Procedimiento para el procesamiento de material catódico usado con contenido de carbono.

Procedimiento para el procesamiento de material catódico usado con contenido de carbono,

en particular cubas catódicas usadas procedentes de la producción de aluminio, en el que el material catódico se coloca en un horno de cuba y se somete en el horno de cuba a un tratamiento térmico para gasificar el carbono, a una temperatura por encima de la temperatura de ignición del carbono y por encima de la temperatura de vaporización de las sustancias tóxicas contenidas en el material catódico usado, caracterizado por que en una primera sección longitudinal del horno de cuba, los gases de reacción son transportados en corriente continua con el carbono y en una segunda sección longitudinal del horno de cuba a contracorriente del carbono, y por que los gases de reacción se extraen de una zona del horno de cuba con sección transversal ampliada entre dichas secciones longitudinales.

Procedimiento para el procesamiento de material catódico usado con contenido de carbono La invención se refiere a un procedimiento para el procesamiento de material catódico usado con contenido de carbono, en particular, cubas catódicas usadas de la producción de aluminio, en las que se coloca el material catódico en un horno de cuba y, con el fin de gasificar el carbono, se somete a una tratamiento térmico en el horno de cuba a una temperatura mayor que la temperatura de ignición del carbono y por encima de la temperatura de evaporación de sustancias tóxicas contenidas en el material catódico usado.

En la producción de aluminio según el proceso Hall-Héroult, el óxido de aluminio se reduce durante la electrólisis de masa fundida. La celda electrolítica suele estar compuesta por una cubeta de acero revestida con material de carbono (grafito/antracita) y un material refractario, tal como arcilla refractaria. El revestimiento de carbono sirve como cátodo durante la electrólisis, y como tal en adelante se hará referencia al mismo como cuba catódica. Las cubas catódicas usadas, también llamadas Spent Potliners, se acumulan en grandes cantidades durante la producción de aluminio según el proceso Hall-Héroult, y plantean desde siempre problemas en relación con su eliminación debido a su alto contenido en sustancias tóxicas. Las sustancias tóxicas son particularmente cianuro, que se forma a partir del carbono de las cubas catódicas y el nitrógeno del aire, y diversos fluoruros de metal, tales como fluoruro de sodio y de aluminio, que se forman a partir de las especies de metales contenidas en la bauxita en conjunción con el fluoruro de la criolita utilizada en el proceso Hall-Héroult. Al reemplazar las cubas catódicas utilizadas, éstas se sacan de la celda electrolítica junto con una pared refractaria envolvente, de modo que las Spent Potliners limpiadas de esta manera, en su mayoría todavía contienen óxido de aluminio, de silicio, de calcio y de magnesio del material refractario.

Por ejemplo, un procedimiento del tipo mencionado al principio se dio a conocer a partir de la solicitud de patente canadiense CA 2 308 545 A1. En este procedimiento, las cubas catódicas usadas de la producción de aluminio se gasifican en un horno de cuba, y se eliminan los gases de reacción formados. Sin embargo, la desventaja para el modo de proceder según este estado de la técnica, es que los metales alcalinos contenidos también en las cubas catódicas usadas, tienden a formar ciclos en dichos hornos de cuba, enriqueciéndose así en el horno de cuba y conduciendo a acumulaciones y pendientes, así como a un desgaste refractario elevado y a la emisión de polvo, y a una calidad disminuida de la escoria eventualmente formada a partir de los materiales de partida.

Por tanto, el objeto de la presente invención es indicar un procedimiento mejorado con el que las sustancias tóxicas mencionadas puedan separarse completamente y obtenerse a partir del material catódico usado, mientras que al mismo tiempo se evita la formación de ciclos alcalinos.

Para solucionar esta tarea, el procedimiento mencionado al principio se desarrolla según la invención con el objetivo de que los gases de reacción se conduzcan en corriente continua con el carbono en una primera sección longitudinal del horno de cuba, y a contracorriente al carbono en una segunda sección longitudinal del horno de cuba y que los gases de reacción se extraigan de una zona del horno de cuba con una sección transversal ampliada, en particular un diámetro ampliado, entre las secciones longitudinales especificadas, y preferiblemente se sometan a un tratamiento posterior. Debido a que los gases de reacción se extraen en una zona central a lo largo del eje longitudinal del horno de cuba (conducto de extracción de gas central) , se interrumpen los ciclos alcalinos, y los gases de reacción que contienen las sustancias tóxicas mencionadas en forma de fluoruro de sodio (NaF) , fluoruro de aluminio (AlF3) , ácido fluorhídrico (HF) , nitrógeno (N2) y fluoruros alcalinos y alcalinotérreos eventualmente adicionales, además de gas de síntesis (CO + H2) , pueden suministrarse a un procesamiento adicional.

El proceso en sí tiene lugar de forma autotérmica debido al alto contenido de carbono una vez que el carbono ha alcanzado la temperatura de ignición y que hay suficiente oxígeno disponible para la gasificación. Sin embargo, para iniciar el proceso o proporcionar apoyo durante el proceso, otra forma de realización preferida prevé que el horno se caliente para calentar el carbono del material catódico usado a la temperatura de reacción. Este calentamiento básicamente se puede realizar en cualquiera de las formas conocidas para el experto. En una forma de realización, por ejemplo, la energía para el tratamiento térmico se puede introducir en el carbono a procesar mediante inducción eléctrica. En este caso, las bobinas de inducción pueden estar dispuestas alrededor del perímetro del horno de cuba en la zona del extremo de dispensación del horno de cuba, con las que se genera un campo de inducción al que se acopla el carbono introducido del material catódico usado, y de esta manera se calienta. Según una forma de realización alternativa a la anterior, el calentamiento también puede lograrse mediante calentamiento fósil, por ejemplo, mediante la colocación de una cámara de combustión en el horno de cuba, preferiblemente en la primera sección longitudinal del horno de cuba, y en particular en la zona superior de la primera sección longitudinal, a través de la cual se introduce en el horno de cuba un combustible, tal como gas natural, petróleo, polvo de carbón, polvo generado a partir de cubas catódicas usadas o similares, opcionalmente mezclados con un gas de oxidación, tal como oxígeno o aire. En otra variante de esta forma de realización, puede haber dispuesta una línea de suministro que desemboca en la primera sección longitudinal del horno de cuba, y preferiblemente en la zona superior de la primera sección longitudinal del horno de cuba, a través de la cual se suministra combustible al horno de cuba, opcionalmente mezclado con gas de oxidación. En otra variante de esta forma de realización, la primera sección longitudinal del horno de cuba, y preferiblemente la zona superior de la primera sección longitudinal del horno de cuba, puede incorporar una o más lanzas que se extienden de manera preferida esencialmente en la dirección de la

extensión longitudinal del horno de cuba, a través de las cuales se suministra combustible y gas de oxidación, ya sea por separado o mezclados entre sí, al horno de cuba. Como alternativa a un calentamiento mediante inducción o mediante calentamiento fósil, el carbono del material catódico usado con contenido de carbono también puede llevarse a la temperatura de reacción mediante la colocación de una cantidad parcial de coque o grafito ya incandescente sobre el material catódico usado introducido en el horno de cuba, o mediante la adición de una cantidad parcial de coque o grafito ya incandescente al material catódico usado, durante o antes de su introducción en el horno de cuba.

Básicamente, la presente invención no está limitada ni en lo que se refiere a las dimensiones absolutas ni en lo relativo a las relativas de las secciones longitudinales individuales. Sin embargo, se obtienen resultados especialmente buenos cuando la longitud de la primera sección longitudinal es de un 40 a un 80 %, preferiblemente de un 50 a un 70 %, y de manera particularmente preferida de un 60 a un 70 % la longitud total del horno de cuba.

En un perfeccionamiento de la idea de la invención se propone que la longitud de la segunda sección longitudinal sea preferiblemente de un 20 a un 60%, de manera particularmente preferida de un 30 a un 50 %, y de la manera más particularmente preferida de un 30 a un 40% la longitud total del horno de cuba.

El horno de cuba o sus secciones longitudinales pueden presentar en este caso una sección transversal circular. Sin embargo, se prefiere una configuración con sección transversal rectangular para hornos de cuba calentados inductivamente. Esto se prefiere, en particular, debido al efecto superficial, que termina limitando la profundidad de penetración del campo electrodinámico.

A fin de mantener la carbonización del carbono, una forma de realización preferida de la presente invención establece que se introduzca oxígeno en la primera y/o segunda sección longitudinal del horno de cuba. En las zonas en las que el oxígeno toca el carbono calentado al menos a la temperatura de ignición, el carbono se oxida dando lugar a CO2, el cual sin embargo, se reduce de nuevo a CO en el relleno de carbono del horno de cuba, satisfaciendo así el equilibrio Boudouard.... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para el procesamiento de material catódico usado con contenido de carbono, en particular cubas catódicas usadas procedentes de la producción de aluminio, en el que el material catódico se coloca en un horno de cuba y se somete en el horno de cuba a un tratamiento térmico para gasificar el carbono, a una temperatura por encima de la temperatura de ignición del carbono y por encima de la temperatura de vaporización de las sustancias tóxicas contenidas en el material catódico usado, caracterizado por que en una primera sección longitudinal del horno de cuba, los gases de reacción son transportados en corriente continua con el carbono y en una segunda sección longitudinal del horno de cuba a contracorriente del carbono, y por que los gases de reacción se extraen de una zona del horno de cuba con sección transversal ampliada entre dichas secciones longitudinales.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que los gases de reacción se someten a un tratamiento posterior después de su extracción del horno de cuba.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la longitud de la primera sección longitudinal es de un 40 a un 80 %, preferiblemente de un 50 a un 70 % y de manera particularmente preferida de un 60 a un 70 % de la longitud total del horno de cuba.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la longitud de la segunda sección longitudinal es de un 20 a un 60 %, preferiblemente de un 30 a un 50 % y de manera particularmente preferida de un 30 a 40 % de la longitud total del horno de cuba.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la energía para el tratamiento térmico se introduce en el carbono a procesar mediante inducción eléctrica.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el horno de cuba se calienta usando combustible fósil.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado por que se introduce combustible o una mezcla de combustible y gas de oxidación en el horno de cuba a través de una cámara de combustión dispuesta en la zona superior de la primera sección longitudinal, a través de un conducto de suministro que desemboca en la zona superior de la primera sección longitudinal y/o a través de una o más lanza (s) dispuestas en la zona superior de la primera sección longitudinal.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que se inyecta oxígeno en la primera y/o en la segunda sección longitudinal del horno de cuba.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que se inyecta agua o vapor de agua en la primera y/o en la segunda sección longitudinal del horno de cuba.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que se inyectan oxígeno y agua o vapor de agua en el horno de cuba con la ayuda de lanzas.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que se disuelve en un baño de hierro el carbono no gasificado.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que se añade un aditivo para convertir en escoria el material refractario al material catódico usado que contiene carbón cuando se introduce en el horno de cuba o antes de ello.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado por que el aditivo es un compuesto de calcio y/o un compuesto de magnesio, preferiblemente un compuesto seleccionado del grupo consistente en óxido de calcio, carbonato de calcio, óxido de magnesio, carbonato de magnesio y cualquier mezcla de dos o más de dichos compuestos, y de manera particularmente preferida óxido de calcio.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, 12 o 13, caracterizado por que el carbono del material catódico se gasifica completamente y se descarga el calcinado residual.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por que la basicidad del horno de cuba se ajusta mediante el suministro de agregados básicos o ácidos, en particular CaO o SiO2.

16. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado por que el suministro de agregados básicos y ácidos se lleva a cabo de forma alterna.

17. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado por que se añade grafito o coque virgen además del carbono del material catódico usado.

18. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado por que los gases de reacción se extraen a una temperatura de 800 °C a 1200 °C, en particular de 900 °C a 1100 °C, en particular de 1000 °C y se suministran al tratamiento posterior.

19. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado por que el gas de reacción extraído del horno de cuba se conduce a un reactor de lecho fluidizado enfriado y accionado preferiblemente de forma isotérmica y con contenido de partículas de óxido de aluminio y se extrae gas limpio del reactor de lecho fluidizado.

Fig. 2

Fig. 3

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9