电解炭渣处理方案的经济性研究报告

电解炭渣处理方案的经济性研究报告目录前言当前炭渣的处理方法处理方法的比较结语Page3铝电解预焙阳极由骨料（石油焦）和粘结剂（沥青）制成，在电解铝生产过程中，碳素阳极被氧化，由于骨料和粘结剂的抗氧化能力不一致，导致部分石油焦颗粒从基体上脱落，进入熔盐电解质中形成炭渣。熔盐电解质中炭渣的存在会增加电解质的电阻率，在槽电压不变的情况下，必然导致极距减小，加剧电解质与铝液界面上铝的二次溶解，最终导致电流效率降低、阳极钢爪浸泡在熔盐电解质中等问题。因此，熔盐电解质中的炭渣必须定期打捞，在炭渣打捞过程中，部分熔盐电解质因机械夹带进入炭渣中，因此炭渣中含有大量氟化物，属于有毒固体废弃物。当前，国内铝行业产生的炭渣主要采取露天堆存的方式进行处理，其中的可溶氟随雨水渗人地下，会对土壤及地下水造成污染。随着环保问题日趋严峻、石油焦等可用碳素资源日渐紧张，政府及铝生产商已就炭渣循环利用的紧迫性达成共识。据统计,每生产一吨原铝约外排5公斤~15公斤炭渣,2014年我公司铝产量为45万吨,外排炭渣较高，约1万吨。由于受电解质的浸泡和渗透,炭渣中电解质含量很高、约占炭渣重量的30%~40%,成分主要是冰晶石、亚冰晶石,少量氧化铝和氟化钙。目前我公司铝电解产生的炭渣一般是作为废物外销，价格约为600元/吨，经外部初步加工后，以3000元/吨的价格出售，而我公司2014年外购电解质约2000余吨，直接成本约600万元，与炭渣外销收益基本相当。但由于炭渣浮选处理后产生电解质较外购电解质多，此外还可产生炭粉，此收益与炭渣直接处理费用相比的经济性，以及多余电解质、炭粉的外销价格及应用、产生电解质的质量等实际问题；处理方案的选择、收益的对比等经济性研究，就成为此项目的重中之重。前言目录前言当前炭渣的处理方法处理方法的比较结语一、焙烧法二、浮选法1、火法原理焙烧法又称高温冶金。利用高温从矿石中提取金属或金属化合物的冶金过程，是提取冶金的主要方法。此过程没有水溶液参与反应，所以又称干法冶金。主要用于钢铁冶炼、有色金属造锍溶炼和熔盐电解以及铁合金生产等。火法冶金其主要反应是还原-氧化反应。炭渣焙烧主要通过高温焙烧，使炭渣中的炭氧化，所得焙烧残渣即为电解质。2、炭渣焙烧工艺流程炭渣反射炉焙烧燃料或天然气碳粉随烟气挥发电解质沉淀炭渣焙烧处理过程中，有大量氟化氢排出，在当前环保压力下，必须进过烟气处理，方可实施生产，因此烟气处理纳入炭渣焙烧生产工艺流程。2.1、炭渣焙烧工艺流程：2.2、炭渣烟气处理方案Page72.3、炭渣焙烧处理的注意事项1）、焙烧温度不能过高，以避免电解质的挥发，焙烧温度也不能过低，以保证炭完全燃烧；2）、炭渣中的炭为焦炭，着火点高（６３４℃）且燃烧慢，为保证炭完全燃烧，需要加入助燃剂；3）、为避免电解质粘附在设备内衬或盛装容器内壁上，需要加入分散剂；4）、由于回收产品为电解质，要求助燃剂和分散剂杂质含量少、对电解工艺无负面影响；5）、焙烧过程发生的主要反应为碳的氧化反应，为使反应快速进行，焙烧时必须保证炉窑内有充足的氧气。2、炭渣焙烧工艺流程3、焙烧法处理炭渣质量MgF2CaF2KFfzbAlXAlF3NaF0.793.931.822.3416.23-1.0640.8547.79注：上表为焙烧炭渣采样平均值由上表可见，产品质量与电解槽电解质成分一致，该类电解质经过生产实践检验，可以返回电解槽循环利用。4、处理成本序号名称单位无税价碳渣单耗单价成本（元）1药剂42.91.1助燃剂kg/t0.1712020.41.2分散剂kg/t0.1515022.52辅助材料102.1机物料元/t10/103燃料及动力903.1煤kg/t0.45200904人工工资1005直接处理成本242.9Page105、经济效益电解质回收率约：50%，直接返回到电解槽利用，价格2800元/吨，每吨碳渣生产电解质约：0.5*2800=1400.00元每吨碳渣的效益为：1400-210=1190元。Page116、投资预算炭渣焙烧处理投资预算序号设备名称台数价格（万元）1反射炉1152不锈钢烟道30米1.53活性碳吸附器10.84陶瓷交换器125余热回收利用器11.56风机10.157沉淀池12.58成品料池119处理工具10.510厂房地面硬化、仓储、休息室30投资预算54.95上表为投资基本测算，在实际运行过程中，根据市场行情发生波动。7、缺点和不足1、在焙烧过程中产生氟化气体烟道不易全部收集，部分气体有排入大气可能；2、劳动强度大，劳动环境恶劣，人工成本较高，个体经营按200元/天雇佣员工；3、在焙烧过程中，有火焰喷出约2米左右，不利于安全生产；4、炭渣焙烧时间较长，不利于大批量处理炭渣；5、国家相关法律法规等相关规定不利于焙烧法处理炭渣；5.1、2011版《铝行业规范条件》中规定：“禁止利用直接燃煤反射炉和4吨以下其他反射炉生产再生铝”；5.2、《中华人民共和国国家发展和改革委员会令第21号》产业结构调整指导目录中明文规定：“第十二条：禁止再生有色金属生产中采用直接燃煤的反射炉项目；第十八条：禁止使用4吨以下反射炉再生铝生产工艺及设备”5.3、豫环文〔2012〕75号文件规定：“按照国家环保相关法律和产业政策，对下述工艺和装备必须在规定的时间内予以淘汰：再生有色金属生产中采用直接燃煤的反射炉项目。”目录前言当前炭渣的处理方法处理方法的比较结语一、焙烧法二、浮选法1、浮选原理“浮选（flotation）”一词，是漂浮选矿的简称。浮选是根据矿物颗粒表面物理化学性质的不同，从矿石中分离有用矿物的技术方法。浮选也叫泡沫浮选，是根据各种物料表面物理化学性质的不同，来分选物料的方法。也就是利用物料的可浮性差异来分选物料。可浮性是指物料易浮或难浮的程度。浮选有正浮选和反浮选。正浮选是指浮选作业中浮起的物料是有用的物料，即泡沫产品为有用物。反之，浮起的物料是废弃物，则称之为反浮选碳渣浮选采用的是反浮选工艺。2、炭渣浮选工艺流程碳渣浮选过程主要包括：磨料与分级、浮选、脱水等工序，碳渣浮选工艺流程见图１：１、磨料与分级碳渣经过给料机给入球磨机同时给入水，经过磨碎由磨料机排矿端排入分级机。通过分级机及时将那些已经符合细度要求的碳渣分出，进入浮选作业，而不符合细度要求的粗粒碳渣经过分级机螺旋返回球磨机。２、浮选作业碳渣浮选作业包括两次粗选，三次扫选，三次精选。碳渣经过磨料与分级后，符合浮选要求的分级溢流进入搅拌槽，加入煤油和２＃油搅拌后进行浮选作业，两次粗选的泡沫产品进入精选作业，经过三次精选最终浮出溢流碳粉，两次粗选的尾矿经三次扫选作业，最终底流成为电解质。３、脱水作业脱水作业包括浓缩与过滤两部分。浮选作业选得的合格底流电解质经沙泵送入浓缩机浓缩，澄清的溢流水作为回水返回浮选作业，浓缩到一定浓度的底流电解质进入过滤机过滤，水分合格的底流电解质即为最终选别产品。2、炭渣浮选工艺流程3、浮选法处理炭渣质量MgF2CaF2KFfzbAlXAlF3NaF1.816.962.262.3512.42.4941.0548.23注：上表为浮选炭渣采样平均值由上表可见，产品质量与电解槽电解质成分一致，该类电解质经过生产实践检验，可以返回电解槽循环利用。4、处理成本序号名称单位无税价碳渣单耗单价成本（元）1药剂311.1捕收剂kg/t151.2181.2起泡剂kg/t131132辅助材料29.12.1钢球kg/t70.32.12.2备品及维修费套/t251252.3机物料套/t50.423燃料及动力66.63.1水m3/t40.41.63.2电kw.h/t0.5130654人工工资725直接处理成本198.7随着建设规模的不同，处理成本有所波动，但基本在200元/吨上下浮动。5、经济效益1、废铝回收率约：0.5%，直接作为产品出售，价格约12000.00元，每吨碳渣生产废铝约：0.005*12000.00=60.00元2、碳粉回收率约：49.5%，直接作为燃料出售，价格约50元/吨，每吨碳渣生产碳粉约：0.495*50=24.75元3、铁质物少量，累积到一定程度，也可作为废铁出售。4、电解质回收率约：50%，直接返回到电解槽利用，价格2800元/吨，每吨碳渣生产电解质约：0.5*2800=1400.00元每吨碳渣的效益为：1400+24.75+60-200=1284.75元。6、投资预算上表为投资基本测算，在实际运行过程中，根据市场行情发生波动。炭渣浮选处理投资预算序号设备名称台数规格100吨/天价格（万元）30吨/天价格（万元）1球磨机1（特制）1.2m*4.5m100.9m*4.5m82浮选机1（特制）5A12槽174A8槽133鄂式破碎机1150*2505150*1503.5料仓1根据破碎机配备1.54自动上料机1根据选址场地情况确定8料仓1根据自动上料机配备1.55强磁力输送机1根据选址场地情况确定56磁板1根据选址场地情况自制2.57烘干机11米见方308水泵22寸2水路管线根据选址场地情况制作29油桶，油路开关210循环水池511成品料池512黑煤池513厂房地面硬化、仓储、休息室3014其他20投资预算约150-180万约140-160万7、缺点和不足1、对电解质回收率低，约80%；2、回收炭粉含电解质高，约9%，不能直接用于碳素制品；3、回收电解质含炭高，约5%，只能做为电解槽覆盖料使用；4、浮选循环水中氟含量约为1000mg/L；5、投资额度及占用面积较大；目录前言当前炭渣的处理方法处理方法的比较结语一、焙烧法二、浮选法1、电解质回收量比较-100102030405060KFCaF2MgF2fzbAlXAlF3NaF焙烧法浮选法电解槽MgF2CaF2KFfzbAlXAlF3NaF焙烧法0.793.931.822.3416.23-1.0640.8547.79浮选法1.816.962.262.3512.402.4941.0548.23电解槽0.832.674.672.2413.962.6041.5246.56由上图、表可见，浮选法氟化钙较高，焙烧中氧化铝较高，处理后氟化钾相对偏低外，其余与电解槽中电解质质量基本吻合。2、处理成本的比较190200210220230240250焙烧法242.9-18%198.7浮选法由上图可见，浮选法吨处理费用比焙烧法下降约44.2元，按全年1万吨的处理量计算，年可节约44.2万元；3、经济效益的对比浮选法1.2501.300焙烧法1.1501.2001.1901284.75+8%由上图可见，浮选法比焙烧法吨经济效益提高94.75元，按年处理1万吨炭渣计算，可提高收益94.75万元；4、投资预算的比较由上图可见，焙烧法投资预算较浮选法下降95万余元，在投资方面，焙烧法占据明显优势。15055+173%浮选法焙烧法5、对比结论通过以上几个方面的比较，可以得出，在质量相同情况下，浮选法投资预算相对焙烧法多出100万元左右，但全年吨处理费用下降44.2万元，经济效益提高94.75万元，在运行1年以上的情况下，浮选法收益大于焙烧法。目录前言当前炭渣的处理方法处理方法的比较结语一、焙烧法二、浮选法结语随着国家环境形势的不断严峻，政府整治环境的决心不容置疑，对电解铝企业的环保检查、检测、固废处理的监控不断加大，在此情况下大批铝生产商纷纷投资炭渣处理业务，在此形势下，电解炭渣的处理已成燃眉之急。对于公司处理炭渣生产线，经过初步论证，焙烧法不予考虑，具体原因如下所示：1、在当前技术水平，炭渣焙烧处理多用发射炉进行烧结，在烧结过程中，大量气体挥发，烟气不易全部收纳，会有大气污染风险；2、国家命令禁止使用直接燃煤反射炉，如使用天然气，管道铺设投入过高；3、在生产中有明火喷射，不利于安全生产；4、劳动强度过大，个体经营200元/天雇佣临时工，尚且难寻，公司在职员工恐无法胜任；5、当前，反射炉处理炭渣已被个体经营者弃置，如公司采用，恐影响公司整体形象；6、短期看，焙烧法投资少于浮选法，但以投资性价比而言，浮选法在使用1年以上前提下，收益远远大于焙烧法；鉴于以上原因，综合考虑后，