新型再生电解质熔炼技术

摘 要：电解铝生产产生的碳渣属于危废物质，电解槽中一旦有大量碳渣存在，将会严重危害电生产，譬如造成电解质电压升高、电耗增加、电解槽使用寿命缩短等，导致电解生产综合经济指标下滑，因此电解槽中的碳渣必须要及时打捞出去。目前电解铝生产企业主要采用两种处理工艺处理碳渣，提取有用的再生电解质（再生冰晶石）供电解铝生产使用，一种是碳渣热熔法（火法）处理工艺，另一种是湿法（浮选法）处理工艺。热熔法处理工艺具有处理现场烟气大、操作人员作业环境较差、碳排放量大、大修费用高等特点；湿法处理工艺具有无烟气、生产现场环境好等优点。但是，湿法生产出的产品是再生冰晶石，这种原料一般在电解槽启动时用量较大，且价格便宜，正常生产过程中用量很小，针对这种短板，工程技术人员在多次试验后发明了对再生冰晶石的后处理方法--就是中频-石墨坩埚加热生产再生电解质的新方法，这种方法具有操作工艺简单、熔化升温快、生产效率高、熔液成分均匀等优点，这种熔炼再生电解质的方法值得在电解铝生产企业中推广应用。

关键词：碳渣 危废物质 热熔法 湿法 中频系统 石墨坩埚

0 引言

碳渣是一种固体危废物质，主要成分是碳素、氟化盐、氧化铝、铁化合物和其他微量元素。电解槽中一旦有大量碳渣存在，将会严重危害电生产，譬如造成电解质电压升高、电耗增加、电解槽使用寿命缩短等，导致电解生产综合经济指标下滑，因此电解槽中的碳渣必须要及时打捞出去。对打捞出去的碳渣进行无害化处理，不但可以避免对环境的污染，而且还能回收半数以上的电解质，是一项重要的降本增效措施。目前铝电解生产企业对碳渣的通用处理方法主要有两种：一种是火法处理，另一种是湿法处理。火法处理是直接对碳渣进行加热至熔融状态，使绝大多数碳物质和氧气发生反应，以气体的形式排入大气中。液态电解质经过浇铸、捞渣、冷却、脱模等工序，得到回收利用；火法生产具有生产现场环境条差、生产成本高、炉寿命短、大修费用高、碳排放量大、燃气限制约束等缺点；湿法处理是将碳渣用球磨机磨成颗粒为50模以下的混合粉料，在磨粉的同时在球磨机加料口，出料口按照比例要求加入浮选药剂，然后在浮选机中加入进行搅拌、浮选、分离，回收的再生冰晶石可以用于电解生产，回收的碳粉可以制作阳极保护环或者无害化处理后用于生产其它碳素产品；湿法生产具有生产环境较好、产量稳定等优点，但是湿法生产的再生冰晶石主要用于电解槽启动，日常需求量小，市场价格低，所以如何利用过剩的再生冰晶石生需求量大、市场价格高的新产品是需要研究解决的问题。针对这种短板，工程技术人员在多次试验后发明了利用再生冰晶石的熔炼再生电解质的方法，就是中频-石墨坩埚加热生产再生电解质的新方法。

1 再生电解质熔炼方法简介

1.1 工艺设备设计原理

中频-石墨坩埚加热工艺是借鉴中频感应炉的工作原理而设计的，是一种将工频50Hz交流电转变为中频（300Hz以上至1000Hz）的电源装置，三相交流电通过整流后变成直流电，再通过逆变把直流电变换成可调节的中频电流，供给由电容和感应线圈，中频交变电流在感应圈中产生高密度的磁力线，并切割感应圈内安装的石墨坩埚，使石墨坩埚产生涡流并发热达到加热再生冰晶石的目的。

1.2熔炼过程控制

坩埚内的再生冰晶石温度随着坩埚温度的升高而逐渐升高，当温度达到900℃左右时，冰晶石开始熔化为液态电解质，绝大多数碳粉以固态形式漂浮在电解质液面上。为了确保再生冰晶石完全熔化，还需对坩埚内的电解质液继续加热搅拌，经过加热搅拌工序后，具备第一次打渣条件；打渣后的电解质液中含碳量已大幅降低，并具备浇铸条件，此时的中频功率应降至零位。浇铸电解质需要专用浇铸工具，铸入模具中的电解质液静置2～3分钟后，剩余的碳粉几乎完全漂浮在液面上，具备二次打渣条件。經过二次打渣的电解质液好在足够长时间的冷却工序后具备脱模条件，最终生产出合格的电解质块供电解铝日常生产需求。通过这种办法生产出的电解质块，各项指标（C、LiF、KF、AL2O3、SiO2等）含量均符合标准。

1.3 炉体线圈尺寸设计推算方法

这种生产方法工艺简单，投资额度小，主要设备就是中频加热设备，核心技术就是利用中频交变电流在感应圈中产生高密度的磁力线，切割石墨坩埚产生涡流发热达到加热再生冰晶石。经过实际生产试验总结，中频系统运行功率在350KW.H～450KW.H最佳，处于这种功率状态下的石墨坩埚使用寿命相对较长。因此中频系统额定功率按600KW.H设计计较合理，确定系统额定功率后，综合坩埚尺寸等因素计算出感应线圈的管截面尺寸、线圈匝数、匝间距等数据，并以此数据制作感应线圈。

1.4 对比分析

综合对比分析得出结论：1、热熔法生产工艺具有处理现场烟气大、操作人员作业环境较差、碳排放量大、大修费用高等缺点；2、湿法生产工艺具有无烟气、生产现场环境好等优点。同时浮选法也有自身的短板，生产的再生冰晶石一般于电解槽启动，正常电解生产过程中的需求用量很小，且市场价格很低。3、中频-石墨坩埚加热生产再生电解质的新方法可以作为湿法生产的拓展，具体说就是湿法处理电解铝碳渣生产的再生冰晶石的后处理方法，利用这种新方法可以将过剩的再生冰晶石作为原料，生产出品质更好、市场需求量大、价格高的再生电解质；这种方法具有投资少、无大修费用、操作简单灵活、生产成本低、碳排低、环保经济效益好等特点。

参考文献：

[1] 张保社.碳渣在铝电解生产中的危害[J].新疆有色金属，2013，36（1）：70-72.

[2] 青铜峡铝厂.铝电解碳渣浮选分离系统技术总结报告，2000，12

[3] 黄英科，肖辉照，彭德泉.铝电解质熔炼中碳渣的形成和分布及其分离措施[J]；轻金属；1994年10期

作者简介：铁国泰（1976.10-），男 汉族 甘肃兰州人，本科，从事企业机加工生产管理