董 旋 張鴻儒 李 明

（中電投寧夏能源鋁業(yè)青鑫炭素有限公司，寧夏 吳忠 751603）

隨著這些年我國環(huán)保力度逐漸增大，鋁電解廢陰極無害化處理研究成為了研究重點，這也是作為一個有擔當企業(yè)的社會責任。鋁電解廢陰極無害化處理也符合資源重復利用的基本要求，是當前鋁企業(yè)研究的重點，這也符合循環(huán)經(jīng)濟的基本要求[1]。

1 主要廢陰極處理方法分析

廢槽襯的構成比較復雜，涉及到的組件較多，如廢陰極碳塊、廢陰極鋼棒等。就從廢槽襯構成層面分析，廢陰極炭塊占整個重量百分比的35%。陰極在鋁電解生產(chǎn)時會與鋁液直接接觸，因此氟化物和氰化物會存在于廢陰極炭塊中，而其中的耐火材料處于下部，氟化物的含量相對較低，廢陰極鋼棒占重量百分比的15%，回收簡單。從結構構成上來看，廢槽主要污染源就是廢陰極。鋁電解廢陰極無害化處理主要表現(xiàn)在無害化處理和回收利用兩個層面，這也就是說在將廢陰極氟化物和氰化物等無害化處理的同時，還需要對處理過程中的物質進行有效的回收和利用[2]。就目前技術水平而言，廢陰極技術處理主要有以下幾種方法：耐腐蝕物質采用熱處理方法；氟化物、氰化物等采用化學浸出法；依據(jù)物質物理性質（如溶解性、密度等）實現(xiàn)碳與氟化物的分離。鋁電解廢陰極處理技術主要有兩種，即火法和濕法，所謂的火法就是利用高溫來將有害物質進行分解，從而實現(xiàn)無害化處理，如冶金爐、回轉窯等；而濕法處理技術則是利用物質物理原理實現(xiàn)有害物質的分離，如浮選法。對分離得到的氟化物可以回收利用，通過氧化物的加入來分解氰化物，從而實現(xiàn)無害化處理。

1.1 火法處理技術

粉碎廢陰極炭塊，在高溫條件下，存在于廢陰極炭塊的氟化物會發(fā)生化學反應，其產(chǎn)生的產(chǎn)物為無害物質。當溫度大于700℃條件下，氰化物會完全分解，同時在高溫條件下，廢陰極中的炭也會完全燃燒，這樣還能節(jié)省能源[3]。廢陰極火法處理過程較為復雜，其化學反應機理還有待完善，有害物質發(fā)生的化學反應如下：

其具體流程如下：（1）破碎。將廢陰極炭塊在無害化車間破碎后，用密閉車將其運至進料區(qū)，之后用天車抓斗送至冶煉爐內；（2）裝爐。在冶煉爐爐底鋪設一層無煙煤，鋪設至指定高度后將粉碎的廢陰極炭塊鋪上；待炭塊鋪設到工藝要求高度之后，再鋪設一層無煙煤，上述鋪設作業(yè)完成后，將爐蓋蓋好，保證冶煉爐處于全封閉狀態(tài)；（3）冶煉。待確認冶煉爐處于全封閉狀態(tài)后開始送電[4]。冶煉爐電源兩端鏈接的就是爐體的石墨電極。因為陰極炭塊電阻小，因此在送電后就會發(fā)熱。在持續(xù)通電條件下，溫度越來越高，溫度達到1700℃時，廢陰極炭塊中的氰化物就會以氣體的形式釋放出來，釋放出來的氣體則會經(jīng)炭塊進入到透氣孔，之后進入到冷凝區(qū)域，在水套冷凝作用下，氰化物氣體會轉化成粉狀結晶狀態(tài)，這也標志著冶煉作業(yè)結束[5]；（4）冷卻。冶煉作業(yè)結束后，所得產(chǎn)品的溫度還是比較高的，因此必須對產(chǎn)品進行冷卻處理。一般情況下會使用噴水冷卻方法；（5）出料。出料主要由爐槽內碳塊和無煙煤兩個部分。首先利用抓斗將上部的無煙煤抓取，其次將炭塊和緊貼炭塊的無煙煤抓取到烘干機中烘干，烘干后通過篩分機分離；（6）尾氣處理。無煙煤在冶煉過程中因受熱會揮發(fā)出尾氣，這些尾氣可以經(jīng)冷卻后通過管道輸送至尾氣凈化處理系統(tǒng)中。利用尾氣凈化處理系統(tǒng)可以將尾氣中含有的少量氰化物處理掉。

1.2 濕法處理技術

首先介紹高溫水解法。所謂的高溫水解法就是在1200℃高溫條件下，對廢陰極材料進行燃燒，在燃燒過程中將水蒸氣通入其中。通入其中的水蒸氣會同氟鹽發(fā)生化學反應，產(chǎn)物為氣體氟化氫，經(jīng)過這一過程，廢陰極中的氰化物會被分解[6]。另外可以用水來吸收產(chǎn)生的氟化氫，進而得到氫氟酸水溶液，為其他化學反應提供原材料。高溫水解法中涉及的化學反應主要有：

其次，浮選處理方法。通過利用偏光顯微鏡對廢陰極炭塊結構進行觀察可以發(fā)現(xiàn)，電解質NaF、NaAIF6、AI2O3會浸入到炭塊的裂縫與孔洞中，且這些浸入物質與炭之間有較為明顯的界面，利用物質特性可以將兩者分離開來。所謂的浮選法其實質就是通過利用浮選劑來實現(xiàn)料漿物質分離的一種物理方法。具體步驟如下：把廢陰極材料進行粉料，調漿后移至浮選機內，將浮選劑加入其中并進行反復的浮選，之后就會得到碳和固體電解質[7]。表1 為濕法炭粉成分分析結果。

表1 濕法炭粉成分分析結果

2 廢陰極炭塊火法處理技術與濕法處理技術對比分析

就目前技術水平而言，廢陰極炭塊火法技術處理法中回轉窯燒結法使用較多，這種處理技術在鋁企業(yè)中應用廣泛。如某鋁企業(yè)建設了一條火法廢槽襯無害化處理工業(yè)線，其中廢陰極可溶氟化物轉化率高達98%，氰化物的轉化率在99%以上，這條工業(yè)線的轉化處理結果符合國家固體廢物排放標準。

廢陰極濕法處理技術中應用較多的就是浮選法。通過上述闡述可知，浮選法可以對廢陰極炭塊中存在的氟化物、氰化物進行無害化處理，且過程中的廢水可以循環(huán)化利用，產(chǎn)物品質較為穩(wěn)定，但是所得到的物質利用價值還有待研究[8]。

通過對表2 分析可以發(fā)現(xiàn)，無論是火法處理技術還是濕法處理技術都實現(xiàn)了無害化處理，且相關技術指標都符合國家有關要求[9]。從能耗角度分析，廢陰極火法處理技術耗能高，這就體現(xiàn)出濕法處理技術的節(jié)能優(yōu)點；從資源綜合利用角度分析，廢陰極火法處理技術對資源的利用效率較濕法處理技術相比較低，鑒于上述分析，廢陰極炭塊濕法處理技術應用更加符合當前實際，但是值得注意的是，利用浮選法所得到的碳產(chǎn)品含量最高為85%，不符合工業(yè)化生產(chǎn)使用要求，在今后的工作中需要進一步進行相關研究，優(yōu)化提純工藝。

表2 是火法和濕法處理技術的對比

3 結語

近年來，關于鋁電解廢陰極炭塊的無害化處理研究越來越多，越來越深入，且在實踐中也得到了一定的應用，取得了一定的成績，無論是火法處理技術還是濕法處理技術在我國鋁企業(yè)中都得到了應用，都是比較先進的處理技術，通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，這兩種處理技術的應用都實現(xiàn)了廢陰極炭塊氰化物的完全費解。其中火法處理技術是無害化處理氰化物，而濕法處理技術則實現(xiàn)了氰化物的回收利用，符合資源循環(huán)的利用要求，但是受到某些技術因素的限制，濕法處理技術所得到的產(chǎn)品應用范圍還有待商榷，因此在今后的研究中應當進一步深入研究廢陰極炭塊處理方法。