本實用新型涉及一種鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石的系統，屬于電解鋁廢棄物處理技術領域。

背景技術：

鋁電解槽廢炭渣為電解鋁生產過程中從陽極剝落的碳塊掉入熔融電解質中并漂浮在其表面產生的廢渣，主要成分為碳和電解質，其中電解質主要為冰晶石，冰晶石的重量百分比一般在40%~60%。冰晶石作為電解鋁生產過程的助熔劑，使用時成本較高，從廢炭渣中回收其中的冰晶石，用于返回電解槽作為助熔劑使用，可在一定程度上降低電解鋁生產成本，并減少廢渣排放對周圍環境可能產生的負面影響。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種能夠從鋁電解槽廢碳渣中回收冰晶石且回收率及純度均較高的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石的系統。

為了實現以上目的，本實用新型的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石的系統的技術方案如下：

一種鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石的系統，包括依次相連的浸出倉、浮選裝置、固液分離裝置。

本實用新型的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石的系統能夠利用浮選法對鋁電解槽廢碳渣進行冰晶石的回收，能夠針對廢碳渣中冰晶石的含量及雜質成分，將廢碳渣中的冰晶石徹底地浮選回收，能夠大幅度提高廢碳渣中冰晶石的回收率。本實用新型的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石的系統設置有浸出倉和浮選裝置，使制漿、浸出工序在一個裝置中進行，浮選在另一個裝置中進行，避免了兩個工序之間的相互影響，而且能夠同時在兩個裝置中進行制漿浸出和浮選，提高了工藝的連續性，提高了回收處理效率。另外，制漿浸出工序和浮選工序分別在浸出倉和浮選裝置中進行，也避免了每一次回收處理后均需對反應裝置進行清洗以消除浮選機對制漿浸出工序的影響。

由于浮選過程中氣體的產生導致工藝對裝置的要求也有所區分，浮選裝置為耐壓裝置或者在浮選裝置上設置有排氣裝置，浸出倉則不需要上述設置。

所述浮選裝置為依次相連的兩個以上的浮選機構，所述浮選機構為浮選機或者浮選柱。優選的，所述浮選機構為四個依次相連的浮選機，能夠進行“粗選-初步精選-再次精選-掃選”的浮選工藝，提高浮選效率，也提高冰晶石的純度。相鄰的兩個浮選機之間連接有砂漿泵。

本實用新型的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石系統還包括反應倉，所述反應倉上設置有加酸口，所述浸出倉的出料口與所述浮選裝置的加料口相連，所述浮選裝置的出料口與固液分離裝置的加料口相連，所述固液分離裝置的固體出口與反應倉的加料口相連，反應倉的出料口連接固液分離裝置的加料口。

所述固液分離裝置包括第一固液分離裝置和第二固液分離裝置，第一固液分離裝置的加料口與浮選裝置的出料口相連，第一固液分離裝置的固體出口與反應倉的加料口相連，反應倉的出料口與第二固液分離裝置的加料口相連。第一固液分離裝置為壓濾機。第二固液分離裝置為離心分離機。離心分離機的固體出口上連接有烘干機。烘干機上連接有噸包機。

本實用新型的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石系統還包括緩沖裝置，所述浮選裝置的上層泡沫漿料出口與緩沖裝置加料口相連，緩沖裝置的出料口與固液分離裝置加料口相連。當浮選裝置包括多個浮選機構時，每一個浮選機構的上層漿料出口均與緩沖裝置的加料口相連。

緩沖裝置包括第一緩沖池、第二緩沖池、第三緩沖池，第一緩沖池與最后一個浮選機的出料口相連，用來制備提純漿料，第二緩沖池與每一個浮選機的上層泡沫出口相連，用來收集上層泡沫漿料。第三緩沖池的加料口與反應倉的出料口相連，第三緩沖池的出料口與第二固液分離裝置的加料口相連。

本實用新型的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石系統還包括循環水池，所述循環水池的入水口與固液分離裝置的液體出口相連，循環水池的出水口與反應倉的加料口相連。

本實用新型的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石系統還包括與浸出倉相連的輸料裝置，輸料裝置包括破碎機、塊料倉、給料機、球磨機、粉料倉。

破碎機上連接有振動輸送機，振動輸送機上連接有原料輸送帶，原料經原料輸送帶送至振動輸送機，由振動輸送機送入破碎機。振動輸送機上設置有除鐵裝置，用來除去原料中的鐵塊。破碎機下部設置有皮帶輸送機和滾動篩選機。

塊料倉下部設置有給料機，給料機的出料端與球磨機的進料口相連，用以將塊料倉中的小塊塊料輸送至球磨機進行制粉。

本實用新型的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石系統還包括除塵裝置，除塵裝置能夠將收集到的粉塵送入輸料裝置。

本實用新型的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石系統還包括儲酸罐，儲酸罐通過管道與加酸口相連。

浸出倉、反應倉、緩沖裝置中均設置有攪拌器。浸出倉、反應倉中均設置有控溫裝置，包括溫度探桿和溫度控制器，用以對反應倉內的物料的溫度進行探測和控制。

本實用新型的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石系統還包括監測控制系統。塊料倉和粉料倉頂部均設置有漫反射測距儀。漫反射測距儀用以檢測倉內的物料高度，并通過監測控制系統換算為倉內的物料質量。浸出倉、反應倉、循環水池、緩沖裝置、破碎機、塊料倉、球磨機、拆包機、儲酸罐、壓濾機、離心分離機、烘干機、噸包機、原料輸送帶、振動輸送機、皮帶輸送機、混動篩選機、螺旋輸送機、除塵器、給料機的進出口及其之間的連接管道上均設置有電動閥，電動閥與監測控制系統相連，用以控制各個電動閥的開啟和關閉。

本實用新型的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石的裝置能夠對鋁電解槽廢碳渣中的大部分冰晶石進行回收再利用，按照廢碳渣中冰晶石的平均含量為40~60%計算，目前市場上冰晶石的平均價格在5000元以上，以每年處理4000噸廢碳渣計算，生產成本1000元/噸，則每年的產值在800萬以上，利潤在400萬以上。得到的廢碳渣再生得到的冰晶石可以直接回用到電解鋁生產過程中，也可用作制造玻璃和搪瓷的遮光劑等。進一步的，浮選得到的碳泥可用作燃料和碳素廠的原料使用。此外，產生的廢水可循環使用，且不影響產品質量，既節約成本，又符合環境保護的要求。

本實用新型的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石的方法包括：

將廢碳渣粉料與水混合，得待浮選漿料，使用浮選劑對待浮選漿料進行浮選后，得上層泡沫漿料和下層漿料；將下層漿料脫水，即得冰晶石。

本實用新型的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石的方法先將廢碳渣粉料與水制成漿料，使可溶性雜質盡量溶出，然后通過浮選，將漿料浮選為上層泡沫泥漿和下層漿料，將漿料中的雜質盡可能地除去，得到的冰晶石的純度也非常高，而且，本實用新型的方法能夠將廢碳渣中的冰晶石最大程度地回收再利用，回收率較高。

上述待浮選漿料轉移至浮選裝置中進行浮選。

上述廢碳渣粉料與水混合后攪拌10min，可以提高二者的混合均勻程度。一般的，加水的量大于廢碳渣質量的10倍以上，優選的，廢碳渣與水的質量比為1:10-20。

所述浮選為兩級以上的浮選，且至少有兩級浮選所用的浮選劑不同。

所述兩次以上的浮選為四次浮選。四級浮選的步驟為：向待浮選漿料中加入第一浮選劑進行一級粗選，得第一上層泡沫漿料和第一下層漿料，向第一下層漿料中加入第二浮選劑進行二級精選，得第二上層泡沫漿料和第二下層漿料，向第二下層漿料中加入第三浮選劑進行三級精選，得第三上層泡沫漿料和第三下層漿料，向第三下層漿料中加入第四浮選劑進行四級掃選，得第四上層泡沫漿料和第四下層漿料。通過一級粗選、二級精選、三級精選及四級掃選之后，廢碳渣漿料中的碳及其他雜質均通過上層泡沫漿料除去，提高了冰晶石的回收率和回收冰晶石產品的純度。優選的，四級浮選所用的浮選機都不同。

每一次浮選后上層泡沫漿料與下層漿料分離并從浮選裝置中排出。

所述浮選劑包括捕收劑和起泡劑，所述捕收劑為煤油、柴油、XF-3型捕收劑中的任意一種。所述起泡劑為2號油、松醇油、樟腦油、甲醇、吡啶、BK-201型起泡劑中的任意一種。

浮選劑的加入量為依靠浮選劑的加入速度及時間來控制。一般的，浮選劑逐滴加入，在1噸的漿料中每分鐘加入30-180mL浮選劑。加入速度為3-6mL/（min·t），滴加的時間為10-30min。

每一級浮選時間在10min以上，一般的優選為10-30min。進一步優選的，一級粗選的時間為30min，二級精選的時間為20min，三級精選的時間為10min，四級掃選的時間為10min。

將第一上層泡沫漿料、第二上層泡沫漿料、第三上層泡沫漿料、第四上層泡沫漿料合并，脫水，得碳泥。從上層泡沫漿料中提取碳泥，實現了廢碳渣的進一步再利用。

為了進一步對冰晶石粗品進行提純，將最終得到的下層漿料加水，制成提純漿料，加入酸，浸出，脫水，得到冰晶石。所述最終得到的下層漿料與水的質量比為1:3-5。所述浸出的時間為10-30min，優選為30min。所述酸為鹽酸。所述鹽酸的質量分數優選為8-10%。鹽酸的加入量以調節漿料pH為4-6為宜。

所述脫水為過濾或者離心分離。

本實用新型的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石的方法能夠將廢碳渣中的冰晶石徹底回收，回收率超過90%，而且回收效率非常高，適合于大規模處理鋁電解廢渣。本實用新型最終得到的冰晶石的純度高達91.3%。

附圖說明

圖1為本實用新型的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石系統的實施例的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本實用新型的技術方案進行進一步的說明。

本實用新型的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石系統的實施例：

如圖1所示，本實施例的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石系統包括依次相連的輸料裝置、浸出倉101、反應倉102、浮選裝置、固液分離裝置，反應倉102上設置有加酸口。浮選裝置包括依次相連的四個浮選機：第一浮選機104、第二浮選機105、第三浮選機106、第四浮選機107，相鄰兩個浮選劑之間設置有渣漿泵，渣漿泵通過管道與浮選機相連，每一個浮選機均包括四個浮選槽，浸出倉101的出料口與第一浮選機的加料口相連。

固液分離裝置包括第一固液分離裝置和第二固液分離裝置，第一固液分離裝置為壓濾機，本實施例中為第一板式壓濾機201和第二板式壓濾機202，第二固液分離裝置為離心分離機，本實施例中為臥式離心分離機203。

本實施例的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石系統還包括緩沖裝置，緩沖裝置包括三個緩沖池：第一緩沖池401、第二緩沖池402、第三緩沖池403，三個緩沖池上均設置有攪拌裝置。第一緩沖池的加料口與第一板式壓濾機的固體出口相連，第一板式壓濾機的加料口與第四浮選機的出料口相連，同時第一緩沖池的出料口通過渣漿泵103與反應倉102的加料口相連。四個浮選機上均設置有泡沫漿料出口，用以將浮選后的上層泡沫漿料排出。第二緩沖池的加料口分別通過渣漿泵與四個浮選機的泡沫漿料出口相連，第二緩沖池的出料口與第二板式壓濾機的加料口通過渣漿泵相連。第三緩沖池的加料口與反應倉102的出料口相連，第三緩沖池的出料口與臥式離心分離機相連。臥式離心分離機的固體出口上依次連接有烘干機5、第四提升機7、噸包機6，以將得到的冰晶石進行干燥、打包。從第四浮選機出料口出來的下層漿料進入第一板式壓濾機，脫水后的料渣送入第一緩沖池，加3-5倍質量的水制成料漿，送入反應倉102，加酸攪拌除雜后送入第三緩沖池，經臥式離心分離機分離后進行烘干、打包。

本實施例的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石系統還包括循環水池8，循環水池的入水口與板式壓濾機和臥式離心分離機的液體出口均相連，循環水池的出水口與浸出倉101的加料口相連，或者也可以在浸出倉101上設置加水口，并與循環水池的出水口相連。

輸料裝置包括破碎機304、塊料倉308、給料機309、球磨機306、粉料倉307，破碎機上連接有振動輸送機302，振動輸送機上連接有原料輸送帶301，原料經原料輸送帶送至振動輸送機，由振動輸送機送入破碎機，振動輸送機上設置有除鐵裝置303，用來除去原料中的鐵塊，破碎機為箱式破碎機，破碎機下部設置有皮帶輸送機305和滾動篩選機306，滾動篩選機用于輸送和篩分破碎后的塊料并能夠將雜物除去，對塊料的篩分是將混雜在原料中的其他廢物如編織袋、玻璃瓶等從塊料中篩分分離開來，滾動篩選機上通過第一提升機307與塊料倉相連，用以將滾動篩選機篩分后的塊料輸送至塊料倉，塊料倉下部設置有給料機309，給料機的出料端與球磨機的進料口相連，用以將塊料倉中的塊料輸送至球磨機進行制粉，本實施例中的給料機為電磁給料機；球磨機上設置有磨頭篩，球磨機上連接有第三螺旋輸送機，第三螺旋輸送機上連接有第二提升機310，第二提升機與粉料倉相連，粉料倉通過第三提升機311與浸出倉101相連。

第一提升機上連接有第一螺旋輸送機，第一螺旋輸送機上連接有第一除塵器312，第一除塵器收集的粉塵經螺旋輸送機送入第一提升機；第三螺旋輸送機上連接有第二螺旋輸送機，第二螺旋輸送機上連接有第二除塵器313，第二除塵器收集的粉塵經第二螺旋輸送機送入第三螺旋輸送機。本實施例的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石系統還包括除塵管道，振動輸送機、破碎機、皮帶輸送機、電磁給料機、球磨機、浸出倉101、反應倉102均與除塵管道相連，第一除塵器、第二除塵器也與除塵管道314相連，經過除塵器處理后的無塵空氣經風機315送入煙囪排放至大氣。

第一提升機、第二提升機、第三提升機、第四提升機均可以為現有技術中的提升機，本實施例中均為斗式提升機。第一除塵器、第二除塵器均可以為現有技術中的除塵器，本實施例中均為脈沖除塵器。

本實施例的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石系統還包括儲酸罐9，儲酸罐通過管道與反應倉102上的加酸口相連。

浸出倉101、反應倉102中均設置有攪拌器。

塊料倉和粉料倉頂部均設置有漫反射測距儀，用以檢測倉內的物料高度，并通過監測控制系統換算為倉內的物料質量。浸出倉、反應倉、循環水池、緩沖池、破碎機、塊料倉、球磨機、儲酸罐、壓濾機、離心分離機、烘干機、噸包機、皮帶輸送機、滾動篩選機、螺旋輸送機、除塵器、提升機、給料機的進出口及其之間的連接管道上均設置有電動閥，電動閥與監測控制系統相連，用以控制各個電動閥的開啟和關閉。浸出倉101與循環水池之間的電動閥為單向閥。

浸出倉101、反應倉102的側壁上以及粉料倉的底部均設置有取樣口，用以取樣檢測。

本實施例的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石系統還包括溫度控制系統，溫度控制系統包括分別設置在浸出倉101、反應倉102中的溫度探桿和加熱裝置以及與其相連的溫度控制器。

本實施例的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石系統在使用時，廢碳渣經過破碎機破碎、篩選后進入塊料倉，經給料機送入球磨機球磨制粉，并由提升機送入粉料倉。第一除塵器、第二除塵器中收集的粉塵分別送入對應的提升機和螺旋輸送機。粉料進入浸出倉，制漿，然后進入第一浮選機進行浮選，浮選后產生的上層泡沫漿料和下層漿料分離后，下層漿料進入第二浮選機進行浮選，產生上層泡沫漿料和下層漿料，依次類推，在第四浮選機中浮選產生上層泡沫漿料和下層漿料，第四浮選機中產生的下層漿料進入板式壓濾機，脫水后的料渣送入第一緩沖池，加3-5倍質量的水配成料漿，送入反應倉，加酸攪拌浸出后送入第三緩沖池，經臥式離心分離機分離后進行烘干、打包。臥式離心分離機和板式壓濾機液體出口出來的水送入循環水池，進行重復利用。各級浮選機中得到的上層泡沫漿料合并后進入第二緩沖池，經壓濾機脫水后得到碳泥。

在本實用新型的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石系統的其他實施例中，第三緩沖池的加料口與第四浮選機的出料口相連，在不需要對冰晶石進行進一步加酸除雜時，第四浮選機浮選后的漿料直接進入第三緩沖池，并由臥式離心分離機脫水。在其他實施例中，第四浮選機的出料口直接與反應倉的加料口相連。

在其他實施例中，多級浮選裝置中的浮選機的數量可以為兩個、三個或者五個以上。

在其他實施例中，固液分離裝置僅為一個臥式離心分離機，所有的固液分離均在該離心分離機中進行。當然也可以設置多個板式壓濾機或者多個臥式離心分離機或者多個板式壓濾機與多個臥式離心分離機同時使用。

在其他實施例中，緩沖裝置為緩沖筒。在其他實施例中，緩沖裝置的數量可以為兩個，僅包括第一緩沖池和第二緩沖池。或者僅為一個，用來收集各級浮選機浮選產生的上層泡沫漿料。在其他實施例中，也可以不包括緩沖裝置，漿料直接送入下一工序對應的設備即可。

在其他實施例中，循環水池的出水口不與浸出倉的加料口相連，最終過濾得到的濾液收集后進行其他方式處理，浸出倉中需要的水通過其他方式加入。在其他實施例中，不設置循環水池。在其他實施例中，不包括烘干機和噸包機。

在其他實施例中，視大修渣原料的顆粒情況，輸料裝置可以不包括破碎機或者球磨機中的一個。在其他實施例中，回收系統可以不包括除塵器、除塵管道、除鐵裝置、循環水池。

本實用新型的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石的方法包括如下步驟：

1）將廢碳渣原料經原料輸送帶輸送至振動輸送機，經過振動輸送機上的除鐵裝置除去原料中的鐵塊，由振動輸送機送入破碎機進行破碎，將破碎后的原料塊進行篩選，直徑不大于20mm的小塊原料經提升機送入塊料倉，直徑大于20mm的大塊原料送回破碎機繼續破碎；塊料倉中的小塊原料經電磁振動給料機送入球磨機進行球磨制成原料細粉，篩分，篩出鋁塊、鐵塊等雜質后的原料細粉經第一螺旋輸送機輸送至第一提升機，由第一提升機提升送入粉料倉；

2）在浸出倉中加入水，將粉料倉中的粉料送入浸出倉中，與水混合制成漿料，并攪拌10min混勻，制得待浮選漿料；粉料與水的質量比為1:3-5；

3）向步驟2）中得到的待浮選漿料中以3mL/（min·t）的速度逐滴計量加入第一浮選劑進行一級粗選，粗選時間為30min，得第一上層泡沫漿料和第一下層漿料，向第一下層漿料中以3mL/（min·t）的速度逐滴計量加入第二浮選劑進行二級精選，精選時間為20min，得第二上層泡沫漿料和第二下層漿料，向第二下層漿料中以3mL/（min·t）的速度逐滴計量加入第三浮選劑進行三級精選，精選時間為10min，得第三上層泡沫漿料和第三下層漿料，向第三下層漿料中以3mL/（min·t）的速度逐滴計量加入第四浮選劑進行四級掃選，掃選時間為10min，得第四上層泡沫漿料和第四下層漿料；

第一浮選劑由質量比為1:1的捕收劑和起泡劑組成，捕收劑為煤油，起泡劑為2號油；第二浮選劑由質量比為1:1的捕收劑和起泡劑組成，捕收劑為柴油，起泡劑為松醇油；第三浮選劑由質量比為1:1的捕收劑和起泡劑組成，捕收劑為柴油，起泡劑為甲醇；第四浮選劑由質量比為1:1的捕收劑和起泡劑組成，捕收劑為XF-3型捕收劑，起泡劑為BK-201型起泡劑；

4）將步驟3）中得到的第四下層漿料經壓濾機壓濾后，加3倍質量的水攪拌制成漿料，送入反應倉中，加入8%的鹽酸調節漿料的pH為5，攪拌浸出30min，使其中的可溶性Fe、Si等雜質溶出，將混合漿料送入臥式離心分離機進行脫水，脫水后的固體送入烘干機進行干燥后經噸包機打包得到冰晶石產品；

合并第一、二、三、四上層泡沫漿料，經壓濾機壓濾后得到碳泥。

上述臥式離心分離機和壓濾機中產生的濾液均送入循環水池中作為水循環利用。

經檢測，本實施例的冰晶石回收率達到91.6%，冰晶石的純度達到94.6%。

本實用新型的鋁電解槽廢碳渣回收冰晶石的裝置能夠對鋁電解槽廢碳渣中的大部分冰晶石進行回收再利用，按照廢碳渣中冰晶石的平均含量為40~60%計算，目前市場上冰晶石的平均價格在5000元以上，以每年處理4000噸廢碳渣計算，生產成本1000元/噸，則每年的產值在800萬以上，利潤在400萬以上。得到的廢碳渣再生得到的冰晶石可以直接回用到電解鋁生產過程中，也可用作制造玻璃和搪瓷的遮光劑等。浮選得到的碳泥可用作燃料和碳素廠的原料使用，此外產生的廢水可循環使用，且不影響產品質量，既節約成本，又符合環境保護的要求。