賈致維，李偉明，劉 森，徐 良

（包頭鋁業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014000）

2019年中國電解鋁產(chǎn)量約3580萬噸，占全球總產(chǎn)量的50%以上。鋁電解生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的固體廢棄物，如炭渣、廢陰極、焙燒填充料收塵粉、磷鐵環(huán)清理細(xì)炭粉、廢防滲料等，其中部分屬于危險廢棄物[1，2]。本項目針對鋁電解廢防滲料等工業(yè)固廢的無害化處置困難的問題，開展基于企業(yè)現(xiàn)有停槽刨爐防滲料成分研究基礎(chǔ)上，通過物理處理，使廢防滲料滿足大修防滲料成分和性能指標(biāo)要求，既降低現(xiàn)場處置固廢量又降低大修成本，具有重要的研究價值。

1 鋁電解廢防滲料現(xiàn)狀

包頭某企業(yè)年產(chǎn)生廢防滲料約4500噸，按照內(nèi)蒙古危廢處置收費標(biāo)準(zhǔn)，若交由具有危廢處理資質(zhì)的第三方進(jìn)行處理，噸危廢處理費用約3000~4000元/噸，則年需處理廢防滲料費用至少1350萬元/a。雖然企業(yè)建有無害化處理線，廢防滲料可與廢槽襯一同進(jìn)行無害化處理，處理的費用約為1500元/噸，但是處理后的無害化廢槽襯作為固體廢棄物仍然需要存放于專門的堆場。若本項目成功實施后有助于緩解企業(yè)面臨的環(huán)保壓力的同時可以減免處置費，因此廢防滲料[3，4]的處理利用是企業(yè)亟待解決的環(huán)保難題。

資料表明[5]：國外將廢防滲料、廢保溫磚、廢硅酸鈣板等大修渣一同處置，其處置方法有火法和濕法兩種，火法主要為無害化處置，處置后基本進(jìn)行填埋，如美鋁采用火法處置大修渣，年處置能力10.9萬噸；濕法如力拓公司的低堿度浸出石灰處置工藝（Low-caustic leaching and liming process，LCL&L）可以同時實現(xiàn)大修渣的無害化和資源化；國內(nèi)鄭州研究院均有對火法和濕法處置技術(shù)的研究和應(yīng)用。也有研究人員在“鋁電解槽大修渣的污染防治及綜合利用”中提出，大修渣可作為水泥生產(chǎn)的補充燃料、化鐵爐中螢石的代用品和氧化鋁生產(chǎn)中的燃料，用堿浸法可回收氟鹽和碳，用高溫水解法回收氟化鋁，最終實現(xiàn)大修渣的資源綜合利用[6]，但均未有工業(yè)應(yīng)用。

2 本項目研究內(nèi)容

本項目針對廢防滲料回收利用實驗室研究與工業(yè)應(yīng)用的可行性，并在電解槽上開展上槽試驗，形成一套成熟的廢防滲料回收利用技術(shù)。開展刨槽解離操作研究、廢防滲料賦存形態(tài)和賦存量研究、廢防滲料性能優(yōu)化研究，上槽試驗研究等。

對停槽后的廢防滲料及處理后樣品進(jìn)行多點取樣，研究刨槽解離方法，使可回收廢防滲料高效解離，對解離廢防滲料處理及加工流程優(yōu)化，通過XFD、XRF等方法確定廢防滲料賦存形態(tài)和賦存量；研究不同配比防滲料的松裝密度、振實密度、導(dǎo)熱系數(shù)以及防滲等性能，并測算其對電解槽底部散熱情況的影響；研究開發(fā)復(fù)合添加劑，設(shè)計滿足要求的再利用防滲料的筑爐鋪設(shè)方案；槽上開展廢防滲料回收利用工業(yè)試驗，同時選擇同期啟動、同樣內(nèi)襯設(shè)計結(jié)構(gòu)使用市售干式防滲料的對比槽，對比分析研究電解槽啟動后試驗槽和對比槽的爐底和側(cè)部熱場情況，評估對電解槽熱平衡及電解工藝的影響。

表1 干式防滲料理化性能指標(biāo)

圖2 試驗槽爐底板溫度與對比槽爐幫板溫度數(shù)據(jù)變化圖

4 實驗室測定分析

將廢塊進(jìn)行分離處理，并進(jìn)行取樣化驗，分別為滲漏下來的電解質(zhì)、反應(yīng)后的防滲料晶體、邊部回收的散狀防滲料。在剔除電解質(zhì)后，將編號物料破碎后按照不同的比例摻配新防滲料，使用預(yù)先研制的復(fù)合添加劑制樣，測量其導(dǎo)熱系數(shù)并開展防滲試驗。

結(jié)果表明：實測三種防滲料在800℃時導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.24、0.3、0.33W/(m?k)，均小于標(biāo)準(zhǔn)0.45 W/(m?k)，滿足使用要求；其中防滲料樣品BL-1經(jīng)過960℃×96小時防滲實驗后，形成厚度約6cm的黑色阻擋層，但阻擋層有氣孔，不致密。BL-2和3防滲料樣品防滲經(jīng)過960℃×96小時防滲實驗后，未見明顯阻擋層，因此，BL-1防滲料樣品配方可應(yīng)用于工業(yè)電解槽試驗。

5 試驗槽應(yīng)用效果

依據(jù)實驗室配方結(jié)論，分選結(jié)晶的廢防滲料約5噸，占全槽的25%，將廢防滲料破碎成不同粒度做為骨料摻配新防滲料添加劑進(jìn)行上槽試驗，鋪設(shè)時防滲料分三層夯實，第一層和第二層采用配好的防滲料，最后一層為新防滲料應(yīng)用在200KA系列槽787#槽，對試驗槽和采用全新的防滲料筑爐的對比槽爐底板溫度進(jìn)行持續(xù)跟蹤，爐底板溫度如圖2基本保持在80°~90°之間，與對比槽同比高出8℃~10℃，6個月后溫度持平，廢干式防滲料實現(xiàn)了回收再利用的目的。

6 結(jié)語

本項目是針對廢防滲料進(jìn)行回收再利用的一種變廢為寶的技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)大修槽至少回收利用廢防滲料20%以上，從爐幫板溫度數(shù)據(jù)看，回收再利用防滲料起到了保溫與防滲的作用，同時減少企業(yè)危廢處置經(jīng)濟(jì)壓力及環(huán)境承載壓力，將對整個公司電解槽大修渣分類處理及再利用提供指導(dǎo)，為公司綠色環(huán)保生產(chǎn)提供支撐。