CN101988209A - 一种铝电解槽的废旧碳化硅侧壁材料的处理方法 - Google Patents

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任必军
王兆文
宋建忠
徐向明
魏应伟
石忠宁
胡宪伟
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Abstract

本发明涉及环保领域，具体涉及一种铝电解槽废旧碳化硅侧壁材料的处理方法。要点是：首先将废旧碳化硅砖进行人工分离，分为腐蚀部分和未腐蚀部分；腐蚀部分经过粗碎、中碎和细碎等破碎步骤，将其粉碎为粒度小于700μm的颗粒；用水对粉碎的颗粒进行洗涤处理后过滤，滤饼接着进行二次洗涤并过滤，得到的滤渣主要物相是SiC和Si3N4；一次洗涤的滤液可以采用两种处理方式，首选方法是蒸发浓缩后得到硅酸钠浓缩液，另一种是通过添加CaCl2与硅酸钠反应生成硅酸钙和氟化钙。本发明使电解槽废旧碳化硅侧壁材料对环境的污染降到最低限度的同时，实现了废旧材料的回收利用。

Description

一种铝电解槽的废旧碳化硅侧壁材料的处理方法
技术领域
本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种铝电解槽的废旧碳化硅侧壁材料的处理方法。
背景技术
电解铝工业是国民经济的基础产业，在当今社会发展中起到了重要作用。铝电解在给国民经济带来大量有价值铝锭的同时，也带来了污染。最大的污染源就是大修后的固体废料－废旧内衬。废旧内衬主要包括废旧阴极和电解槽的废旧侧壁碳化硅砖（SiC-Si3N4，氮化硅结合碳化硅，下文简称碳化硅砖）。2008年我国产铝1500万吨，废旧电解槽内衬排放量约为47万吨，到目前为止废旧电解槽内衬量累计排放量已达700多万吨。废旧碳化硅砖中含有的固体电解质是一种氟化物，它具有强烈的腐蚀性，还含有微量的氰化物[Na4Fe(CN)6]。堆放时其中的氟化物和氰化物渗入地下水中，污染水源，对人的身体骨骼毒害极大。此外，还对周围动植物有很大危害，影响自然生态平衡，使农作物减产，故必须加以治理。废旧碳化硅砖包括两部分：腐蚀部分和未腐蚀部分。腐蚀部分与电解槽中的电解质接触，主要物相包括：SiC，Si3N4，Na2SiO3，NaF；未腐蚀部分与电解槽钢壳接触，主要的物相包括：SiC和Si3N4。
发明内容
本发明的目的是，提供一种铝电解槽的废旧碳化硅侧壁材料的处理方法，使电解槽的废旧碳化硅侧壁材料对环境的污染降到最低限度，同时实现了废旧材料的回收利用。
实现本发明目的的技术方案是：首先将铝电解槽的废旧碳化硅砖进行剥离，分为腐蚀部分和未腐蚀部分；然后将腐蚀部分粉碎为粒度为300～700μm的颗粒，再用水进行洗涤和过滤，得到滤饼和一次滤液；对滤饼进行洗涤和过滤，得到主要成分是SiC和Si3N4的滤渣和二次滤液；二次滤液循环到一次洗涤过程中用作洗液；一次滤液经蒸发浓缩后得到氟化钠含量<0.15wt%的硅酸钠浓缩液，或通过添加CaCl2生成硅酸钙和氟化钙沉淀；对硅酸钙和氟化钙沉淀进行洗涤和过滤，得到主要成分是硅酸钙的滤渣和三次滤液，三次滤液循环到一次洗涤过程中用作洗液。
所述的将腐蚀部分粉碎的颗粒放入水中浸泡和洗涤过程的温度范围是20～90oC，时间为30分钟；
所述的SiC的重量百分比为75～81wt%，Si3N4的重量百分比为19～25wt%；
所述的硅酸钠浓缩液的模数范围为2～4；
所述的铝电解槽的废旧碳化硅砖的未腐蚀部分，可用作生产耐火材料的原料；
所述的主要成分是SiC和Si3N4的滤渣可用作耐火材料的原料或炼钢用脱氧剂；
所述的蒸发浓缩后得到硅酸钠浓缩液，可用作建筑填料、玻璃材料或助熔剂。所述的主要成分是硅酸钙的滤渣，可用做水泥或玻璃的原料。
与现有技术相比，本发明的特点及其有益效果是：
1.本发明解决了铝电解槽的废旧碳化硅砖中氟化物和氰化物对环境的污染问题；
2.本发明将铝电解槽的废旧碳化硅砖转化为可用于多种工业生产的原料，实现了废旧物的转化利用，增加了经济效益。
附图说明
图1 本发明铝电解槽的废旧碳化硅侧壁材料的处理工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细说明，但本发明的保护范围不仅限于下述的实施例：以下实施例所用粉碎机的型号是：粗碎采用PE-150*250型鄂式破碎机，细碎采用DF-4型电磁矿石粉碎机，生产厂家苏州市鸿顺实业公司机电工程部；
实施例1：首先将铝电解槽的废旧碳化硅砖进行剥离，分为腐蚀部分和未腐蚀部分；然后将腐蚀部分在粉碎机中经过粗碎，中碎，细碎三个步骤粉碎为粒度为700μm的颗粒，取50g粉碎后物料，用200ml水进行浸泡洗涤，时间30min，再用水进行洗涤和过滤，得到滤饼和一次滤液；对滤饼进行洗涤和过滤，得到滤渣和二次滤液，其中滤渣40克，经化学分析表明为78.5wt%的碳化硅和20.3wt%的氮化硅；二次滤液循环到一次洗涤过程中用作洗液；一次滤液经蒸发浓缩后得到氟化钠含量为0.13wt%的硅酸钠浓缩液，模数为2.2。浸泡和洗涤过程的操作温度是20℃。
实施例2：首先将铝电解槽的废旧碳化硅砖进行剥离，分为腐蚀部分和未腐蚀部分；然后将腐蚀部分在粉碎机中经过粗碎，中碎，细碎三个步骤粉碎为粒度为300μm的颗粒，取50g粉碎后物料，用300ml水进行浸泡洗涤，时间30min，再用水进行洗涤和过滤，得到滤饼和一次滤液；对滤饼进行洗涤和过滤，得到滤渣和二次滤液，其中滤渣39克，经化学分析表明为76.4wt%的碳化硅和23.37wt%的氮化硅；二次滤液循环到一次洗涤过程中用作洗液；一次滤液经蒸发浓缩后得到氟化钠含量为0.11wt%的硅酸钠浓缩液，模数为3.5；浸泡和洗涤过程的操作温度是50℃。
实施例3：首先将铝电解槽的废旧碳化硅砖进行剥离，分为腐蚀部分和未腐蚀部分；然后将腐蚀部分在粉碎机中经过粗碎，中碎，细碎三个步骤粉碎为粒度为500μm的颗粒，取50g粉碎后物料，用200ml水进行浸泡洗涤，时间30min，再用水进行洗涤和过滤，得到滤饼和一次滤液；对滤饼进行洗涤和过滤，得到滤渣和二次滤液，其中滤渣39.5克，经化学分析表明为80.9wt%的碳化硅和18.6wt%的氮化硅；二次滤液循环到一次洗涤过程中用作洗液；向一次滤液中滴加2mol/lCaCl2溶液，直至没有沉淀生成，过滤得到三次滤液。处理后滤液中F浓度由0.734g/l降低到0.08g/l，达到了废水排放对F浓度的要求。实际消耗的2mol/lCaCl2溶液量为30.2ml，得到的硅酸钙量约8.6克。浸泡和洗涤过程的操作温度是90℃。

Claims (4)

1.一种铝电解槽的废旧碳化硅侧壁材料的处理方法，其特征在于按如下步骤进行：首先将铝电解槽的废旧碳化硅砖进行剥离，分为腐蚀部分和未腐蚀部分；然后将腐蚀部分粉碎为粒度为300～700μm的颗粒，再用水进行洗涤和过滤，得到滤饼和一次滤液；对滤饼进行洗涤和过滤，得到主要成分是SiC和Si3N4的滤渣和二次滤液；二次滤液循环到一次洗涤过程中用作洗液；一次滤液经蒸发浓缩后得到氟化钠含量<0.15wt%的硅酸钠浓缩液，或通过添加CaCl2生成硅酸钙和氟化钙沉淀；对硅酸钙和氟化钙沉淀进行洗涤和过滤，得到主要成分是硅酸钙的滤渣和三次滤液，三次滤液循环到一次洗涤过程中用作洗液。
2.根据权利要求1所述的一种铝电解槽的废旧碳化硅侧壁材料的处理方法，其特征在于所述的将腐蚀部分粉碎的颗粒放入水中浸泡和洗涤过程的温度范围是20～90oC，时间为30分钟。
3.根据权利要求1所述的一种铝电解槽的废旧碳化硅侧壁材料的处理方法,其特征在于所述的SiC的重量百分比为75～81wt%，Si3N4的重量百分比为19～25wt%。
4.根据权利要求1所述的一种铝电解槽的废旧碳化硅侧壁材料的处理方法,其特征在于所述的硅酸钠浓缩液的模数范围为2～4。
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