铝电解槽废防渗料回收再利用的技术研究

贾致维，李伟明，刘 森，徐 良

（包头铝业有限公司，内蒙古 包头 014000）

2019年中国电解铝产量约3580万吨，占全球总产量的50%以上。铝电解生产过程中产生大量的固体废弃物，如炭渣、废阴极、焙烧填充料收尘粉、磷铁环清理细炭粉、废防渗料等，其中部分属于危险废弃物[1，2]。本项目针对铝电解废防渗料等工业固废的无害化处置困难的问题，开展基于企业现有停槽刨炉防渗料成分研究基础上，通过物理处理，使废防渗料满足大修防渗料成分和性能指标要求，既降低现场处置固废量又降低大修成本，具有重要的研究价值。

1 铝电解废防渗料现状

包头某企业年产生废防渗料约4500吨，按照内蒙古危废处置收费标准，若交由具有危废处理资质的第三方进行处理，吨危废处理费用约3000~4000元/吨，则年需处理废防渗料费用至少1350万元/a。虽然企业建有无害化处理线，废防渗料可与废槽衬一同进行无害化处理，处理的费用约为1500元/吨，但是处理后的无害化废槽衬作为固体废弃物仍然需要存放于专门的堆场。若本项目成功实施后有助于缓解企业面临的环保压力的同时可以减免处置费，因此废防渗料[3，4]的处理利用是企业亟待解决的环保难题。

资料表明[5]：国外将废防渗料、废保温砖、废硅酸钙板等大修渣一同处置，其处置方法有火法和湿法两种，火法主要为无害化处置，处置后基本进行填埋，如美铝采用火法处置大修渣，年处置能力10.9万吨；湿法如力拓公司的低碱度浸出石灰处置工艺（Low-caustic leaching and liming process，LCL&L）可以同时实现大修渣的无害化和资源化；国内郑州研究院均有对火法和湿法处置技术的研究和应用。也有研究人员在“铝电解槽大修渣的污染防治及综合利用”中提出，大修渣可作为水泥生产的补充燃料、化铁炉中萤石的代用品和氧化铝生产中的燃料，用碱浸法可回收氟盐和碳，用高温水解法回收氟化铝，最终实现大修渣的资源综合利用[6]，但均未有工业应用。

2 本项目研究内容

本项目针对废防渗料回收利用实验室研究与工业应用的可行性，并在电解槽上开展上槽试验，形成一套成熟的废防渗料回收利用技术。开展刨槽解离操作研究、废防渗料赋存形态和赋存量研究、废防渗料性能优化研究，上槽试验研究等。

对停槽后的废防渗料及处理后样品进行多点取样，研究刨槽解离方法，使可回收废防渗料高效解离，对解离废防渗料处理及加工流程优化，通过XFD、XRF等方法确定废防渗料赋存形态和赋存量；研究不同配比防渗料的松装密度、振实密度、导热系数以及防渗等性能，并测算其对电解槽底部散热情况的影响；研究开发复合添加剂，设计满足要求的再利用防渗料的筑炉铺设方案；槽上开展废防渗料回收利用工业试验，同时选择同期启动、同样内衬设计结构使用市售干式防渗料的对比槽，对比分析研究电解槽启动后试验槽和对比槽的炉底和侧部热场情况，评估对电解槽热平衡及电解工艺的影响。

表1 干式防渗料理化性能指标

图2 试验槽炉底板温度与对比槽炉帮板温度数据变化图

4 实验室测定分析

将废块进行分离处理，并进行取样化验，分别为渗漏下来的电解质、反应后的防渗料晶体、边部回收的散状防渗料。在剔除电解质后，将编号物料破碎后按照不同的比例掺配新防渗料，使用预先研制的复合添加剂制样，测量其导热系数并开展防渗试验。

结果表明：实测三种防渗料在800℃时导热系数分别为0.24、0.3、0.33W/(m•k)，均小于标准0.45 W/(m•k)，满足使用要求；其中防渗料样品BL-1经过960℃×96小时防渗实验后，形成厚度约6cm的黑色阻挡层，但阻挡层有气孔，不致密。BL-2和3防渗料样品防渗经过960℃×96小时防渗实验后，未见明显阻挡层，因此，BL-1防渗料样品配方可应用于工业电解槽试验。

5 试验槽应用效果

依据实验室配方结论，分选结晶的废防渗料约5吨，占全槽的25%，将废防渗料破碎成不同粒度做为骨料掺配新防渗料添加剂进行上槽试验，铺设时防渗料分三层夯实，第一层和第二层采用配好的防渗料，最后一层为新防渗料应用在200KA系列槽787#槽，对试验槽和采用全新的防渗料筑炉的对比槽炉底板温度进行持续跟踪，炉底板温度如图2基本保持在80°~90°之间，与对比槽同比高出8℃~10℃，6个月后温度持平，废干式防渗料实现了回收再利用的目的。

6 结语

本项目是针对废防渗料进行回收再利用的一种变废为宝的技术创新，实现大修槽至少回收利用废防渗料20%以上，从炉帮板温度数据看，回收再利用防渗料起到了保温与防渗的作用，同时减少企业危废处置经济压力及环境承载压力，将对整个公司电解槽大修渣分类处理及再利用提供指导，为公司绿色环保生产提供支撑。