DOC《电解铝炭渣的特性及流化床回收研究》

当温度为882.5 ℃时,氩气气氛下的炭渣质量损失为2.8%,空气气氛下的质量损失为15.7%,主要是因为空气气氛中炭渣中的碳和空气中的氧气反应生成CO2造成的.

3 试验及讨论 3.1 炭渣中碳的氧化规律 为进一步验证炭渣中碳的氧化规律,将炭渣放入下部可以通入空气的金属管中(图3),并将金属管放入温控电阻炉中恒速加热,用气体分析仪分析金属管上部尾气成分,用热电偶测量料温. 图3 炭渣氧化反应试验装置 Fig.3 Oxidation reaction test device of carbon residue 在整个试验过程中涉及的反应只有碳氧化反应,因此可以用尾气中氧含量的变化规律来描述试验时碳氧反应的剧烈程度.图4为尾气中氧含量随料温变化曲线图,曲线1和曲线2为重复试验结果. 图4 尾气中氧含量随温度变化曲线 Fig.4 Curves of oxygen content in waste gas variation with temperature 从图4可以看出,试验1在323.7 ℃时尾气中氧含量开始减小,这可能是炭渣颗粒表面局部温度过高,已经达到碳氧反应温度的缘故.之后,随着料温的升高,尾气中氧含量迅速减小,表明炭渣中的碳和空气中的氧剧烈反应.当料温达到696.2 ℃时,氧含量降到最低,此时尾气中氧含量为2.9%,当料温超过696.2 ℃时,尾气中氧含量急剧升高.这是因为料温在696.2 ℃时,炭渣颗粒表面的亚冰晶石熔化,熔化的亚冰晶石附着在炭渣表面,阻断了氧气向炭渣颗粒内部的扩散,降低了碳氧化反应速率.试验2和试验1有相似的规律. 3.2 炭渣的烧损 为了验证炭渣的烧损情况,将相同粒度组成的炭渣均匀平铺在金属盘中(渣层厚度尽可能小),放入电阻炉中在不同温度恒温加热1 h,测定不同温度下炭渣的烧损量及烧结状况.结果表明,在

550、

600、

650、

700、750 ℃下的炭渣烧损率分别为7.26%、13.41%、22.31%、28.74%、14.19%,只有750 ℃焙烧的炭渣出现了烧结,其余温度下均未出现烧结现象. 对700 ℃反应后的渣样进行化学分析,含碳量为0.39%,表明炭渣中的碳基本反应完,当炉温为550 ℃时,炭渣损失量较少,未达到碳氧反应温度,600~700 ℃范围内,炭渣出现明显的烧损,并且烧损率随温度的升高而增加,而750 ℃的烧损率变小并出现炭渣烧结现象说明低熔点亚冰晶石对碳氧反应具有抑制作用. 3.3 炭渣流态化技术处理流程 通过上述分析,可以考虑在565~765 ℃利用流态化燃烧技术回收炭渣中的电解质.查阅相关文献[9-10],结合炭渣的性质设计出利用流态化燃烧技术处理电解铝炭渣的冷态鼓泡床(流化床)模型.通过冷态试验确定了炭渣的最佳粒度组成和流态化参数:炭渣粒度0.15 mm、床径100 mm、高径比

9、料层高度150 mm、布风板开孔率1.8%、流化速度0.212 m/s.按照与冷态模型1∶1的比例设计并搭建热态试验模型,为了更准确地控制流化床炉膛内的反应温度,将炉膛放置在可以恒温加热的电阻炉中,热态试验装置如图5所示. 图5 鼓泡床处理炭渣热态试验装置 Fig.5 Thermal state device of processing carbon residue by bubbling bed technology 对利用鼓泡床在565~725 ℃处理后的炭渣进行化学分析发现,含碳量为12.6%(初始含碳量约30%),未达到理想目标.可能是由于碳氧反应为放热反应,对炭渣颗粒表面温度控制不当导致亚冰晶石熔化,抑制了碳氧反应的进行.更详细的方案亟待后续探索研究.

4 结论 1)当温度小于562.3 ℃时,无论在氩气或者空气气氛中,炭渣质量损失都在1%以下.氩气气氛中,当温度为912.2 ℃时,炭渣质量损失3.1%,主要表现为电解质的灼减;