·1062 工程科学学报，第43卷，第8期 a (b) 参考文献 [1]Grjothem K,Welch B J.Aluminium smelter technology. Dusseldorf Aluminium-Verlag.1980 [2]Xu H F,Fan L J,Zhang Y,et al.Analysis of sources of carbon 10m I um residue and its control methods.Carbon Tech,2009,28(6):41 (许海飞，樊利军，张阳，等.炭渣来源及其控制方法分析.炭素 (c) (d) 技术，2009,28(6)：41) [3]Hume S M,Utley M R,Welch B J.The influence of low current densities on anode performance.Light Metals.1992:687 [4]Zhao D F.Yang Y Z.Analysis on the harmfulness of carbon slag 100um I um in aluminum electrolysis production.Sci Technol Innov Her,2013, 10(10):154 图14试验Ⅷ所得炭粉(a,b)和冰品石(c,d)的SEM图 (赵东方，杨玉卓，探析铝电解生产中碳渣的危害性.科技创新 Fig.14 SEM images of carbon powder (a,b)and cryolite(c,d)obtained 导报，2013,10(10)：154) from test V [5] Zhang B S.The harm of carbon slag in aluminum electrolysis 子比在2.5~3.0之间，适合电解铝的启槽；砂状冰 production.Xinjiang Nonferrous Metals,2013,36(1):70 晶石的分子比可在较大范围内调节，熔点低且熔 (张保社.碳渣在铝电解生产中的危害.新疆有色金属，2013， 36(1):70) 化速度快.图14(c)和(d)为试验Ⅷ所得冰晶石的 [6]Li C Z.Causes of carbon slag formation in aluminum electrolysis SEM图.由图14(c)和(d)可知，冰晶石颗粒表面 production and its treatment methods.Oinghai Sci Technol,2008. 光滑，呈不规则形态；其粒径大部分小于1m,存 15(4):74 在明显的颗粒间团聚现象.由冰晶石分子比以及 (李长珍.铝电解生产中炭渣生成的原因及其处理方法.青海科 其颗粒粒径判断，试验Ⅷ制取的冰晶石属于粉状 技，2008,15(4)：74) 冰晶石，可以直接返回铝电解槽中， [7] Wen L G,Sun HL,Li J Y.Synthetic analysis of the recovery and utilization for carbon slag from aluminium electrolysis in 3结论 Qingtongxia aluminum plant in Ningxia.Inn Mong Petrochem Ind, 2019,45(6):13 (I)炭渣主要由C、NasAIF6、NasAl3F14和少量 (温铝刚，孙海璐，李京彦.宁夏青铜峡铝厂铝电解炭渣回收利 的Al,O3组成.炭渣中的电解质与炭主要以两种 用综合分析.内蒙古石油化工，2019,45(6)：13) 方式结合，在电解质含量较高的区域，大量电解质 [8] Lu H M,Qiu Z X.Comprehensive utilization of carbonaceous slag 包裹着炭：在电解质含量较低的区域，少许电解质 from aluminium reduction cells.Multipurp Util Miner Resour, 嵌入到炭的层状结构中.为了分离炭渣中的炭和 1997(2):45 (卢惠民，邱竹贤.铝电解槽炭渣的综合利用研究.矿产综合利 电解质，必须打破冰晶石等电解质相对炭相的 用，1997(2)：45) 包裹 [9] Liu Y Q,Ji F W.Hazard analysis and control of carbon slag in (2)利用Na2CO3焙烧-碱浸工艺处理炭渣可 aluminum electrolysis production.World Nonferrous Met, 实现炭和电解质的分离.当Na2CO3与炭渣的质量 2013(12):30 比为2.5：1，保温时间为2h,焙烧温度为950℃ (刘永强，姬凤武.铝电解生产中炭渣的危害分析与控制.世界 时，焙烧后混合料由C、NaCO3、NaF、NaAIO2组 有色金属，2013(12)：30) 成，炭渣中氧化铝、冰晶石和亚冰晶石基本完全 [10]Huang Y K,Xiao H Z,Peng D Q.Formation and distribution of carbon slag in aluminum electrolyte melt and its separation 被Na2CO3消耗.然后通过分析Al-H2O系的E-pH图 measures.Light Met,1994(10):23 以及试验验证，确定了在25℃下浸出1h、浸出 (黄英科，肖辉照，彭德泉.铝电解质熔液中碳渣的形成和分布 液pH为I3的试验条件.在此试验条件下，炭粉的 及其分离措施.轻金属，1994(10)：23) 纯度可达89%. [11]Jin R Y,Wang Y M.The cause of carbon residue increase in (3)适当地提高焙烧温度和延长保温时间可 aluminum plant and its prevention.Shanghai Met (Nonferrous 提高炭渣中炭和电解质的分离效率.浸出液中 Fascicule),1992,13(4:54 (金瑞玉，王玉明.铝厂碳渣增多的原因及其预防.上海金属（有 F一通过碳酸化法进行回收，获得主成分合格的粉 色分册)，1992,13(4)：54) 状冰晶石可直接返回至电解槽中.本工艺无废气 [12]Xie Y M.Impact of carbon residue to the aluminum electrolysis 废水排放，可实现炭渣无害化与资源化. production.Gansu Metall,2014,36(4):32子比在 2.5～3.0 之间，适合电解铝的启槽；砂状冰 晶石的分子比可在较大范围内调节，熔点低且熔 化速度快. 图 14（c）和（d）为试验Ⅷ所得冰晶石的 SEM 图. 由图 14（c）和（d）可知，冰晶石颗粒表面 光滑，呈不规则形态；其粒径大部分小于 1 μm，存 在明显的颗粒间团聚现象. 由冰晶石分子比以及 其颗粒粒径判断，试验Ⅷ制取的冰晶石属于粉状 冰晶石，可以直接返回铝电解槽中. 3    结论 （1）炭渣主要由 C、Na3AlF6、Na5Al3F14 和少量 的 Al2O3 组成. 炭渣中的电解质与炭主要以两种 方式结合，在电解质含量较高的区域，大量电解质 包裹着炭；在电解质含量较低的区域，少许电解质 嵌入到炭的层状结构中. 为了分离炭渣中的炭和 电解质，必须打破冰晶石等电解质相对炭相的 包裹. （2）利用 Na2CO3 焙烧−碱浸工艺处理炭渣可 实现炭和电解质的分离. 当 Na2CO3 与炭渣的质量 比为 2.5∶1，保温时间为 2 h，焙烧温度为 950 ℃ 时，焙烧后混合料由 C、Na2CO3、NaF、NaAlO2 组 成，炭渣中氧化铝、冰晶石和亚冰晶石基本完全 被Na2CO3 消耗. 然后通过分析Al−H2O 系的E−pH 图 以及试验验证，确定了在 25 ℃ 下浸出 1 h、浸出 液 pH 为 13 的试验条件. 在此试验条件下，炭粉的 纯度可达 89%. （3）适当地提高焙烧温度和延长保温时间可 提高炭渣中炭和电解质的分离效率. 浸出液中 F －通过碳酸化法进行回收，获得主成分合格的粉 状冰晶石可直接返回至电解槽中. 本工艺无废气 废水排放，可实现炭渣无害化与资源化. 参    考    文    献 Grjothem  K,  Welch  B  J. Aluminium smelter technology. Dusseldorf: Aluminium-Verlag, 1980 [1] Xu  H  F,  Fan  L  J,  Zhang  Y,  et  al.  Analysis  of  sources  of  carbon residue and its control methods. Carbon Tech, 2009, 28（6）: 41 （许海飞, 樊利军, 张阳, 等. 炭渣来源及其控制方法分析. 炭素 技术, 2009, 28（6）：41） [2] Hume S M, Utley M R, Welch B J. The influence of low current densities on anode performance. Light Metals. 1992: 687 [3] Zhao D F, Yang Y Z. Analysis on the harmfulness of carbon slag in aluminum electrolysis production. Sci Technol Innov Her, 2013, 10（10）: 154 （赵东方, 杨玉卓. 探析铝电解生产中碳渣的危害性. 科技创新 导报, 2013, 10（10）：154） [4] Zhang  B  S.  The  harm  of  carbon  slag  in  aluminum  electrolysis production. Xinjiang Nonferrous Metals, 2013, 36（1）: 70 （张保社. 碳渣在铝电解生产中的危害. 新疆有色金属, 2013, 36（1）：70） [5] Li C Z. Causes of carbon slag formation in aluminum electrolysis production and its treatment methods. Qinghai Sci Technol, 2008, 15（4）: 74 （李长珍. 铝电解生产中炭渣生成的原因及其处理方法. 青海科 技, 2008, 15（4）：74） [6] Wen L G, Sun H L, Li J Y. Synthetic analysis of the recovery and utilization  for  carbon  slag  from  aluminium  electrolysis  in Qingtongxia aluminum plant in Ningxia. Inn Mong Petrochem Ind, 2019, 45（6）: 13 （温铝刚, 孙海璐, 李京彦. 宁夏青铜峡铝厂铝电解炭渣回收利 用综合分析. 内蒙古石油化工, 2019, 45（6）：13） [7] Lu H M, Qiu Z X. Comprehensive utilization of carbonaceous slag from  aluminium  reduction  cells. Multipurp Util Miner Resour, 1997（2）: 45 （卢惠民, 邱竹贤. 铝电解槽炭渣的综合利用研究. 矿产综合利 用, 1997（2）：45） [8] Liu  Y  Q,  Ji  F  W.  Hazard  analysis  and  control  of  carbon  slag  in aluminum  electrolysis  production. World Nonferrous Met, 2013（12）: 30 （刘永强, 姬凤武. 铝电解生产中炭渣的危害分析与控制. 世界 有色金属, 2013（12）：30） [9] Huang Y K, Xiao H Z, Peng D Q. Formation and distribution of carbon  slag  in  aluminum  electrolyte  melt  and  its  separation measures. Light Met, 1994（10）: 23 （黄英科, 肖辉照, 彭德泉. 铝电解质熔液中碳渣的形成和分布 及其分离措施. 轻金属, 1994（10）：23） [10] Jin  R  Y,  Wang  Y  M.  The  cause  of  carbon  residue  increase  in aluminum  plant  and  its  prevention. Shanghai Met (Nonferrous Fascicule), 1992, 13（4）: 54 （金瑞玉, 王玉明. 铝厂碳渣增多的原因及其预防. 上海金属(有 色分册), 1992, 13（4）：54） [11] Xie  Y  M.  Impact  of  carbon  residue  to  the  aluminum  electrolysis production. Gansu Metall, 2014, 36（4）: 32 [12] (a) (b) (c) (d) 10 μm 1 μm 100 μm 1 μm 图 14    试验Ⅷ所得炭粉（a, b）和冰晶石（c, d）的 SEM 图 Fig.14    SEM images of carbon powder (a, b) and cryolite (c, d) obtained from test Ⅷ · 1062 · 工程科学学报，第 43 卷，第 8 期