一種預焙陽極節能生產的工藝的制作方法

本發明屬于有色冶金領域，具體涉及一種預焙陽極節能生產的工藝。

背景技術：

預焙陽極是以石油焦為主要原料，煤焦油瀝青為粘結劑，經過煅燒、破碎、配料、混捏、成型、焙燒等一系列工藝工程制備得到的一定規格形狀、性能的產品，最終在鋁電解生產過程中作為“心臟”使用進行煉鋁。目前我國電解鋁產量已達3000萬噸以上，是世界上第一大產鋁國，且每年以10％左右的幅度增加產量，現我國鋁產量接近世界鋁產量，因此，對陽極碳塊的需求也與日俱增。

在預焙陽極生產過程中，原料石油焦的煅燒工藝和生陽極的焙燒工藝是重要的能源利用和消耗過程。煅燒過程使用罐式煅燒爐或回轉窯，充分利用石油焦自身含有的揮發分實現高溫熱處理，并且充分利用煅燒產生的中高溫煙氣進行發電、熱媒爐加熱供暖等，是陽極廠能源綜合利用非常顯著的工藝。焙燒工藝是將生陽極裝入焙燒爐，周圍填裝冶金焦充當密封保護材料，利用天然氣或煤氣及重油等作為燃燒加熱進行熱處理的過程，以天然氣為例，噸產品燃氣能耗達80-100立方，年產30萬噸陽極廠，年消耗天然氣達到2400-3000萬立方，是陽極廠能源消耗最大的工序。

因此，如果能夠降低陽極焙燒噸產品能耗或以更經濟的能源替代天然氣為燃料焙燒陽極，則可很大程度上降低或減少天然氣消耗量，節約寶貴的能源，減少溫室氣體排放，節能潛力巨大。

技術實現要素：

為此，本發明的目的在于提供一種預焙陽極節能生產的工藝，該工藝在預焙陽極生產過程中利用低溫煅燒石油焦產生的剩余揮發分焙燒陽極，利用煅燒后的原料制備陽極配料，利用焙燒過程的熱量實現石油焦和瀝青高溫同步煅燒法，充分利用了原料石油焦中的揮發分，減少天然氣能源消耗，節能降耗減排，降低生產成本，提高產品質量。

為達上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種預焙陽極節能生產的工藝，包括如下步驟：

(1)將石油焦和液態瀝青制成顆粒后煅燒；

(2)將步驟(1)煅燒后原料破碎、篩分、配料、混捏成型制備生陽極并在焙燒爐進行焙燒；

其中，步驟(1)中煅燒的溫度為700-800℃；

步驟(1)中煅燒過程中產生的揮發分的30-50％用于步驟(1)中煅燒，50-70％引入焙燒爐作為陽極焙燒用燃料，替代天然氣作為燃料焙燒陽極。

本發明的方法將低溫煅燒產生的揮發分通過適當的工藝使其一部分用于其本身，一部分用于隨后的焙燒工藝，從而可以實現煅燒和焙燒過程資源的充分利用，節能降耗。

優選地，步驟(1)中石油焦中揮發分質量百分含量為10-16％。

優選地，步驟(1)中石油焦破碎成4mm以下粒度。

優選地，步驟(1)中石油焦和液態瀝青的質量比為8-13:1。

優選地，步驟(1)中所述顆粒的大小為5-50mm，優選為10-30mm。

優選地，步驟(1)中煅燒時二層火道溫度為800-1000，優選為850-950℃。

優選地，步驟(1)中煅燒時從加入物料到排出的時間為30-40h，排料量為80-90kg/h。

優選地，步驟(2)的具體過程如下：將步驟(1)煅燒后產物破碎、篩分成配料需要的粗、中、細粒級，按照陽極配方配料，加入液態瀝青混捏，制備生陽極，將生陽極裝入焙燒爐內，周圍以填充料保護，焙燒，實現生坯中的煅燒石油焦與瀝青在焙燒過程中的結焦同步高溫熱處理，提高陽極抗氧化性能，降低陽極在電解槽中使用時的瀝青成焦的選擇性氧化，降低陽極在電解槽中的使用時的掉渣量，提高電解槽生產效率。

優選地，所述焙燒的溫度為1000-1200℃，焙燒的時間為150-250h。

優選地，液態瀝青的用量為陽極生坯總質量的13-14％。

本發明提供了一種陽極廠煅燒和焙燒工序能源綜合利用的方法和工藝。將含有一定量揮發分的石油焦和瀝青制成一定粒度的顆粒后進行低溫煅燒，將煅燒過程中過量的揮發分引出進入焙燒爐，作為陽極焙燒用燃料，替代天然氣作為燃料焙燒陽極。利用低溫煅燒出原料進行破碎、篩分、配料制備生陽極并在焙燒爐進行焙燒，實現焙燒過程中煅燒石油焦與瀝青焦煅燒性能的同步高溫熱處理。本發明的方法可以實現煅燒和焙燒過程資源的充分利用，節能降耗，提高陽極抗氧化性能，降低陽極在電解槽中的使用時的掉渣量，提高電解槽生產效率。

煅燒每噸原料可產生約100kg左右揮發分，煅燒本身僅需要30-50％的揮發分，利用煅燒產生的多余揮發分就可以替代天然氣進行生陽極焙燒。對于年產30萬噸的陽極廠，每年需要約32萬噸的石油焦，每3kg揮發分燃燒產生的熱量可代替1m³天然氣燃燒，那么全部替代天然氣作為燃料，年節約天然氣約500-800萬m³。并且低溫煅燒出的密度較高的石油焦可加入液態瀝青混捏制備生陽極然后焙燒，從而實現生坯中的煅燒石油焦與瀝青在焙燒過程中的結焦同步高溫熱處理，可提高陽極抗氧化性能1％左右，可降低陽極在電解槽中的使用時的掉渣量1-2kg，提高電解槽生產效率。

附圖說明

圖1為本發明一個實施例的工藝流程圖。

具體實施方式

本發明提供了一種預焙陽極節能生產的工藝，包括如下步驟：

(1)將石油焦和液態瀝青制成顆粒后煅燒；

(2)將步驟(1)煅燒后原料破碎、篩分、配料、混捏成型制備生陽極并在焙燒爐進行焙燒；

其中，步驟(1)中煅燒的溫度為750±50℃，該煅燒溫度可可使得石油焦中大部分，如80％以上的揮發分逸出，從而利于得到低鍛高密焦，優選煅燒的溫度為750℃。

步驟(1)中煅燒過程中產生的揮發分的40±10％用于步驟(1)中煅燒，60±10％可通過煅燒爐揮發分大道引入焙燒爐作為陽極焙燒用燃料，替代天然氣作為燃料焙燒陽極。本發明還包括上述數值之間的具體點值，限于篇幅及出于簡明的考慮，本發明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點值。

本發明的方法將低溫煅燒產生的揮發分通過適當的工藝使其一部分用于其本身，一部分用于隨后的焙燒工藝，從而可以實現煅燒和焙燒過程資源的充分利用，節能降耗。

其中，石油焦是石油的減壓渣油，經焦化裝置，在500～550℃下裂解焦化而生成的黑色固體焦炭。其外觀為黑色或暗灰色的蜂窩狀結構，焦塊內氣孔多呈橢圓形，且互相貫通。一般認為它是無定形炭體；或是一種高度芳構化的高分子碳化物中，含有微小石墨結晶的針狀或粒狀構造的炭體物。碳氫比很高，為18～24，相對密度為0.9～1.1，灰分為0.1％～1.2％，揮發物為3％～16％。石油焦按熱處理溫度可分為生焦和煅燒焦兩種，前者由延遲焦化(或其他焦化方法)所得，含有大量的揮發分，機械強度低，煅燒焦是生焦經煅燒而得。

本發明中使用的石油焦是生石油焦，其中揮發分質量百分含量優選為10-16％，大于10％可產生充足的揮發分用于本身的煅燒和后續的焙燒，但是大于16％則容易導致結焦棚料，無法保證生產正常運行。在有些實施例中，石油焦中揮發分質量百分含量為10-15％；在有些實施例中，石油焦中揮發分質量百分含量為12-14％；在有些實施例中，石油焦中揮發分質量百分含量為13-16％；在有些實施例中，石油焦中揮發分質量百分含量為11-15％。本發明中的石油焦使用前優選進行破碎處理，可使用本領域中已知的方法進行破碎，為了更有利于揮發分的逸出和保證石油焦顆粒能夠成型，結構密實，優選破碎成4mm以下的粒度，更優選破碎成2mm以下的粒度。

本發明中使用的液態瀝青是煤焦油瀝青。本發明中使用的液態瀝青在常溫下為固體，在將要與石油焦混合前加熱成為液態，以使得瀝青能夠填充石油焦敞開的氣孔，并充分覆蓋石油焦顆粒。填充石油焦敞開的氣孔可提高煅后焦的密度，以達到生產高密焦的目的；覆蓋石油焦顆粒則可以使其產生一定的可塑性，為下一步造粒工序提供基礎。

破碎后的石油焦與瀝青比例要能保證兩種物質可以混合成型，石油焦含太高瀝青含量提供的粘度不足夠難以捏合，瀝青太多則成糊料也難以捏合，步驟(1)中石油焦和液態瀝青的質量比優選為8-13:1，此比例范圍可使得液態瀝青均勻地覆蓋石油焦，更優選為9:1。原料煅燒要求，不能太小粒度，以保證配料需要粒度尺寸，步驟(1)中所述顆粒的大小為5-50mm，上述范圍的顆粒大小使得結構密實，并還有適量的揮發分而不影響煅燒過程，使多余揮發分排出用于焙燒，優選為10-30mm。優選地，步驟(1)中所述顆粒的揮發分質量百分含量為16-17％，以滿足煅燒需要和安全要求。

步驟(1)中煅燒時二層火道溫度優選為800-1000℃，該溫度是煅燒爐火道內的溫度，可以使原料溫度達到700-800℃，優選為850-950℃。步驟(1)中煅燒時從加入物料到排出的時間優選為30-40h，排料量優選為80-90kg/h。控制排料時間和排料料量可以使得易于控制要達到的原料溫度。

步驟(1)中的顆粒可通過型煤成型機壓制得到。

其中的煅燒優選在罐式煅燒爐中進行。

步驟(2)的具體過程可為如下：將步驟(1)煅燒后產物破碎、篩分成配料需要的粗、中、細等粒級，按照陽極配方配料，加入液態瀝青混捏，制備生陽極，將生陽極裝入焙燒爐內，周圍以填充料保護，焙燒，實現生坯中的煅燒石油焦與瀝青在焙燒過程中的結焦同步高溫熱處理，提高陽極抗氧化性能，降低陽極在電解槽中的使用時的掉渣量，提高電解槽生產效率。

其中的預焙陽極可使用包含如下的配方：8-5mm含量為5-20％，5-2mm含量為10-30％，2-0mm含量為30-60％，粉子含量為15-40％。在優選實施例中預焙陽極可使用包含如下的配方：8-5mm含量為12％，5-2mm含量為20％，2-0mm含量為43％，粉子含量為25％。

填充料是焙燒時用于覆蓋陽極炭塊，防止炭塊在焙燒過程中氧化、變形的顆粒狀物料。由于填充料直接與炭塊進行接觸，因此填充料導熱性的好壞，透氣性和吸附性以及顆粒配比是否合理都對陽極焙燒質量有至關重要的作用。因此，本發明中使用的填充料的粒度要求如下：小于0.5mm的填充料比例不得大于5％，0.5-3mm的填充料比例優選為2-10％，3-6mm(不包括3)的比例優選為75-95％，不得有大于6mm的填充料；填充料的水分含量不得大于1.5％；填充料的灰分含量不得大于3％。在滿足上述條件下進行焙燒時才能得到理化性能最佳的炭陽極材料。

本發明中生陽極的制備和焙燒均可使用本領域熟知的技術進行。作為優選，所述焙燒的溫度為1000-1200℃，優選為1200℃左右，焙燒的時間為150-250h，優選為168-216h。混捏時可加入13-14％的液態瀝青。

下面結合附圖對本發明提供的預焙陽極節能生產的工藝進行詳細描述，請參見圖1，圖1為本發明實施例提供的焙燒陽極的生產工藝流程圖。

首先，將揮發分含量10-16％左右的生石油焦進行破碎，制備成粒度小于4mm以下，優選2mm以下顆粒，然后按照石油焦與瀝青比例范圍加入液態瀝青，通過型煤成型機壓制成揮發分16-17％、5-50mm大小的顆粒。

然后，加入罐式煅燒爐內進行煅燒，物料依靠自身的重量以及排料的作用逐漸緩慢下降，原料煅燒最高煅燒溫度為700-800℃，二層火道溫度控制在850-950℃，從加入物料到排出，保持大約30-40h，排料量保持在80-90kg/h，可使石油焦中的大部分揮發分排出進入揮發分通道，而煅燒爐實現700-800℃的熱處理僅需要石油焦中7％左右的揮發分，那么石焦油中10％左右的揮發分就可以從煅燒爐揮發分大道中引出并輸送到焙燒爐。

一般煅燒每噸原料可產生約100kg左右揮發分，煅燒本身僅需要約30-50％的揮發分，利用剩余的揮發分(約50-70％)就可以替代天然氣進行生陽極焙燒。對于年產30萬噸的陽極廠，每年需要約32萬噸的石油焦，每3kg揮發分燃燒產生的熱量可代替1m³天然氣燃燒，那么全部替代天然氣作為燃料，年節約天然氣約500-800萬m³。

最后，煅燒爐700-800℃煅燒出的密度較高的石油焦通過成型破碎、篩分成配料需要的粗、中、細等粒級，按照陽極配方配料，加入陽極生坯總質量13-14％的液態瀝青混捏，制備生陽極，將生陽極裝入焙燒爐內，周圍以填充料保護，經過1200℃左右的溫度、以168-216h左右的焙燒周期，實現生坯中的煅燒石油焦與瀝青在焙燒過程中的結焦同步高溫熱處理，可提高陽極抗氧化性能1％左右，可降低陽極在電解槽中的使用時的掉渣量1-2kg，提高電解槽生產效率。

為了進一步說明本發明，下面結合實施例對本發明提供的預焙陽極節能生產的工藝進行詳細地描述，但不能將它們理解為對本申請保護范圍的限定。

實施例1

1、使用破碎機將揮發分含量15％的生石油焦進行破碎，粒度小于2mm以下；

2、破碎后的石油焦顆粒與液態瀝青按照質量比9:1的比例進行混合，使用型煤成型機將混合料壓制成揮發分16-17％、粒度30-10mm；

3、將成型的石油焦輸送到罐式煅燒爐進行煅燒，物料依靠自身的重量緩慢以及排料的作用逐漸下降，原料煅燒最高煅燒溫度為800℃，二層火道溫度控制在850℃，從加入物料到排出，保持大約30h，排料量保持在80kg/h；

4、將罐式煅燒爐70％的揮發分從揮發分大道中引出并輸送到焙燒爐，利用這些揮發分就可以替代天然氣進行生陽極焙燒，余下30％用于下批物料的煅燒；

5、800℃煅燒出的密度較高的石油焦通過成型破碎、篩分成粗、中、細等粒級，按照陽極配方配料，加入14％液態瀝青混捏，制備生陽極；

6、將生陽極裝入焙燒爐內，周圍以填充料保護，經過1200℃左右的溫度、以168h左右的焙燒周期，實現生坯中的煅燒石油焦與瀝青在焙燒過程中的結焦同步高溫熱處理。

該實施例可提高陽極抗氧化性能1％，可降低陽極在電解槽中的使用時的掉渣量2kg，提高電解槽生產效率。

實施例2

1、使用破碎機將揮發分含量12％的生石油焦進行破碎，粒度小于2mm以下；

2、破碎后的石油焦顆粒與液態瀝青按照質量比5:1的比例進行混合，使用型煤成型機將混合料壓制成揮發分16-17％、粒度50-5mm；

3、將成型的石油焦輸送到罐式煅燒爐進行煅燒，物料依靠自身的重量緩慢以及排料的作用逐漸下降，原料煅燒最高煅燒溫度為700℃，二層火道溫度控制在950℃，從加入物料到排出，保持大約40h，排料量保持在90kg/h；

4、將罐式煅燒爐50％的揮發分從揮發分大道中引出并輸送到焙燒爐，利用這些揮發分就可以替代天然氣進行生陽極焙燒，余下50％用于下批物料的煅燒；

5、700℃煅燒出的密度較高的石油焦通過成型破碎、篩分成粗、中、細等粒級，按照陽極配方配料，加入14％液態瀝青混捏，制備生陽極；

6、將生陽極裝入焙燒爐內，周圍以填充料保護，經過1000℃左右的溫度、以216h左右的焙燒周期，實現生坯中的煅燒石油焦與瀝青在焙燒過程中的結焦同步高溫熱處理。

該實施例可提高陽極抗氧化性能1％，可降低陽極在電解槽中的使用時的掉渣量1.9kg，提高電解槽生產效率。

實施例3

1、使用破碎機將揮發分含量10％的生石油焦進行破碎，粒度小于4mm以下；

2、破碎后的石油焦顆粒與液態瀝青按照質量比15:1的比例進行混合，使用型煤成型機將混合料壓制成揮發分16-17％、粒度20-10mm；

3、將成型的石油焦輸送到罐式煅燒爐進行煅燒，物料依靠自身的重量緩慢以及排料的作用逐漸下降，原料煅燒最高煅燒溫度為750℃，二層火道溫度控制在900℃，從加入物料到排出，保持大約35h，排料量保持在85kg/h；

4、將罐式煅燒爐60％的揮發分從揮發分大道中引出并輸送到焙燒爐，利用這些揮發分就可以替代天然氣進行生陽極焙燒，余下40％用于下批物料的煅燒；

5、750℃煅燒出的密度較高的石油焦通過成型破碎、篩分成粗、中、細等粒級，按照陽極配方配料，加入13.5％液態瀝青混捏，制備生陽極；

6、將生陽極裝入焙燒爐內，周圍以填充料保護，經過1500℃左右的溫度、以200h左右的焙燒周期，實現生坯中的煅燒石油焦與瀝青在焙燒過程中的結焦同步高溫熱處理。

該實施例可提高陽極抗氧化性能1％，可降低陽極在電解槽中的使用時的掉渣量1.8kg，提高電解槽生產效率。

實施例4

1、使用破碎機將揮發分含量16％的生石油焦進行破碎，粒度小于3mm以下；

2、破碎后的石油焦顆粒與液態瀝青按照質量比12:1的比例進行混合，使用型煤成型機將混合料壓制成揮發分16-17％、粒度40-20mm；

3、將成型的石油焦輸送到罐式煅燒爐進行煅燒，物料依靠自身的重量緩慢以及排料的作用逐漸下降，原料煅燒最高煅燒溫度為730℃，二層火道溫度控制在920℃，從加入物料到排出，保持大約33h，排料量保持在84kg/h；

4、將罐式煅燒爐55％的揮發分從揮發分大道中引出并輸送到焙燒爐，利用這些揮發分就可以替代天然氣進行生陽極焙燒，余下45％用于下批物料的煅燒；

5、730℃煅燒出的密度較高的石油焦通過成型破碎、篩分成粗、中、細等粒級，按照陽極配方配料，加入14％液態瀝青混捏，制備生陽極；

6、將生陽極裝入焙燒爐內，周圍以填充料保護，經過1200℃左右的溫度、以185h左右的焙燒周期，實現生坯中的煅燒石油焦與瀝青在焙燒過程中的結焦同步高溫熱處理。

該實施例可提高陽極抗氧化性能1％，可降低陽極在電解槽中的使用時的掉渣量2.2kg，提高電解槽生產效率。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明創造的保護范圍之中。