CN103343363A - 一种电解铝用电解质的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电解铝用电解质的生产方法。该生产方法以电解铝废料为基本原料进行粉碎，然后加入复合燃烧催化剂进行氧化燃烧处理，氧化燃烧处理后得到含氟化盐和氧化铝的粗电解质；最后加入调整剂进行均化，均化后得到高品质电解质。通过本发明可以有效地利用电解铝废料生产高品质的电解质，所得高品质电解质产品中杂质氧化铁和二氧化硅含量小于1%。与现有技术相比，本发明操作方便、生产成本低、产品纯度高、生产过程无污染物排放。本发明可明显降低电解铝氟化盐的消耗，降低吨铝生产成本，对电解铝降本增效意义重大。

Description

一种电解铝用电解质的生产方法

技术领域

本发明涉及电解铝二次资源回收利用领域，特别是涉及一种电解铝用电解质的生产方法。 

背景技术

在采用碳阳极生产金属铝过程中，由于碳阳极的不均质性和选择性氧化反应性，碳粒容易从阳极表面脱落进入电解槽，脱落进入电解槽的碳粒俗称阳极碳渣。阳极碳渣在电解槽中积累，会带来较大的负面影响：导致电解质电阻增大、电解质电压上升，增加电能消耗，造成电流损失和侧部漏电。操作工人需要定期打捞电解槽中的碳渣，以避免其负面影响。

由于碳粒是疏松多孔的，电解质很容易渗透进入碳粒内部，打捞出的阳极碳渣一般含有60%左右的氟化盐。因此阳极碳渣是高附加值的二次资源。如果将氟化盐从阳极碳渣中分离出来，返回电解槽使用，将明显降低电解铝氟化盐的消耗，降低吨铝生产成本。

此外，炭阳极在使用周期内，电解质会渗透进入其微气孔，更换的残极中一般含30%左右的氟化盐，通常软残极氟化盐含量比硬残极高。在电解槽焙烧启动过程中，由于热应力的作用，阴极炭块表面和内部产生微裂纹、细裂缝，电解质渗入阴极内部，大修槽的废阴极炭块中一般含35%左右的氟化盐。软残极和废阴极炭块也是附加值较高的二次资源。

目前，国内外也有相关的阳极碳渣和废阴极炭块回收处理的专利文献。相关的专利文献如下：

专利号为200410069389.1的发明专利公开了一种回收铝电解阳极碳渣中氟化盐的方法，该方法是在阳极碳渣中配入氧化铝作为分散剂，作为分散剂的氧化铝配入量占总物料量的重量比为10-60％，使用燃料灰分＜1％的液体或气体燃料，在650-930℃温度下进行焙烧至碳渣中的炭质材料完全燃烧，尾气用氧化铝吸附，将氟化盐保留回收；处理后产品中约含15-70％的氧化铝和30-85％的氟化盐，杂质含量极少，可直接、全部返回电解槽使用，对电解质和铝液质量无不利影响。

专利号为200710099832.3的发明专利公开了一种提取铝电解阳极碳渣中电解质的方法，该方法首先将铝电解阳极碳渣磨细,加入粘结剂,混合均匀,压制成团块;将团块进行焙烧,使阳极碳渣团块中的碳、氢等可燃物完全燃烧,得到电解质含量大于98%的焙烧产物;将焙烧产物磨细后返回电解槽使用。

专利号为200710179653.0的发明专利公开了一种回收铝电解炭渣中电解质的方法。该方法是在铝电解炭渣中配入为炭渣重量1～10％的分散剂氟化钙和为炭渣重量1～10％的燃烧催化剂煤，在650～850℃温度下焙烧处理1～3小时。回收电解质杂质含量极少，可直接、全部返回电解槽使用，对电解质和铝液质量无负面影响。

专利号为201010569288.6的发明专利公开了一种铝电解阳极炭渣无害化处理及电解质回收的方法。即电解槽中捞出的阳极炭渣直接投入节电保温炉中进行熔炼，炭质材料经过完全燃烧后，电解质完全形成电解质熔体；熔炼过程中产生的烟气接入电解系列烟气净化系统，氟化物气体采用氧化铝吸收后重返电解槽，电解质熔体直接进入电解槽使用或冷却后经磨细处理后用于电解槽的焙烧启动，整个生产过程实现了连续进料及连续出料。由于该方法中需加入各种添加剂，无法实现环保处理等缺陷。

申请号为201010552199.0的发明专利申请公开了一种用于从电解铝炭渣中生产再生氟化盐的浮选剂，配比如下：电解铝炭渣800kg、柴油5kg、松节油3kg、硅酸钠2kg；工艺如下：电解铝炭渣→筛分拣选→破碎→磁选→球磨→磁选→搅拌→加浮选剂→浮选机浮选→烘干。该发明改进了传统的晾干方式，采用干燥技术，使产品水分可控；采用二级磁选技术，对原料带入和生产过程中产生的铁质等杂质进行了清除，提高了产品质量。

申请号为201220231360.9实用新型专利公开了一种铝电解电解质可拆卸套管式炭渣打捞工具。包括漏铲头、漏铲活动把、漏铲活动把安装紧固凹槽、套管、紧固螺栓、漏铲把，所述的漏铲头与圆钢形漏铲活动把焊接，套管与带手柄的漏铲把焊接，并用紧固螺栓在漏铲活动把安装紧固凹槽处进行紧固，使漏铲活动把和漏铲把连接成一体。该实用新型与现有技术相比较有如下有益效果：漏铲活动把套管式紧固螺栓连接方式，实现了套管和漏铲把的重复使用，极大的节省原材料，缩短了工具制作、发放领用周期，有效提高炭渣打捞质量，改善了电解槽技术参数的合理保持，优化了技术条件，降低了生产材料成本和管理成本。

申请号为200510124019.8的发明专利公开了一种铝电解槽废阴极炭块无害化的处理方法,涉及一种电解生产金属铝过程中废弃的内衬材料的炭阴极部分,特别是包括废底部炭块、废侧部炭块和废阴极糊在内的所有炭阴极材料(不包括耐火材料)的无害化处理工艺。其特征在于其处理过程是在将铝电解槽废阴极炭块进行焙烧处理后,再进行湿法分解处理。本发明的方法以废阴极炭块为原料,以富含SiO₂和Al₂O₃的工业废料粉煤灰为反应分散剂,进行焙烧处理后再用硫酸和石灰常温分解处理,最终产品为AlF₃、含CaF₂、SiO₂和Al₂O₃物料和NaOH溶液。使废阴极炭块完全无害化又可有效回收废阴极炭块中高附加值氟化盐、易于工业实施、经济效益和环境效益显著。

申请号为201010140908.4公开了一种从电解铝废阴极炭块中回收炭的方法，主要包括破碎粉磨、水浸和浮选等步骤；采用本发明方法的优点在于：(1)回收得到的炭粉碳含量达到70%以上，碳回收率达98%以上，可用于制作铝电解用碳素材料、氧化铝脱硫剂等：(2)本发明的方法工艺简单，生产成本低，无二次污染，产品质量稳定可靠，收率高，能连续规模化生产，有利于环保。

申请号为201010140916.9提供了一种从电解铝废阴极炭块中回收氟化钠的方法，包括破碎粉磨、水浸蒸发等步骤。本发明提供的方法优点在于：(1)以电解铝废阴极炭块为原料，从中回收氟化钠，生产成本低：(2)本发明方法得到的氟化钠纯度达到95%以上，氟回收率达到40%以上；(3)本发明方法工艺简单，蒸发得到的蒸馏水可循环利用，无二次污染，减轻了电解铝废阴极炭块中可溶性氟化物带来的环境污染，有利于环保。

申请号为201010140919.2公开了一种从电解铝废阴极炭块中回收石墨的方法，主要包括破碎粉磨、水浸、浮选和酸浸等步骤。本发明最终得到的石墨粉碳含量达80%以上，回收率达90%以上，可作为生产铝电解用炭素材料的原料、氧化铝脱硫剂等；回收的石墨粉纯度高，利用价值大，经济效益和社会效益显著。副产的氟化钠纯度达到96%以上，可作为产品销售：副产的硫酸钙可代替天然石膏作为生产水泥的缓凝剂。本发明的方法工艺简单，生产成本低，无二次污染，产品质量稳定可靠，收率高，能连续规模化生产，实现了炭及氟资源的循环利用。

申请号为201110081352.0涉及一种铝电解槽废旧阴极炭块的综合利用方法，其特征是：将经过分拣、破碎、磨粉、除灰及干燥后的废旧阴极炭块作为高炉炭块、电炉炭块、电解槽阴极炭块、电解槽侧部炭块、电解炭块、自焙炭块或碳素糊料生产用原料使用。本发明实现了危险废物、难以实际处置应用的阴极炭块的循环再利用，实现了铝电解槽废旧阴极炭块的无害化处理和综合利用，变废为宝，同时减少了无烟煤、冶金焦、沥青焦及石油焦的使用，节约了资源，降低了生产成本。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电解铝用电解质的生产方法。本发明是以电解铝废料阳极碳渣、软残极和/或废阴极炭块为原料，通过添加复合燃烧催化剂、氧化燃烧去除碳和其他可燃组分，得到粗电解质，而后调整成分、均化，从而制备成高品质电解质，所得高品质电解质中杂质氧化铁和二氧化硅总百分含量小于1%。利用本发明技术方案制备铝电解用电解质，其生产成本较低，所得产品纯度高，容易工业实施，并且生产过程中无污染物排放，有利于环保。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种电解铝用电解质的生产方法，所述生产方法包括以下步骤：

a、粗电解质的制备：以电解铝废料为基本原料，首先将电解铝废料粉碎至2mm以下，粉碎后加入占电解铝废料重量5～50%的复合燃烧催化剂混合均匀，将混合均匀后的混合料加入炉窑（炉窑通常采用回转窑、网带窑、辊道窑、隧道窑、流化床或推板窑）中进行氧化燃烧处理，在复合燃烧催化剂的作用下，原料中的碳组分以及其他可燃组分进行完全燃烧，氧化燃烧处理后得到含氟化盐和氧化铝的粗电解质；

b、在步骤a得到的粗电解质中加入调整剂，调整剂的加入量占粗电解质重量的1～10%，加入调整剂后进行均化，均化后得到高品质电解质。

根据上述的电解铝用电解质的生产方法，步骤a中所述电解铝废料为电解铝阳极碳渣、软残极和废阴极炭块中的至少一种。

根据上述的电解铝用电解质的生产方法，步骤a中复合燃烧催化剂的加入量占电解铝废料重量的8～30%。

根据上述的电解铝用电解质的生产方法，步骤a中所述复合燃烧催化剂为木屑、竹粉中的至少一种和低灰煤粉、生石油焦粉中的至少一种的混合物。

根据上述的电解铝用电解质的生产方法，以重量百分含量表示，所述复合燃烧催化剂为10～90%的木屑和/或竹粉与10～90%的低灰煤粉和/或生石油焦粉混合压制而成的团块。

根据上述的电解铝用电解质的生产方法，所述木屑或竹粉采用花生壳粉或玉米芯粉代替；所述低灰煤粉或生石油焦粉采用沥青焦粉或炭黑粉代替。

根据上述的电解铝用电解质的生产方法，步骤b中所述调整剂为六氟铝酸钠、氟化铝、六氟铝酸钾、氟化锂和氟化钠中的任一种或任两种的混合物。

根据上述的电解铝用电解质的生产方法，步骤b中所述调整剂的加入量占粗电解质重量的2～6%。

根据上述的电解铝用电解质的生产方法，步骤b中所述高品质电解质中杂质氧化铁和二氧化硅总百分含量小于1%。

本发明的积极有益效果：

1、本发明是以电解铝废料阳极碳渣、软残极和/或废阴极炭块为原料，通过添加复合燃烧催化剂、氧化燃烧去除碳和其他可燃组分，得到粗电解质，而后调整成分、均化，得到高品质电解质，所得高品质电解质中杂质氧化铁和二氧化硅总百分含量小于1%。利用本发明技术方案制备铝电解用电解质，其生产成本较低，并且生产过程中无污染物排放，有利于环保。

2、通过本发明技术方案，可以有效地利用电解铝废料生产高品质的电解质，所得高品质电解质产品中杂质氧化铁和二氧化硅含量小于1%，产品分子比与在产电解槽电解质非常接近，可以直接返回电解槽使用，有利于稳定电解质的分子比和氧化铝浓度，保持电解槽的稳定性。与现有技术相比，本发明操作方便、生产成本低、产品纯度高、生产过程无污染物排放。本发明技术方案可明显降低电解铝氟化盐的消耗，降低吨铝生产成本，对电解铝降本增效意义重大。

具体实施方式：

以下结合实施例进一步阐述本发明，但并不限制本发明的内容。

实施例1：

本发明电解铝用电解质的生产方法，该生产方法的详细步骤如下：

a、粗电解质的制备：以60wt%阳极碳渣和40wt%软残极两种电解铝废料混合均匀后的混合料为基本原料，首先将混合料粉碎至2mm以下，粉碎后加入占电解铝废料总重量15%的复合燃烧催化剂混合均匀，所述复合燃烧催化剂是由80wt%木屑、10wt%竹粉、5wt%低灰煤粉和5wt%生石油焦粉的混合料压制的小团块；将混合均匀后的混合料加入回转窑中进行氧化燃烧处理，在复合燃烧催化剂的作用下，原料中的碳组分以及其他可燃组分进行完全燃烧，氧化燃烧处理后得到含氟化盐和氧化铝的粗电解质；

b、在步骤a得到的粗电解质中加入占粗电解质重量5%的调整剂，所述5%调整剂由3wt%的氟化钠和2wt%的氟化铝组成，加入调整剂后进行均化，均化后得到高品质电解质，所得高品质电解质中杂质氧化铁和二氧化硅总百分含量小于1%。

实施例2：

本发明电解铝用电解质的生产方法，该生产方法的详细步骤如下：

a、粗电解质的制备：以80wt%阳极碳渣和20wt%废阴极炭块两种电解铝废料混合均匀后的混合料为基本原料，首先将混合料粉碎至2mm以下，粉碎后加入占电解铝废料总重量25%的复合燃烧催化剂混合均匀，所述复合燃烧催化剂是由45wt%木屑、45wt%竹粉、1wt%低灰煤粉和9wt%生石油焦粉的混合料压制的小团块；将混合均匀后的混合料加入辊道窑中进行氧化燃烧处理，在复合燃烧催化剂的作用下，原料中的碳组分以及其他可燃组分进行完全燃烧，氧化燃烧处理后得到含氟化盐和氧化铝的粗电解质；

b、在步骤a得到的粗电解质中加入占粗电解质重量3%的调整剂，所述3%调整剂由2wt%的六氟铝酸钾和1wt%的氟化铝组成，加入调整剂后进行均化，均化后得到高品质电解质，所得高品质电解质中杂质氧化铁和二氧化硅总百分含量小于1%。

实施例3：

本发明电解铝用电解质的生产方法，该生产方法的详细步骤如下：

a、粗电解质的制备：以阳极碳渣为基本原料，首先将阳极碳渣粉碎至2mm以下，粉碎后加入占阳极碳渣总重量5%的复合燃烧催化剂混合均匀，所述复合燃烧催化剂是由10wt%木屑和90wt%生石油焦粉的混合料压制的小团块；将混合均匀后的混合料加入推板窑中进行氧化燃烧处理，在复合燃烧催化剂的作用下，原料中的碳组分以及其他可燃组分进行完全燃烧，氧化燃烧处理后得到含氟化盐和氧化铝的粗电解质；

b、在步骤a得到的粗电解质中加入占粗电解质重量1%的调整剂氟化锂，加入调整剂后进行均化，均化后得到高品质电解质，所得高品质电解质中杂质氧化铁和二氧化硅总百分含量小于1%。

实施例4：

本发明电解铝用电解质的生产方法，该生产方法的详细步骤如下：

a、粗电解质的制备：以软残极为基本原料，首先将软残极粉碎至2mm以下，粉碎后加入占软残极总重量50%的复合燃烧催化剂混合均匀，所述复合燃烧催化剂是由90wt%木屑和10wt%生石油焦粉的混合料压制的小团块；将混合均匀后的混合料加入流化床中进行氧化燃烧处理，在复合燃烧催化剂的作用下，原料中的碳组分以及其他可燃组分进行完全燃烧，氧化燃烧处理后得到含氟化盐和氧化铝的粗电解质；

b、在步骤a得到的粗电解质中加入占粗电解质重量10%的调整剂，所述10%调整剂由7wt%的氟化铝和3wt%的六氟铝酸钠组成，加入调整剂后进行均化，均化后得到高品质电解质，所得高品质电解质中杂质氧化铁和二氧化硅总百分含量小于1%。

实施例5：

本发明电解铝用电解质的生产方法，该生产方法的详细步骤如下：

a、粗电解质的制备：以70wt%阳极碳渣、20wt%软残极和10wt%废阴极炭块三种电解铝废料混合均匀后的混合料为基本原料，首先将混合料粉碎至2mm以下，粉碎后加入占电解铝废料总重量35%的复合燃烧催化剂混合均匀，所述复合燃烧催化剂是由90wt%木屑和10wt%低灰煤粉的混合料压制的小团块；将混合均匀后的混合料加入网带窑中进行氧化燃烧处理，在复合燃烧催化剂的作用下，原料中的碳组分以及其他可燃组分进行完全燃烧，氧化燃烧处理后得到含氟化盐和氧化铝的粗电解质；

b、在步骤a得到的粗电解质中加入占粗电解质重量5%的调整剂氟化铝，加入调整剂后进行均化，均化后得到高品质电解质，所得高品质电解质中杂质氧化铁和二氧化硅总百分含量小于1%。 

Claims (9)

1.一种电解铝用电解质的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：

a、粗电解质的制备：以电解铝废料为基本原料，首先将电解铝废料粉碎至2mm以下，粉碎后加入占电解铝废料重量5～50%的复合燃烧催化剂混合均匀，将混合均匀后的混合料加入炉窑中进行氧化燃烧处理，在复合燃烧催化剂的作用下，原料中的碳组分以及其他可燃组分进行完全燃烧，氧化燃烧处理后得到含氟化盐和氧化铝的粗电解质；

b、在步骤a得到的粗电解质中加入调整剂，调整剂的加入量占粗电解质重量的1～10%，加入调整剂后进行均化，均化后得到高品质电解质。

2.根据权利要求1所述的电解铝用电解质的生产方法，其特征在于：步骤a中所述电解铝废料为电解铝阳极碳渣、软残极和废阴极炭块中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的电解铝用电解质的生产方法，其特征在于：步骤a中复合燃烧催化剂的加入量占电解铝废料重量的8～30%。

4.根据权利要求1所述的电解铝用电解质的生产方法，其特征在于：步骤a中所述复合燃烧催化剂为木屑、竹粉中的至少一种和低灰煤粉、生石油焦粉中的至少一种的混合物。

5.根据权利要求4所述的电解铝用电解质的生产方法，其特征在于：以重量百分含量表示，所述复合燃烧催化剂为10～90%的木屑和/或竹粉与10～90%的低灰煤粉和/或生石油焦粉混合压制而成的团块。

6.根据权利要求4所述的电解铝用电解质的生产方法，其特征在于：所述木屑或竹粉采用花生壳粉或玉米芯粉代替；所述低灰煤粉或生石油焦粉采用沥青焦粉或炭黑粉代替。

7.根据权利要求1所述的电解铝用电解质的生产方法，其特征在于：步骤b中所述调整剂为六氟铝酸钠、氟化铝、六氟铝酸钾、氟化锂和氟化钠中的任一种或任两种的混合物。

8.根据权利要求1所述的电解铝用电解质的生产方法，其特征在于：步骤b中所述调整剂的加入量占粗电解质重量的2～6%。

9.根据权利要求1所述的电解铝用电解质的生产方法，其特征在于：步骤b中所述高品质电解质中杂质氧化铁和二氧化硅总百分含量小于1%。