[發明專利]一種利用鋁電解槽陰極炭塊堿性浸出液生產冰晶石的方法

在審

• 申請號: 201711310657.8
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN107840357A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 劉澤君
• 申請（專利權）人: 達州勵志環?？萍加邢薰?/a>
• 主分類號: C01F7/54
• 分類號: C01F7/54
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于一種冰晶石的制備方法，特別是一種利用鋁電解槽陰極炭塊堿性浸出 液為原料生產冰晶石的方法。

背景技術

在鋁電解生產過程中，陰極炭塊由于鈉和冰晶石等雜質的滲透而膨脹，進一步引 起電解槽的破損。國內鋁電解槽槽齡在2000天左右就需要進行大修，大修過程中產生的廢 舊陰極炭塊是鋁電解行業中主要固體污染物之一。工業鋁電解槽的氟平衡調查統計結果顯 示，每生產1噸電解鋁，將會產生10kg左右的廢舊陰極炭塊。以2015年為例，我國電解鋁產量 已經達到3141萬噸，產生的廢舊陰極炭塊達30萬噸以上，其數量巨大不可忽視。其中含氟物 質占30％左右，對其進行堿浸可以有效的消除含氟物質對環境和人體的危害。但對浸出液 的回收處理成為現階段亟待解決的問題。

冰晶石是重要的無機氟化鹽，一般指氟鋁酸鈉，其分子式為Na3AlF6。其作為一種化 工產品，主要用于鋁電解的助熔劑；也用作研磨產品的的耐磨添加劑，鐵合金及沸騰鋼的熔 劑，鑄造的脫氧劑，鏈烯烴聚合催化劑，以及用于玻璃抗反射涂層，搪瓷的乳化劑，玻璃的乳 白劑，焊材的助熔劑，陶瓷業的填充劑，農藥的殺蟲劑等。隨著我國工業的快速發展，對冰晶 石的需求量越來越大，其潛在的市場價值不斷增加。

冰晶石的的天然礦十分稀少，目前市場上流通的冰晶石絕大多數是通過人工合成 的。人工合成過程中的主要原料為螢石和磷灰石，其均屬于不可再生資源。目前，生產冰晶 石的方法主要有氫氟酸法、氟硅酸法、碳酸化法、黏土鹽鹵法來制取冰晶石。這些方法均存 在環境污染大，原料價格貴、生產成本高等缺點。為此，世界各國在盡可能的利用各種工業 氟廢渣中的氟資源來生產冰晶石。

電解鋁行業是冰晶石的最大用戶，在電解鋁過程中產生的陰極炭塊是一種含氟較 高的固體廢棄物，以往都堆棄處理，既污染了環境，又造成氟的浪費。因此，對電解鋁過程中 產生的陰極炭塊這種高氟固體廢棄物的利用具有較好的前景。其中，利用電解鋁含氟廢渣 制冰晶石的方法主要有兩種，一種是采用浮選的方法(例如CN106064813A)，分離其中的炭 素，再對含炭較少的渣用酸處理，制取冰晶石。這種方法生產的冰晶石質量較好，但是其前 一步進行浮選，增加了處理工序；后續使用酸浸的方法，對設備腐蝕較為嚴重。另一種是將 其在高溫下進行脫炭后，再與氟化氫鈉進行高溫煅燒(100～600℃)或加入氫氟酸和碳酸鈉 等后續處理方法生產冰晶石，回收電解質。但以上方法存在能耗大，流程長，成本高，對設備 腐蝕嚴重等問題。

發明內容

為了解決鋁電解槽陰極炭塊堿浸液的污染問題，以及上述現有技術存在的問題， 本發明提出了一種用鋁電解槽陰極炭塊堿性浸出液生產冰晶石的方法，以達到以廢治廢， 降低能耗，縮短流程，減輕設備損耗的目的。

一種利用鋁電解槽陰極炭塊堿性浸出液生產冰晶石的方法，包括以下步驟：

步驟(1)：鋁電解槽陰極炭塊粉磨后與堿液混合、浸出后固液分離；

步驟(2)：采用氟化鈉調節步驟(1)分離得到的濾液的Al∶Na∶F摩爾比為1∶2.5～4∶ 5.5～7.5，隨后投加Na3AlF6作為晶種，接著鼓入富NH3氣體或投加NH4F、攪拌反應；反應后經 固液分離、干燥得冰晶石。

本發明中采用堿液來對陰極炭塊進行浸出處理，相比較于酸浸降低了處理過程中 對設備的腐蝕；此外，再配合于步驟(2)中所述的Al∶Na∶F摩爾比范圍和Na3AlF6晶種的誘導， 有助于降低冰晶石在溶液中的形核難度，提高析出效率；制得高純度的冰晶石。

步驟(1)中，鋁電解槽陰極炭塊中含電解質優選為30～50wt％。

步驟(1)中，將陰極炭塊破碎、粉磨至-200目的顆粒占總重量的60％以上。

通過物理破碎可將分布在陰極炭塊裂縫和孔洞，以及被炭質材料包裹的電解質暴 露，提高堿浸效率，電解質浸出較為徹底。

作為優選，步驟(1)中將陰極炭塊破碎、粉磨至-200目的顆粒占總重量的75％以 上。

將步驟(1)處理好的陰極炭塊與堿液混合調漿，所述的堿液為堿金屬氧化物、氫氧 化物、碳酸鹽中的至少一種的水溶液。

步驟(1)中，堿浸過程中，堿液參與的主要反應為：

Na3AlF6+4OH-＝NaAl(OH)4+2NaF+F-

Al2O3+2OH-＝2AlO2-+H2O

作為優選，所述的堿液可為NaOH、NaO、Na2O2、KOH、LiOH、Na2CO3中的至少一種的水 溶液。

進一步優選，所述的堿液為NaOH、NaO、Na2O中的至少一種的水溶液。