电解铝炭渣特性和流化床回收研究

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1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2014.12.005电解铝炭渣的特性及流化床回收研究周峻宇，伍成波，张江斌，吴乾江(重庆大学材料科学与工程学院，重庆400044)摘要：通过对电解铝炭渣进行化学分析及差热分析，结合XRD及氧化反应试验，分析了电解铝炭渣中成分及其反应规律。结果表明，在565~725℃利用流态化燃烧技术可以回收电解铝炭渣中的电解质。关键词：铝电解；炭渣；特性；流态化焙烧中图分类号：TF821文献标志码：A文章编号：1007-7545（2014）12-0000-00StudyofCharacteristicofCarbon

2、ResiduefromElectrolyticAluminumandItsFluidizationRecoveryZHOUJun-yu,WUCheng-bo,ZHANGJiang-bin,WUQian-jiang(MaterialandEngineeringSchoolofChongqingUniversity,Chongqing400044,China)Abstract:Carbonresiduesfromelectrolyticaluminumwereanalyzedbychemicalanddifferentialthermalanalysis,XRDd

3、iagramsandoxidationreactiontest.Thecompositionandreactionruleofcarbonresidueswereinvestigated.Theresultsshowthatelectrolyteincarbonresiduescanberecycledbyfluidizationroastingat565~725℃.Keywords:aluminumelectrolysis;carbonresidue;characteristic;fluidizationroasting铝电解过程中产生的炭渣会导致电能消耗增

4、加、热槽产生及电流损失[1]。而炭渣中所含有的冰晶石等物质具有较高的回收价值。目前主要采用浮选法处理炭渣，但浮选法的回收率低且不能直接利用、浮选过程中有害物质超标[2]，生产成本较高，环境污染较严重，因此未得到工业化应用。针对浮选法的不足，陈喜平等[3]进行了电解铝炭渣焙烧法的相关研究。焙烧法需要较高的温度使得炭渣中的碳完全燃烧，但当温度超过800℃时，物料粘结严重，导致反应速率明显降低。焙烧温度控制在800℃以下，生产效率较低，不利于大规模的工业生产。流态化燃烧利用流动气体使固体颗粒处于悬浮运动状态，是一种低污染、低成本的燃烧技术。该方法具有清洁、高效、低成

5、本、负荷调节范围大及灰渣可综合利用等优点[4]，工业化应用[5-6]也很普遍，但利用流态化燃烧技术回收电解铝炭渣中的电解质尚无报道[7]。本文对炭渣进行化学分析及差热分析，探究炭渣的特性，并利用流态化燃烧技术从炭渣中回收电解质。1炭渣的性质炭渣中主要含有碳以及冰晶石、亚冰晶石、AlF3、Al2O3等电解质，其中碳约占30%、电解质约占70%。电解质中各成分的相对百分含量为（%）：Na3AlF662.7、Na5Al3F1411.4、Li3AlF65.2、CaF25.8、MgF23.4、AlF33.6、LiF1.9、Al2O36.0。由于亚冰晶石（熔点725℃）和

6、氟化锂（熔点848℃）等低熔点物质的存在，利用焙烧法处理炭渣受到温度的限制。2炭渣差热分析图1为炭渣在氩气和空气气氛中的TG和DSC曲线，图2为氩气和空气中炭渣的TG对比曲线。图1炭渣差热分析曲线Fig.2Differentialthermalanalysiscurvesofcarbonresidue收稿日期：2014-07-23作者简介：周峻宇（1986-），男，江苏徐州人，硕士研究生；通信作者：伍成波(1965-)，男，，博士，副教授.图2氩气和空气中炭渣TG对比曲线Fig.2TGcurvesofcarbonresidueinatmosphereofair

7、andargongas由图1a可知，温度小于559.6℃时，TG曲线基本没有发生变化，在559.6℃炭渣质量损失为0.5%，这可能是炭渣中电解质的结晶水在559.6℃以下分解造成的。炭渣在氩气中加热DSC曲线中出现了1个吸热峰，对应的温度是906.5℃。该吸热峰应该是冰晶石的熔化温度。912.2℃时的质量损失为3.1%，这可能是在559.6~912.2℃区间内炭渣中的冰晶石开始挥发[8]。912.2℃后炭渣的质量损失急剧增加，冰晶石大量挥发。综合TG和DSC曲线，表明在912.2℃之前炭渣没有发生明显化学变化。根据图1b，当温度小于565.2℃时，DSC曲线没

8、有出现明显峰值，565.2℃时渣样质量