铝电解槽是在高温熔盐状况下生产纯铝的生产设施，电解铝生产主要以氧化铝为材料，氟化盐为熔剂，电能为热源，在高温熔盐状况下进行的电化学反应中，铝液沉积在阴极的表面，因为电解质中钠离子浓度较高，在阴极表面析出的还有金属钠。因为碳素阴极对电解质熔盐的湿润 性较好，阴极内衬不可防止地遭到电解质、金属钠、铝液铝电解槽大修衬渣及碳渣的无害化处置的浸蚀，因为不断遭到浸蚀，电解槽的内衬破坏，故铝电解槽的寿命一般只有2~5年。
01 铝电解槽大修衬渣及碳渣的无害化处置
前言
铝电解槽是在高温熔盐状况下生产纯铝的生产设施，电解铝生产主要以氧化铝为材料，氟化盐为熔剂，电能为热源，在高温熔盐状况下进行的电化学反应中，铝液沉积在阴极的表面，因为电解质中钠离子浓度较高，在阴极表面析出的还有金属钠。因为碳素阴极对电解质熔盐的湿润 性较好，阴极内衬不可防止地遭到电解质、金属钠、铝液铝电解槽大修衬渣及碳渣的无害化处置的浸蚀，因为不断遭到浸蚀，电解槽的内衬破坏，故铝电解槽的寿命一般只有2~5年。
02 电解氧化铝
工业上大规模生产电解铝的主要工艺过程是一 个熔盐电化学过程，主要生产原理是氧化铝与炭阳极在电流用途下于冰晶石熔融盐中生成铝和碳的氧化物。
熔盐电解：
主反应：
Al₂O₃+2C→2Al+CO+CO₂
副反应：
AlF₃ +C→Al+CF₃
Na₃AlF ₃ +C →Al+NaF+CF₄+F₂
NaF+C→ Na+CF₄
03 废渣的组成
铝电解槽散发的污染物有气态与固态物质，气态主要成分是氟化氢(HF)。固态物质分两类，一类是颗粒物质，主如果氧化铝，碳和冰晶石粉尘。另一类是电解槽大修废料及生产过程中捞出的碳渣，含有很多的氟化物，氟化物属危险固废;阳极废渣亦属危险固废。电解过程中，炭素阳极与氧化铝反应生成 CO2 和 CO 而不断消耗，通过按期更换阳极块进行补充，电解槽散发的烟气中含有很多氟化物(含气态氟化氢和固态氟化物)、二氧化硫及粉尘等大方污染物，是电解铝企业最主要的大方污染源。其产生量约为总氟20~40 kg/t,Al 粉尘量也较大，大方污染负荷占整个电解铝生产系统的99%以上。另外，电解车间有适量的无组织排放烟气及少量的粉尘污染等。
04 废电解铝生产中的步骤及主要污染源排放点
05 阳极生产工序介绍
阳极生产工序相对较多，其生产过程中的污染源也相对较多。
主要包含：
石油焦煅烧窑，含SO2 及少量粉尘烟气;
生阳极焙烧烟气包含残极氟气挥发逸出，填充焦及沥青 所含硫燃烧生成SO2、 沥青挥发性未完全燃烧。
实践证明，阳极焙烧炉的大方污染负荷占阳极生产系统 的2/3以上。
在发生阳极效应时，在高电压用途下析出的初生态氟原 子与阳极用途生成CF4:C+4F=CF4/C2F6。
这二种产物 排放量取决于阳极效应的频率，阳极效应延续时间。
06 阳极生产工艺步骤及污染物排放治理步骤
07 碳渣的产生
目前工业铝电解槽所用电极都是由碳素材料制作的，因为碳素材料的不均质性，在电解生产金属铝过程中，碳渣的产生是不可防止的。
碳渣产生的重要原因有：
(1)碳素阳极的不均匀燃烧和选择性氧化致使碳粒掉落;
(2)碳素阴极在铝液和电解质的侵蚀和冲刷下产生碳粒剥 落;
(3)电解过程中的二次反应生成游离的固态碳;
(4)操作不当带来的机械损失。
据统计，每生产一吨原铝约产出7～8公斤阳极碳渣，因为长 时间受电解质的浸泡和渗透，碳渣中氟化盐含量非常高、约占碳渣 重量的60%~70%,国内铝电解碳渣的主要组成见下表。
07 废渣无害化处置办法
电解铝厂产生的电解槽衬大修废渣，现在直接运至渣场填埋，未作任什么地方理。在铝厂长期的生产经营过程中，废渣带来的负面影响愈加大，它不只要占用很多的土地、威胁周围环境，而且还要支付很多维护成本，令企业不堪重负。电解槽大修废渣的无害化研究与开发将对于保护环境，促进电解铝生产的健康进步具备要紧意义基于以上缘由，目前不少铝厂已将生产废渣的再借助研究提到日程上来，现在大家主要使用以下几种办法，对废渣进行处置：
对废渣进行人工选捡
对废渣进行人工选捡，主要就是分捡出渗铝、电解质块等有价物，返回生产系统，收购借助。
废渣中碳块的借助
(1)用于烧结法氧化铝生产，将废碳块破碎25mm 以 下，与无烟煤一同进入氧化铝生产步骤，可改变溶出条件， 可以处置铝硅比高的高硅铝土矿，生产过程中消耗的是价格 低廉的碳酸钠。
(2)将它破碎后加入到水泥熟料中代替部分燃料。
(3)作为制备铁合金电极糊材料，阴极碳块导电性良 好，破碎到肯定的粒度后可代替一部分冶金焦制备电极糊。
08 国内对阳极碳渣处置近况
电解铝厂在生产过程中会产生阳极碳渣。据统计，每生 产一吨原铝约产出7～8公斤阳极碳渣，因为长期受电解 质的浸泡和渗透，碳渣中氟化盐含量非常高、约占碳渣重量的 50%～60%。阳极碳渣的主要成分是冰晶石、亚冰晶石、碳， 少量的氧化铝、氟化钙、氟化镁、氟铝酸锂、氟铝酸钾。阳 极碳渣是危险废弃物。
填埋
一方面，需要有危废处置资质的单位进行外运做防渗后 填埋并对有关事情进行备案登记;其次，需要采购很多 的冰晶石作为电解铝电解溶剂用。
粉碎选别(浮选法)：
国内非常大一部分企业配套建设了碳渣粉碎、浮选、磁选、 脱水工艺对碳渣进行综合借助。选别出的冰晶石粉虽然指标 较好，但因为是粉剂，在生产加入过程中产生扬尘对环境产 生二次污染，一般企业不太欢迎用;同时离别出的石墨粉 因为氟盐的存在，依然是危废。该工艺只是对危废进行了 减容处置，减小了危废的处置量，现在应用成效不理想。
浮选法的不足：
①收购的碳粉含电解质约9%,不可以返回碳素生产系统， 还是作为危废进行外委处置;
②收购的电解质含碳约5%,直接用会导致微细碳粒 在电解槽中燃烧，突发效应增加，电流效率降低;
③收购的电解质中夹杂浮选剂、增加了电解槽中的有机 杂;质，需要进行焙烧除去碳和浮选剂后才能作为电解质用;
④浮选废水中氟含量约100mg/L, 高于工业废水排放 限值不可以直接外排，需要进行废水处置。
电解槽封闷处置
该技术是中南大学研发的危废碳渣处置技术，具体就是将危废碳渣中掺入部分催化剂，在电解槽加入氧化铝的同时对危废碳渣进行封闷，现在该技术有一部分生产单位进行了应用，现在看用成效逐步好转。
在电解槽换极收边时，伴随常规的封极程序，将待处置的碳渣铺设于封极细碎料中，碳渣自燃产生气体排放，碳渣内的电解质凝结并进入电解槽，最大限度收购碳渣中的电解质;不影响电解槽的正常运行，降低了碳渣堆放、运输和处置的工序，很大的减少了劳动强度，节省劳动时间，提升了生产效率，并且消除去这类工序对环境的污染。
存在问题：处置能力小且要人工操作，同时会导致碳渣富集愈加多。
传统火法重熔电解质法
将危废阳极碳渣在专业熔炉内进行焚烧，碳渣中电解质以熔融状况浇铸成块，作为冰晶石的替代品重新加入到电解槽中。现有常见用的火法技术因为存在很多问题而处于淘汰边缘或停止状况。
存在的问题：
① 烟气排放不达标;
②炉底使用年限短(最长~3个月),且不可以连续生产;
③烟气中气溶胶遇冷凝固堵塞烟气管道;
④熔池扒出的石墨颗粒依然是危废等很多问题。
09 新型火法碳渣处置工艺
工艺步骤简述
主要生产系统主要由重熔炉、助燃风换热及气溶胶捕集器、气溶胶疏通烟气转接箱与残碳混合压球系统组成。
装载机将碳渣自炉门装入——旋转叉车对熔池碳渣进行摊铺——关闭装料炉门——中间旋转叉车搅拌——电解质浇注口浇注——叉车将浇注模运出冷却——旋转叉车扒除残碳——装载机将残碳运至压球工序冷却压球(作为燃料)。装载机将燃料从燃烧室将燃料加入燃烧。
以上描述即完成了一次循环。
技术特征简述
传统的火法重熔工艺多为离线小型单体室式反射炉，炉体结构使用实底小熔池燃气炉居多，使用人工手工操作，无烟气捕集净化装置，熔池材料抗腐蚀能力差，寿命基本在1~3月，重新砌筑炉底的工期长且没办法连续生产，环保很难达标，现在均处于停产状况或在躲避环保检查的状况下私下生产。新型火法技术借助全新思路解决了炉底熔池寿命短的问题，同时相应的环保问题、节能问题、连续生产的额问题同步解决，其特征如下：
(1)火法重熔炉的结构为新型结构
熔池底部及侧墙使用控制热流的结构，通过控制冷却使熔池的底部及侧壁形成20～30mm 的电解质固—液过度保护层，即控制温度的办法保证最小的炉底熔池的侵蚀量。
(2)可不停产在线清理烟道
在烟气工艺系统中因为增加了大家的专利商品一角门烟气转接器，可以每班交接班不停产状况对烟道内的气溶胶凝固物进行清理，确保长周期生产。
(3)多门烟气换热气溶胶沉积装置
由本公司研发设计的多门烟气换热气溶胶捕集装置可以在线清理，也可以停机清理。气溶胶凝结物与重熔冰晶石成分接近，均可收购并重复借助。该装置可有效解决后续烟气管道堵塞的难点。同时预热的空气可以大大降低燃料消耗。
(4)熔池内碳渣中残余的≤1200℃难燃石墨质颗粒的处置
从熔池中扒出的石墨质小碳粒在≤1200℃的环境中非常难燃烧，而在这个环境中电解质成分物质大多数已经析出，再在欠氧的条件下继续加热，只能是徒增能耗，需要在电解质熔液排除前进行扒除。冷却后掺拌废焦油进行压球，作为燃烧室的燃料加入，进而使阳极碳渣100%进行完全处置。
10 新型火法工艺用条件
该系统需要建在电解铝车间内，设置在两条电解车间之间烟气净化装置边缘，碳渣重熔装置产生的烟气在脱除气溶胶后，汇集到进入净化中心的烟气总管，集中输送到净化中心，借助系统中氧化铝的吸附用途脱除烟气中的氟元素，确保达标排放。
11 工程规模配置
国内的碳渣产生的量为7~8kg/t.Al,碳渣中氟化盐的含 量约占碳渣总量的60%以上。国内铝电解碳渣的主要种类 成见下表：
依据上表中的样品C—160 为代表进行测算如下(碳渣 产生量根据8kg/t.AL的状况):
一条电解铝生产线的产能为45万吨/年;
对应碳渣的产生量：3600t/ 年;
焙烧系统每年运行时间：300天;
焙烧系统天天处置碳渣：12t/天;
现在单炉处置碳渣能力：10~14t/天;
根据既有成熟炉型，一套装置智能对应一条45万吨电解铝生产线。考虑同时处置部分电解槽衬大修渣等危废，宜建设两条系统用以保证。根据两套焙烧、一套残碳压球配置平面图如下：
单套碳渣焙烧系统工艺平面布置图如下：
12 危废碳渣处置特征对比
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