鋁電解槽廢防滲料回收再利用的技術研究

賈致維，李偉明，劉 森，徐 良

（包頭鋁業有限公司，內蒙古 包頭 014000）

2019年中國電解鋁產量約3580萬噸，占全球總產量的50%以上。鋁電解生產過程中產生大量的固體廢棄物，如炭渣、廢陰極、焙燒填充料收塵粉、磷鐵環清理細炭粉、廢防滲料等，其中部分屬于危險廢棄物[1，2]。本項目針對鋁電解廢防滲料等工業固廢的無害化處置困難的問題，開展基于企業現有停槽刨爐防滲料成分研究基礎上，通過物理處理，使廢防滲料滿足大修防滲料成分和性能指標要求，既降低現場處置固廢量又降低大修成本，具有重要的研究價值。

1 鋁電解廢防滲料現狀

包頭某企業年產生廢防滲料約4500噸，按照內蒙古危廢處置收費標準，若交由具有危廢處理資質的第三方進行處理，噸危廢處理費用約3000~4000元/噸，則年需處理廢防滲料費用至少1350萬元/a。雖然企業建有無害化處理線，廢防滲料可與廢槽襯一同進行無害化處理，處理的費用約為1500元/噸，但是處理后的無害化廢槽襯作為固體廢棄物仍然需要存放于專門的堆場。若本項目成功實施后有助于緩解企業面臨的環保壓力的同時可以減免處置費，因此廢防滲料[3，4]的處理利用是企業亟待解決的環保難題。

資料表明[5]：國外將廢防滲料、廢保溫磚、廢硅酸鈣板等大修渣一同處置，其處置方法有火法和濕法兩種，火法主要為無害化處置，處置后基本進行填埋，如美鋁采用火法處置大修渣，年處置能力10.9萬噸；濕法如力拓公司的低堿度浸出石灰處置工藝（Low-caustic leaching and liming process，LCL&L）可以同時實現大修渣的無害化和資源化；國內鄭州研究院均有對火法和濕法處置技術的研究和應用。也有研究人員在“鋁電解槽大修渣的污染防治及綜合利用”中提出，大修渣可作為水泥生產的補充燃料、化鐵爐中螢石的代用品和氧化鋁生產中的燃料，用堿浸法可回收氟鹽和碳，用高溫水解法回收氟化鋁，最終實現大修渣的資源綜合利用[6]，但均未有工業應用。

2 本項目研究內容

本項目針對廢防滲料回收利用實驗室研究與工業應用的可行性，并在電解槽上開展上槽試驗，形成一套成熟的廢防滲料回收利用技術。開展刨槽解離操作研究、廢防滲料賦存形態和賦存量研究、廢防滲料性能優化研究，上槽試驗研究等。

對停槽后的廢防滲料及處理后樣品進行多點取樣，研究刨槽解離方法，使可回收廢防滲料高效解離，對解離廢防滲料處理及加工流程優化，通過XFD、XRF等方法確定廢防滲料賦存形態和賦存量；研究不同配比防滲料的松裝密度、振實密度、導熱系數以及防滲等性能，并測算其對電解槽底部散熱情況的影響；研究開發復合添加劑，設計滿足要求的再利用防滲料的筑爐鋪設方案；槽上開展廢防滲料回收利用工業試驗，同時選擇同期啟動、同樣內襯設計結構使用市售干式防滲料的對比槽，對比分析研究電解槽啟動后試驗槽和對比槽的爐底和側部熱場情況，評估對電解槽熱平衡及電解工藝的影響。

表1 干式防滲料理化性能指標

圖2 試驗槽爐底板溫度與對比槽爐幫板溫度數據變化圖

4 實驗室測定分析

將廢塊進行分離處理，并進行取樣化驗，分別為滲漏下來的電解質、反應后的防滲料晶體、邊部回收的散狀防滲料。在剔除電解質后，將編號物料破碎后按照不同的比例摻配新防滲料，使用預先研制的復合添加劑制樣，測量其導熱系數并開展防滲試驗。

結果表明：實測三種防滲料在800℃時導熱系數分別為0.24、0.3、0.33W/(m?k)，均小于標準0.45 W/(m?k)，滿足使用要求；其中防滲料樣品BL-1經過960℃×96小時防滲實驗后，形成厚度約6cm的黑色阻擋層，但阻擋層有氣孔，不致密。BL-2和3防滲料樣品防滲經過960℃×96小時防滲實驗后，未見明顯阻擋層，因此，BL-1防滲料樣品配方可應用于工業電解槽試驗。

5 試驗槽應用效果

依據實驗室配方結論，分選結晶的廢防滲料約5噸，占全槽的25%，將廢防滲料破碎成不同粒度做為骨料摻配新防滲料添加劑進行上槽試驗，鋪設時防滲料分三層夯實，第一層和第二層采用配好的防滲料，最后一層為新防滲料應用在200KA系列槽787#槽，對試驗槽和采用全新的防滲料筑爐的對比槽爐底板溫度進行持續跟蹤，爐底板溫度如圖2基本保持在80°~90°之間，與對比槽同比高出8℃~10℃，6個月后溫度持平，廢干式防滲料實現了回收再利用的目的。

6 結語

本項目是針對廢防滲料進行回收再利用的一種變廢為寶的技術創新，實現大修槽至少回收利用廢防滲料20%以上，從爐幫板溫度數據看，回收再利用防滲料起到了保溫與防滲的作用，同時減少企業危廢處置經濟壓力及環境承載壓力，將對整個公司電解槽大修渣分類處理及再利用提供指導，為公司綠色環保生產提供支撐。