[發(fā)明專(zhuān)利]一種超聲波堿浸和加壓酸浸聯(lián)合處理電解鋁廢陰極炭塊的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711218634.4
• 申請(qǐng)日: 2017-11-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107857263A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 冉少念;劉顯彬;馬靈菊;張建剛;周林;段明華;平原;吳濤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 國(guó)家電投集團(tuán)遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保催化劑有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C01B32/205
• 分類(lèi)號(hào): C01B32/205;C01B9/08
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11275
• 代理人: 趙榮之

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋁電解固廢資源綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超聲波堿浸和加壓酸浸聯(lián)合處理電解鋁廢陰極炭塊的方法。

背景技術(shù)

在鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中，高溫電解質(zhì)對(duì)內(nèi)襯材料的滲透、腐蝕，導(dǎo)致電解槽內(nèi)襯結(jié)構(gòu)發(fā)生變形、破裂，電解槽內(nèi)的鋁液和電解質(zhì)從裂縫漏出，一般電解槽使用5～6年后就需停槽進(jìn)行大修，取出的所有廢舊內(nèi)襯材料簡(jiǎn)稱(chēng)為大修渣，大修渣主要包括陰極炭塊、陰極糊、耐火磚、保溫磚、防滲料及絕熱板等。

電解鋁大修渣中主要廢料是廢陰極炭塊，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每電解生產(chǎn)一噸原鋁會(huì)產(chǎn)生10kg左右廢陰極材料。2016年中國(guó)廢陰極排放量超30萬(wàn)噸，并有400多萬(wàn)噸的累積堆存。由于目前國(guó)內(nèi)外缺乏先進(jìn)的廢陰極炭塊無(wú)害化處置及資源化利用技術(shù)，電解鋁企業(yè)普遍采用的掩埋或堆存處理方法，但這樣既嚴(yán)重污染環(huán)境又造成大量資源浪費(fèi)。

鋁電解槽廢陰極炭塊中可溶F^-的溶出率約為3000～6000mg/L，CN^-溶出率約為10～ 40mg/L，遠(yuǎn)超《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)腐蝕性鑒別》(GB 5085.1-2007)與《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-2007)中F^-和CN^-浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)，屬于危險(xiǎn)固體廢棄物。如廢陰極炭塊不能得到無(wú)害化處理和綜合性利用，將可能長(zhǎng)期污染周邊區(qū)域的土壤和地下水。

目前，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)電解鋁廢陰極炭塊的處置方法如下：

1、作為水泥制造的燃料和溶劑：廢陰極炭塊的主要成分為炭和氟化物，炭可作為燃料，氟化物可作為溶劑，廢陰極炭塊成分與水泥的成分CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₃O₄相似，用廢陰極炭塊作為水泥制造中的補(bǔ)充燃料，堿金屬氟化物作為爐料燒結(jié)反應(yīng)的催化劑，可降低熟料燒結(jié)溫度減少燃料用量，同時(shí)廢陰極炭塊中的有害物質(zhì)在高溫環(huán)境中進(jìn)行分解置換，并最終固化在水泥熟料中。

2、通過(guò)浮選回收廢陰極炭塊中氟鹽和炭：電解質(zhì)浸入廢陰極炭塊后，主要分布在炭塊的裂縫和孔洞之中，電解質(zhì)與炭有明顯的分界面，通過(guò)物理破碎將二者解離開(kāi)，采用浮選工藝分離炭與電解質(zhì)，浮選得到的炭精粉可回用于鋁電解槽陰極炭塊的制作，浮選電解質(zhì)可與少量新冰晶石混合加入鋁電解槽中使用。

3、通過(guò)超高溫煅燒回收廢陰極炭塊中的石墨質(zhì)炭素材料：根據(jù)電解鋁廢陰極炭塊中氟化物、氰化物及炭素的物理化學(xué)性質(zhì)，采用超高溫(2000℃～3000℃)煅燒法揮發(fā)出其中的氟化物、分解其中的氰化物，而在真空的條件下陰極中的炭素不能燃燒，從而實(shí)現(xiàn)廢陰極中炭素和氟化物、氰化物的有效分離。同時(shí)，超高溫處理能大大提高廢陰極炭塊的石墨化度，得到高純度的石墨質(zhì)炭素材料。超高溫處理過(guò)程中的廢氣通過(guò)水噴淋法吸附回收其中的氟化物，實(shí)現(xiàn)電解鋁廢陰極炭塊的無(wú)害化處置及資源化利用。

雖然目前有關(guān)鋁電解廢陰極炭塊的回收處理工藝較多，但大多未能得到廣泛工業(yè)化應(yīng)用，主要是因?yàn)檫@些工藝都存在一些弊端，如處理成本高、工藝復(fù)雜、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、產(chǎn)品附加值低、環(huán)保壓力大、能耗高等。因此，國(guó)內(nèi)電解鋁廢陰極炭塊主要還是以填埋或堆存為主，電解鋁廢陰極炭塊的環(huán)境污染問(wèn)題依然沒(méi)有得到有效解決。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種超聲波堿浸和加壓酸浸聯(lián)合處理電解鋁廢陰極炭塊的方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

1、一種超聲波堿浸和加壓酸浸聯(lián)合處理電解鋁廢陰極炭塊的方法，所述方法包括如下步驟：

(1)破碎粉磨：將電解鋁廢陰極炭塊進(jìn)行破碎粉磨，獲得廢陰極炭粉；

(2)超聲波堿浸：首先將步驟(1)中獲得的廢陰極炭粉加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5～20％的堿性溶液中制得堿性漿液，然后將所述堿性漿液在超聲波頻率為27～100kHz，功率為300～750W，溫度為20～100℃條件下超聲波處理10～60min，最后將所述堿性漿液過(guò)濾獲得濾餅Ⅰ和濾液Ⅰ，將所述濾餅Ⅰ水洗至中性，獲得炭精粉；

(3)加壓酸浸：首先將步驟(2)中獲得的炭精粉加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5～30％的酸性溶液中制得酸性漿液，然后將所述酸性漿液在壓力為0.5～5MPa，攪拌速度為200～800r/min，溫度為80～200℃條件下處理20～120min，最后將所述酸性漿液過(guò)濾獲得濾餅Ⅱ和濾液Ⅱ，將所述濾餅Ⅱ干燥后獲得石墨粉。

進(jìn)一步，所述方法還包括將步驟(2)中獲得的濾液Ⅰ進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶處理，獲得氟化物產(chǎn)品。