[發(fā)明專利]一種鋁電解槽廢陰極炭塊的高值化回收方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011551627.8
• 申請(qǐng)日: 2020-12-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112408378A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊文杰;陳潤(rùn)澤;王立強(qiáng);陳昱冉;韓道洋;孔亞鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B32/198
• 分類號(hào): C01B32/198
• 代理公司: 鄭州豫乾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41161
• 代理人: 任偉柯

本發(fā)明公開(kāi)了一種鋁電解槽廢陰極炭塊的高值化回收方法，包括以下步驟：1）將陰極炭塊破碎化處理得陰極炭塊粉末料；2）對(duì)陰極炭塊粉末料進(jìn)行炭提取得到黑色碳粉；3）利用步驟2）中的黑色碳粉制備氧化石墨；4）通過(guò)剝離將氧化石墨溶液處理成氧化石墨烯溶液。本發(fā)明在以陰極炭塊為原料制備氧化石墨烯時(shí)，避免使用氫氟酸，使得制備過(guò)程更加安全，且原料價(jià)格低廉、制備工業(yè)非常適合大規(guī)模工業(yè)化。本發(fā)明方案工藝合理，流程簡(jiǎn)單，具備較高的實(shí)用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋁電解槽固廢處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁電解槽廢陰極炭塊的高值化回收方法，以鋁電解槽廢陰極為原料利用化學(xué)法制備氧化石墨烯及其衍生物（氧化石墨烯氣凝膠或薄膜）。

背景技術(shù)

伴隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，我國(guó)的原鋁產(chǎn)量逐年增加，在原鋁生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢料數(shù)量也在不斷增加，原鋁工業(yè)需要處理的主要污染物之一便是鋁電解槽的廢陰極。據(jù)報(bào)道，我國(guó)鋁電解產(chǎn)能已在2019年達(dá)到3570萬(wàn)噸，按每噸電解鋁產(chǎn)生30kg廢陰極計(jì)算，單單是2019年便會(huì)形成107.1萬(wàn)噸廢陰極。廢陰極又被稱為SPL，是鋁電解槽在工作過(guò)程中的副產(chǎn)物，因其浸出的氰化物與氟化物超標(biāo)而被歸為危險(xiǎn)廢料。并于2016年被環(huán)保部門(mén)列入《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》，因此，如果對(duì)廢陰極不加以處理，而直接露天堆放，炭塊中的氟化物與氰化物極有可能轉(zhuǎn)移，進(jìn)入到大氣，或者混入河流中，對(duì)環(huán)境生態(tài)以及人們的身體健康構(gòu)成極大的威脅，因此對(duì)廢舊陰極的處理十分必要。廢陰極由于長(zhǎng)期在鋁電解槽中工作，受到高溫環(huán)境的影響，石墨化程度相當(dāng)高，也在某種程度上增加了廢陰極的利用價(jià)值。

目前對(duì)廢陰極處理的主要方式仍然以填埋與堆存為主，此種方式對(duì)環(huán)境與大氣包括周邊居民的身體健康都有著比較大的安全隱患，并且無(wú)法使廢陰極的殘余價(jià)值最大化。科研工作者通過(guò)大量試驗(yàn)工作，主要處理方式有酸堿浸、浮選或焙燒法來(lái)進(jìn)行提碳回收，但是此類方法得到的碳無(wú)法實(shí)現(xiàn)廢陰極的高值化利用。

專利CN109485036A 提出了將廢陰極進(jìn)行處理得到石墨烯的想法，但其在操作過(guò)程中使用到的氫氟酸對(duì)人體有巨大危害，十分危險(xiǎn)，因此還是存在一定的安全隱患且所得氧化石墨烯的品質(zhì)無(wú)法控制。

石墨烯是由碳原子以sp²雜化成的六元環(huán)按周期蜂窩狀點(diǎn)陣排列的二維結(jié)構(gòu)，可在二維空間無(wú)限的延伸的具有優(yōu)異強(qiáng)度，導(dǎo)熱性，導(dǎo)電性等性質(zhì)的材料，被認(rèn)為是眼下最具發(fā)展?jié)摿Φ男滦筒牧希揖哂蟹浅８叩膬r(jià)值。通過(guò)還原法還原氧化石墨烯，適合大規(guī)模制備石墨烯，備受關(guān)注。但是目前石墨烯的制備主要還是使用到天然石墨與膨脹石墨，而石墨中的強(qiáng)分子間作用力使得制備石墨烯的效率與收益有限。但是天然石墨資源儲(chǔ)量有限，且制備及使用成本較高。因此，開(kāi)發(fā)廉價(jià)的前驅(qū)體及低溫、批量制備工藝受到工業(yè)界的廣泛關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)當(dāng)下技術(shù)的局限性，本發(fā)明提供了一種鋁電解槽廢陰極炭塊的高值化回收方法，利用廢陰極為原料，使用改性的化學(xué)法來(lái)進(jìn)行氧化石墨烯的制備，使廢陰極得以進(jìn)行高值化回收利用。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種鋁電解槽廢陰極炭塊的高值化回收方法，包括以下步驟：

1）將陰極炭塊破碎化處理得陰極炭塊粉末料；

2）對(duì)陰極炭塊粉末料進(jìn)行碳提取得到黑色碳粉；

4）利用步驟2）中的黑色碳粉制備氧化石墨溶液；

4）再通過(guò)剝離將氧化石墨溶液處理成氧化石墨烯溶液。

還包括步驟5）對(duì)氧化石墨烯溶液進(jìn)行干燥處理，回收得氧化石墨烯產(chǎn)品。

步驟1）中，依次采用顎式破碎機(jī)、球磨機(jī)進(jìn)行破碎化處理，使粒度達(dá)到100～450目的粉末料占到粉末料總量的75wt %以上。

步驟2）中，通過(guò)浮選或者酸堿浸的方式進(jìn)行碳提取，其中，浮選處理后碳含量在75～95wt%，酸堿浸后碳含量在85～95wt%。