用电解铝废阴极炭块生产全石墨化碳素制品的系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铝电解废弃物再利用技术领域，具体涉及一种用电解铝废阴极炭块生产全石墨化碳素制品的系统及方法。
【背景技术】
[0002]阴极碳块的原始组成为无烟煤和沥青粘结剂，在电解过程中，由于受到热作用、化学作用、机械冲蚀作用、电作用、钠和电解质的渗透等引起的熔盐反应、化学反应，铝电解槽中的阴极碳块使用一定时间后会破损。据统计，每生产和铸造一吨铝，大约产生20_30kg废阴极，2013年，我国原铝产量达2300万吨，约占全球总产量的45%，废旧碳阴极排放量达40万吨。
[0003]废阴极炭块中一般含有C、NaF, Na3AlF6, AlF3, CaF2, Al2O3等成分，其中含C约为50%?70%，电解质氟化物约为50%?30%，氰化物约为0.2%。该类物质排放后，其中氟化物和氰化物会对周边的生态环境、地下水造成严重的污染，危害人身健康，因此，世界各国对该类物质的堆存和排放都有严格的标准。
[0004]长期以来，世界各国对废阴极碳块的处理方法做了许多研究，其中包括有焙烧法、浮选法和硫酸分解法等等，但主要立足点仅在于对该类物质的无害化处理上，处理成本相对较高，产生的产品经济附加值相对较低。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种回收利用率高、经济附加值大、安全环保的采用电解铝废阴极炭块生产全石墨化碳素制品的系统及方法。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
设计一种用电解铝废阴极炭块生产全石墨化碳素制品的系统，包括破碎单元、称重上料单元、煅烧单元、冷却单元、包装单元、废气处理单元和收尘单元；
所述破碎单元包括原料仓、设置于所述原料仓下部出料口处的颚式破碎机、设置于所述颚式破碎机出料口处的细碎机；
所述称重上料单元包括I号斗式提升机、中间料仓、皮带秤、2号斗式提升机和链式输送机，所述I号斗式提升机的进料口与所述细碎机的出料口对应设置，所述I号斗式提升机的出料口对应于所述中间料仓的进料口设置，所述皮带秤的一端设置于所述中间料仓的出料口下方、另一端对应于所述2号斗式提升机的进料口，所述2号斗式提升机的出料口对应于所述链式输送机的进料口处；
所述煅烧单元包括高温炉，所述冷却单元包括冷却机，所述高温炉的进料口与所述链式输送机的出料口对应连接，所述高温炉的出料口与所述冷却机的进料口对应连接。
[0007]优选的，所述包装单元包括3号斗式提升机、成品料仓、槽式给料机和包装机，所述3号斗式提升机的进料口对应于所述冷却机的出料口，所述3号斗式提升机的出料口对应于所述成品料仓的进料口，所述槽式给料机一端设置于所述成品料仓的出料口下方、另一端对应于所述包装机的进料口。
[0008]优选的，所述包装机为自动称重给料包装机。
[0009]优选的，所述废气处理单元包括雾化喷淋装置和循环水池，所述高温炉的废气出口与所述雾化喷淋装置相连通，所述雾化喷淋装置的雾态水出口与所述循环水池相连通。
[0010]优选的，所述收尘单元包括脉冲袋式收尘器、以及设置于系统中各个扬尘点的收尘罩。
[0011]优选的，在所述皮带秤的上部设有除铁器。
[0012]优选的，所述冷却机为滚筒式循环水冷却机。
[0013]优选的，所述冷却系统还包括与所述冷却机料筒相连通的氮气发生器。
[0014]本发明还提供了一种用电解铝废阴极炭块生产全石墨化碳素制品的方法，包括下列步骤:
(1)将电解铝废阴极碳块送至上述系统的破碎单元进行鄂破、细碎后得到粒度<15_的粉体物料；
(2)将步骤(I)所得的粉体物料经所述称重上料单元送至所述煅烧单元的高温炉内密闭后进行高温煅烧，高温炉炉膛气压控制为-10?10Pa，温度控制为1200?3200°C，温度控制精度为±5°C ;
(3 )将步骤(2 )中经高温煅烧后的物料送至所述冷却单元的冷却机中进行冷却，在冷却过程中向冷却机料筒内通入氮气，冷却后的物料即为全石墨化碳素制品；所得的全石墨化碳素制品的石墨化程度彡99%，其中C含量彡98%、S含量< 0.5%、H2O含量< 1% ；
(4)将步骤(2)中高温炉煅烧所产生的废气引至废气处理单元除氟达标后排空。
[0015]本发明的有益效果在于:
目前国内外没有相关利用废阴极炭块生产全石墨化碳素制品方面的研究，而本发明首次利用废阴极碳块生产全石墨化碳素制品，采用高温炉在优选的温度条件下对废料进行高温煅烧，能使废料中的氰化物得以分解挥发，氟化物以蒸气形态进入尾气，有效的降低了废阴极炭块中的灰分，提高其石墨化程度(石墨化程度能达到99%以上)，可直接作为全石墨化碳素制品销售；同时采用喷淋装置对高温炉燃烧产生的废气进行综合处理，不仅达到尾气环保排放的标准，还能形成氢氟酸等副产品，系统中所产生的废水含有较高浓度的氟化物，可直接用于生产含氟产品，能够提高企业的附加经济效益。该系统自动化程度高、易于操作、安全环保，能够有效提高废阴极碳块的处理效率和资源回收利用率。
[0016]该方法工艺简单、控制严格、节能环保，能够实现利用废阴极炭块生产全石墨化碳素制品的目的，对于减少我国危险固体废弃物排放、实现废物再利用具有较大的现实意义，同时该生产工艺与传统处理工艺相比，经济附加值相对较高，有利于降低企业运行成本、提高企业的经济效益。
【附图说明】
[0017]图1是本发明用电解铝废阴极炭块生产全石墨化碳素制品的系统的结构示意图。
[0018]其中I为原料仓；2为颚式破碎机；3为细碎机；4为I号斗式提升机；5为中间料仓；6为皮带秤；7为除铁器；8为2号斗式提升机；9为链式输送机；10为高温炉；11为冷却机；12为3号斗式提升机；13为成品料仓；14为槽式给料机；15为包装机；16为雾化喷淋装置；17为循环水池；18为脉冲袋式收尘器。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例来说明本发明的【具体实施方式】，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
[0020]实施例1:一种用电解铝废阴极炭块生产全石墨化碳素制品的系统，包括破碎单元、称重上料单元、煅烧单元、冷却单元、包装单元、废气处理单元和收尘单元；破碎单元包括原料仓1、设置于原料仓I下部出料口处的颚式破碎机2、设置于颚式破碎机2出料口处的细碎机3。
[0021]称重上料单元包括I号斗式提升机4、中间料仓5、皮带秤6、2号斗式提升机8和链式输送机9，I号斗式提升机4的进料口与细碎机3的出料口对应设置，I号斗式提升机4的出料口对应于中间料仓5的进料口设置，皮带秤6的一端设置于中间料仓5的出料口下方、另一端对应于2号斗式提升机8的进料口，在皮带秤6的上部设有除铁器7，2号斗式提升机8的出料口对应于链式输送机9的进料口处。煅烧单元包括高温炉10，冷却单元包括冷却机11，高温炉10的进料口与链式输送机9的出料口对应连接，高温炉10的出料口与冷却机11的进料口对应连接，冷却机11为滚筒式循环水冷却机；冷却系统还包括与冷却机11料筒相连通的氮气发生器。
[0022]包装单元包括3号斗式提升机12、成品料仓13、槽式给料机14和包装机15，3号斗式提升机12的进料口对应于冷却机11的出料口，3号斗式提升机12的出料口对应于成品料仓13的进料口，槽式给料机14 一端设置于成品料