另一个变体中，竖炉的第一纵向部分、优选竖炉的第一纵向部分的上部区域能够并入一个或多个优选基本上在竖炉纵向延伸的方向上延伸的喷枪，通过所述喷枪向竖炉供应单独的或混合在一起的燃料和氧化气体。作为通过感应或化石燃料燃烧进行加热的可选方式，通过将部分量的已经炽热的焦炭或石墨放置在引入竖炉中的用过的阴极材料上，或通过在将其引入竖炉期间或之前将部分量的已经炽热的焦炭或石墨添加至用过的阴极材料，也能够使用过的含碳阴极材料的碳达到反应温度。关于各个纵向部分的绝对或相对尺寸，本专利技术基本没有限制。然而，当第一纵向部分的长度占竖炉总长度的40至80%、优选50至70%且尤其优选60至70%时，获得了特别好的结果。根据所述专利技术理念的进一步发展，提出第二纵向部分的长度优选占竖炉总长度的20至60%、尤其优选30至50%且特别优选30至40%。所述竖炉或其纵向部分在此处可显示圆形横断面。然而，优选将矩形横断面用于感应加热的竖炉。这特别是在集肤效应方面是优选的，集肤效应结果是限制了电磁场的穿透深度。为了保持碳的碳化，本专利技术的优选实施方案提出，将氧鼓入竖炉的第一和/或第二纵向部分中。在其中氧撞击至少加热至燃点的碳的区域中，碳被氧化成CO2，但后者在竖炉中的碳填充物中再次被还原成CO，由此满足Boudouard平衡。结果，碳不完全燃烧，而仅是气化，从而能够得到具有热值的一氧化碳。在主要的反应条件下，用过的阴极材料中含有的氰化物（CN-化合物）也转化成一氧化碳和氮气，由此被完全破坏。为了分离出碱金属、其化合物和氟化物，优选以使得水或蒸汽被鼓入竖炉的第一和/或第二纵向部分中的方式进一步发展根据本专利技术的方法。氟化物和碱金属化合物例如作为氟化钠存在的那些物质在水或蒸汽存在下根据如下反应流程发生挥发，由此转化成气相：2NaF+H2O→Na2O+2HFNa2O+C→2Na+CONa2O+CO→2Na+CO2元素钠是气体，并通过中心气体出口除去，然后在向下穿过炉子的更冷填充材料上冷凝，使得在竖炉中形成回路。在还含有氢氟酸（HF）的气相中，再次形成氟化钠，并可在相继发生的废气处理期间将所述氟化钠分离出。关于除去氟化物的另一种选项是使其按如下与二氧化硅反应：SiO2+4NaF→SiF4+2Na2O。在优选实施方案中，以使得利用喷枪将氧气和水或蒸汽鼓入竖炉中的方式实施根据本专利技术的方法。这种措施解决了如下问题：当仅通过在竖炉壁处注入的喷嘴鼓入氧气或水/蒸汽时，仅供应至竖炉或竖炉中的碳填充物的边界区域，而未供应至碳填充物横断面的内部区域，因此，在这些区域中反应速率非常低，或根本不可能实现自热工艺。通过借助于喷枪引入氧气和水/蒸汽，能够将所述物质精确引入位于感应加热区域中的那些位置，由此产生对于所述方法足够热以随后沿整个竖炉自热地进行其进程的反应空间。在此时，还可以以粉末或粉尘的形式鼓入用过的含碳阴极材料，尤其是阴极槽。如果用过的阴极材料的碳在竖炉中未完全气化，则优选通过将未气化的碳溶于铁浴中来进一步发展所述方法。例如，此处铁浴能够感应加热。所述铁浴确保碳的突出的溶解动力学，并通过鼓入氧气而易于再生即所谓的精制。由于这种精制是放热反应，所以以此方式改进所述方法的热平衡。所述氧气还能够连续鼓入，从而保持铁浴始终C不饱和。在专利技术理念的进一步发展中，在本专利技术尤其优选的实施方案的框架内提出，在将用过的阴极材料引入竖炉期间或之前，将添加剂并入用过的含碳阴极材料中，从而使得耐火材料即如上所述的特别是铝、硅和镁的氧化物成为炉渣，所述耐火材料作为耐火内衬的残渣存在于用过的含碳阴极材料中。可能的添加剂包括元素钙和所有含钙的化合物（其在下文中也称作Ca载体）、元素镁以及所有含镁的化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.02.23 AT A245/20111.一种对源自铝制造的用过的含碳阴极材料进行加工的方法，其中将所述阴极材料置于竖炉中，并为了将碳气化，使所述阴极材料在竖炉中在高于所述碳燃点并高于所述用过的阴极材料中含有的有毒物质的蒸发温度的温度下经历热处理，所述方法的特征在于如下事实：反应气体以与所述竖炉的第一纵向部分中的碳并流并与所述竖炉的第二纵向部分中的碳逆流的方式传导，且从所述纵向部分之间的具有扩大横断面的竖炉区域抽取所述反应气体。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法用于对源自铝制造的用过的阴极槽进行加工。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在从所述竖炉抽取之后，使所述反应气体经历后处理。4.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，所述第一纵向部分的长度占所述竖炉总长度的40至80％。5.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，所述第二纵向部分的长度占所述竖炉总长度的20至60％。6.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，通过电感应将用于所述热处理的能量引入待再加工的碳中。7.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，通过化石燃料燃烧对所述竖炉进行加热。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，利用位于所述第一纵向部分上部区域的燃烧室、注入所述第一纵向部分上部区域中的供应管线和/或一个或多个设置在所述第一纵向部分上部区域中的喷枪，将燃料或燃料和氧化气体的混合物引入所述竖炉中。9.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，将氧气鼓入所述竖炉的所述第一和/或第二纵向部分中。10.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔弗雷德·埃德林格，约翰·戴玛，
申请(专利权)人：西格里碳素欧洲公司，
类型：
国别省市：