CN105964659A - 一种铝电解槽废旧阴极炭块资源化综合回收处理方法 - Google Patents

一种铝电解槽废旧阴极炭块资源化综合回收处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铝电解槽废旧阴极炭块资源化综合回收处理方法,属于固废资源综合利用技术领域。本发明将铝电解槽废旧阴极炭块破碎,得到备用颗粒;加热至200‑400℃,保温后进行浮选;得到炭渣、电解质渣;所得电解质渣加热至550‑800℃,保温,得到电解质粉;所得炭渣加入碱液中浸出,浸出后过滤,得到滤渣和滤液;所得滤液加热至60‑90℃温度进行蒸发结晶,析出固体A,过滤,得到固体A和残余液;往残余液中添加氢氧化铝晶种,并加热至25‑60℃,保温,过滤,得到固体B和尾液。本发明工艺设计合理,处理效率高、各物质回收率以及循环利用率高,不产生二次污染,适于大规模工业化应用。

Description

一种铝电解槽废旧阴极炭块资源化综合回收处理方法
技术领域
本发明涉及一种铝电解槽废旧阴极炭块资源化综合回收处理方法,属于固废资源综合利用技术领域。
技术背景
自2001年以来,中国电解铝产能已经连续多年居世界第一,2015年原铝产量约3141万t。当前铝电解采用霍尔-埃鲁工艺,生产过程中因电解质的渗入、高温铝液和金属钠等物质对槽底部的侵蚀,导致铝电解槽运行3~6年后,需要停槽更换内衬。研究表明,每生产1t电解铝,会产生约10kg的废旧阴极材料。以此计算,我国仅2015年产生的废旧阴极材料就多达30万t以上。
铝电解废旧阴极炭块中,炭占30%~70%,其余为电解质,主要是冰晶石、氟化钠、氟化钙、氰化物等,具有可溶性,遇水会产生有害气体,还会污染地表水和地下水。作为危险固体废弃物堆存或填埋,不仅不能从根本上消除铝电解废旧阴极材料的毒性和腐蚀性危害,而且造成了资源浪费。铝电解槽废旧阴极材料是一种富含炭和电解质的可用资源。随着矿物资源的不断减少以及环境保护要求的不断提高,铝电解槽废旧阴极的综合利用已成为必然趋势。
提高创新原铝清洁生产技术和资源化利用技术,高效合理、环保经济地处理铝电解槽废槽衬,是摆在每一个铝冶金从业人员面前的行业难题。针对当前铝电解槽废旧阴极炭块环保压力大、资源浪费严重等问题,业内专家学者和生产一线人员进行了多方面探索研究。
专利CN101357367A提供一种利用煤矸石处理铝电解槽废槽衬的方法,经过:原料破碎、磨细,将添加量为废槽衬质量10%~30%的煤矸石及废槽衬质量5%~35%的生石灰与废槽衬混合均匀;在温度为900℃~1200℃条件下,焙烧40min~70min,焙烧物磨细至粒度小于0.074mm,用浓度为0.5%~5%的石灰水浸出残余的可溶氟离子,浸出时间为30~60min,之后进行过滤,滤液收集后作它用,滤渣回收即为可用物。
专利CN 102161049 A公开了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。
专利CN102992298A公开了一种电解槽大修槽渣废阴极炭块的回收利用方法,其特征在于,对电解槽大修槽渣进行分选,得到废阴极炭块;对分选的阴极炭块块料分别进行水浸,选出块料后再次破碎、水浸,选出的块料进行回收,剩余的粉料磨粉、浮选,选出其中的碳粉。
专利CN1320491A公开了一种铝电解槽废内衬的综合回收方法:将铝电解槽废内衬粉碎后投入注入水和浓硫酸的酸解罐中进行酸解,产生的气体用水反复淋洗,回收氢氟酸;酸解罐中酸解后经过滤产生滤渣和滤液,其滤渣可制取石墨粉和工业氢氧化铝、氧化铝;其滤液可生产多种氟化盐、硫酸盐产品。
专利CN10130268A公开了一种铝电解槽废旧阴极炭块的综合利用方法,主要是将其应用于铝电解槽电热焙烧中阴阳两极导电和发热材料,属于电解槽焙烧用材料技术领域。应用方法:1.将铝电解槽废旧阴极炭块粗碎,分离其中钢棒、耐火材料、电解质等;2.将经过分离的废旧阴极炭块进行破碎,成为1-5mm粒度颗粒;3.采用不同导电率的废旧阴极破碎料在铝电解槽内铺设,调整通电后的电流分布;4.废旧阴极颗粒通过氧化或捞炭渣方式消除。
专利CN101386017A公开了一种酸碱联合法处理铝电解废旧阴极炭块的方法,包括以下步骤:(1)将铝电解废旧阴极加入到浓碱溶液中反应,过滤得到过滤固相加入到浓酸溶液中反应,过滤得到碳粉;(2)将滤液混合并滴入浓碱溶液,调节pH值为9,静置过滤,得到冰晶石;(3)在滤液中加入漂白粉饱和溶液,静置过滤,得到氟化钙;(4)将四次滤液加热蒸发结晶,得到氯化钠固体。
目前有关铝电解废旧阴极炭块的回收处理工艺较多,大多由于工艺复杂、设备腐蚀严重、有价物质不能有效回收、处理成本高等原因未能得到广泛工业化应用。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,提供一种铝电解槽废旧阴极炭块资源化综合回收处理方法。
本发明一种铝电解槽废旧阴极炭块资源化综合回收处理方法,包括下述步骤:
步骤一
将铝电解槽废旧阴极炭块破碎,得到备用颗粒;
步骤二
将步骤一所得备用颗粒加热至200-400℃,保温后进行浮选;得到炭渣、电解质渣;
步骤三
将步骤二所得电解质渣加热至550-800℃,保温,得到电解质粉;
步骤四
将步骤二所得炭渣加入碱液中浸出,浸出后过滤,得到滤渣炭粉和滤液;
步骤五
将步骤四所得滤液加热至60-90℃温度进行蒸发结晶,在液体析出固体A,过滤,得到固体A和残余液;
步骤六
往步骤五所得残余液中添加氢氧化铝晶种,并加热至25-60℃,保温,过滤,得到固体B和尾液。
本发明一种铝电解槽废旧阴极炭块资源化综合回收处理方法,步骤一中,所述备用颗粒中,粒径小于200目的颗粒占备用颗粒总质量的60%-90%。
本发明一种铝电解槽废旧阴极炭块资源化综合回收处理方法,将步骤一所得备用颗粒加热至200-400℃,保温10-90min。
本发明一种铝电解槽废旧阴极炭块资源化综合回收处理方法,将步骤一所得备用颗粒加热至200-400℃,保温后进行调浆,得到预选浆料,对预选浆料进行浮选;得到炭渣、电解质渣;所述预选浆料中,固体占预选浆料总质量的10%-50%。
本发明一种铝电解槽废旧阴极炭块资源化综合回收处理方法,所述预选浆料中还含有捕收剂、起泡剂、抑制剂;所述捕收剂为煤油和/或柴油;所述起泡剂为2号油;所述抑制剂为水玻璃。
本发明一种铝电解槽废旧阴极炭块资源化综合回收处理方法,所述捕收剂按每吨废旧阴极炭块加入200-600g的比例加入;所述起泡剂按每吨废旧阴极炭块加入20-100g的比例加入;所述抑制剂按每吨废旧阴极炭块加入200-500g的比例加入。
本发明一种铝电解槽废旧阴极炭块资源化综合回收处理方法,浮选过程为一步粗选。
本发明一种铝电解槽废旧阴极炭块资源化综合回收处理方法,浮选后分离炭渣、电解质渣和废水,废水回用。
本发明一种铝电解槽废旧阴极炭块资源化综合回收处理方法,
步骤三中,将步骤二所得电解质渣加热至550-800℃,保温30-90min,得到电解质粉;
步骤四中,将步骤二所得炭渣加入碱性溶液中浸出,浸出后过滤,得到滤渣和滤液;所述碱性溶液中OH的浓度为1-5mol/L。
本发明一种铝电解槽废旧阴极炭块资源化综合回收处理方法,将炭渣加入碱性溶液中浸出时,控制浸出温度为25-100℃、优选为70-90℃;控制浸出时间为30-180min;控制液固质量比为5-10:1;控制搅拌速率400-1000r/min;所述碱性溶液的溶质选自NaOH、KOH、LiOH、RbOH中的至少一种。优选为NaOH。
本发明一种铝电解槽废旧阴极炭块资源化综合回收处理方法,步骤五中,将步骤四所得滤液加热至60-90℃温度进行蒸发结晶30-180min,在液体析出固体A,过滤,得到固体A和残余液;所述固体A为钠盐。
本发明一种铝电解槽废旧阴极炭块资源化综合回收处理方法,步骤六中,往残余液中添加氢氧化铝晶种,并加热至25-60℃,保温30-180min,过滤,得到固体B和尾液;所述固体B为氢氧化铝粉体;所述尾液回用;所述晶种的晶种系数为1~5。
本发明一种铝电解槽废旧阴极炭块资源化综合回收处理方法,尾液不需要处理即可返回碱浸过程重复使用
本发明具有以下有益效果:
1.在浮选前通过对铝电解槽废旧阴极炭块进行低温热处理,不仅能除氰,还有利浮选。
2.浮选处理将炭和电解质初步分离,减少了碱浸过程碱的消耗量,缩短了碱浸时间。
3.步骤三和步骤四过程工艺简单、操作便利、原料价格低廉,得到的炭粉和电解质粉纯度高,经济效益好。
4.结晶析出NaF后的滤液可加入氢氧化铝晶种分解,也可以作为拜耳法氧化铝生产母液,副产品处理思路广。
总之,本发明在各个工艺的协同作用下。实现了各种物质的高效回收。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例作进一步说明,但本发明并不因此而受到任何限制。
实施例1
取国内某厂铝电解槽废旧阴极炭块10g,主要元素含量为(wt%):C70.9、Al8.23、O9.55、F5.38、Na2.57、Fe1.21,破碎粉磨至-200目占90%,平铺在9cm×6cm的平底方形瓷舟中。
将盛有废旧阴极粉料的瓷舟放于马弗炉中,加热升温至400℃后保温30min;除氰废旧阴极粉料按质量浓度25%与水配成矿浆,通过单槽浮选机进行粗选。浮选抑制剂为水玻璃,用量320g/t废旧阴极;捕收剂为煤油,用量400g/t废旧阴极;起泡剂为2号油,用量40g/t废旧阴极。浮选泡沫和底流用水清洗后干燥称重,得到炭渣和电解质渣分别为7.35g和2.46g。
电解质渣平铺在9cm×6cm的平底方形瓷舟中,置于马弗炉中加热升温至650℃后保温90min,得到2.454g纯度96.43%的电解质粉。
按液固比7:1将炭渣加入NaOH浓度3mol/L的碱溶液中,碱浸过程通过水浴锅保温,恒温100℃,搅拌速度700rpm,反应时间120min,过滤得到炭粉和滤液,干燥后得到6.43g纯度92.87%的炭粉。
碱浸滤液蒸发结晶析出晶体,温度控制在90℃,时间60min,过滤分离得到晶体0.45g;滤液按晶种系数3加入氢氧化铝粉体,温度控制在40℃,结晶时间120min,结晶析出氢氧化铝,分离干燥后得到粉体1.85g,尾液返回碱浸过程循环使用。
实施例2
取国内某厂铝电解槽废旧阴极炭块30g,主要元素含量为(wt%):C70.9、Al8.23、O9.55、F5.38、Na2.57、Fe1.21,破碎粉磨至-200目占80%,平铺在12cm×8cm的平底方形瓷舟中。
将盛有废旧阴极粉料的瓷舟放于马弗炉中,加热升温至400℃后保温10min;除氰废旧阴极粉料按质量浓度10%与水配成矿浆,通过单槽浮选机进行粗选。浮选抑制剂为水玻璃,用量200g/t废旧阴极;捕收剂为煤油,用量600g/t废旧阴极;起泡剂为2号油,用量20g/t废旧阴极。浮选泡沫和底流用水清洗后干燥称重,得到炭渣和电解质渣分别为23.64g和6.14g。
电解质渣平铺在9cm×6cm的平底方形瓷舟中,置于马弗炉中加热升温至550℃后保温60min,得到6.57g纯度95.32%的电解质粉。
按液固比10:1将炭渣加入NaOH浓度5mol/L的碱溶液中,碱浸过程通过水浴锅保温,恒温90℃,搅拌速度1000rpm,反应时间180min,过滤得到炭粉和滤液,干燥后得到18.04g纯度92.11%的炭粉。
碱浸滤液蒸发结晶析出晶体,温度控制在80℃,时间30min,过滤分离得到晶体1.04g;滤液按晶种系数3加入氢氧化铝粉体,温度控制在25℃,结晶时间120min,结晶析出氢氧化铝,分离干燥后得到粉体5.28g,尾液返回碱浸过程循环使用。
实施例3
取国内某厂铝电解槽废旧阴极炭块100g,主要元素含量为(wt%):C70.9、Al8.23、O9.55、F5.38、Na2.57、Fe1.21,破碎粉墨至-200目占60%,平铺在12cm×8cm的平底方形瓷舟中。
将盛有废旧阴极粉料的瓷舟放于马弗炉中,加热升温至300℃后保温60min;除氰废旧阴极粉料按质量浓度30%与水配成矿浆,通过单槽浮选机进行粗选。浮选抑制剂为水玻璃,用量320g/t废旧阴极;捕收剂为煤油,用量200g/t废旧阴极;起泡剂为2号油,用量100g/t废旧阴极。浮选泡沫和底流用水清洗后干燥称重,得到炭渣和电解质渣分别为80.51g和22.68g。
电解质渣平铺在12cm×8cm的平底方形瓷舟中,置于马弗炉中加热升温至800℃后保温30min,得到19.45g纯度95.82%的电解质粉。
按液固比7:1将炭渣加入NaOH浓度1mol/L的碱溶液中,碱浸过程通过水浴锅保温,恒温100℃,搅拌速度600rpm,反应时间30min,过滤得到炭粉和滤液,干燥后得到62.41g纯度92.36%的炭粉。
碱浸滤液蒸发结晶析出晶体,温度控制在90℃,时间180min,过滤分离得到晶体5.62g;滤液按晶种系数1加入氢氧化铝粉体,温度控制在40℃,结晶时间180min,结晶析出氢氧化铝,分离干燥后得到粉体19.44g,尾液返回碱浸过程循环使用。
实施例4
取国内某厂铝电解槽废旧阴极炭块10g,主要元素含量为(wt%):C48.86、Al14.02、O16.97、F10.08、Na4.58、Fe1.82,破碎粉墨至-200目占90%,平铺在9cm×6cm的平底方形瓷舟中。
将盛有废旧阴极粉料的瓷舟放于马弗炉中,加热升温至200℃后保温60min;除氰废旧阴极粉料按质量浓度35%与水配成矿浆,通过单槽浮选机进行粗选。浮选抑制剂为水玻璃,用量500g/t废旧阴极;捕收剂为煤油,用量400g/t废旧阴极;起泡剂为2号油,用量20g/t废旧阴极。浮选泡沫和底流用水清洗后干燥称重,得到炭渣和电解质渣分别为5.27g和4.19g。
电解质渣平铺在9cm×6cm的平底方形瓷舟中,置于马弗炉中加热升温至650℃后保温90min,得到4.08g纯度95.86%的电解质粉。
按液固比5:1将炭渣加入NaOH浓度2mol/L的碱溶液中,碱浸过程通过水浴锅保温,恒温90℃,搅拌速度700rpm,反应时间120min,过滤得到炭粉和滤液,干燥后得到5.21g纯度92.48%的炭粉。
碱浸滤液蒸发结晶析出晶体,温度控制在60℃,时间150min,过滤分离得到晶体0.63g;滤液按晶种系数3加入氢氧化铝粉体,温度控制在60℃,结晶时间30min,结晶析出氢氧化铝,分离干燥后得到粉体2.31g,尾液返回碱浸过程循环使用。
实施例5
取国内某厂铝电解槽废旧阴极炭块30g,主要元素含量为(wt%):C48.86、Al14.02、O16.97、F10.08、Na4.58、Fe1.82,破碎粉墨至-200目占90%,平铺在12cm×8cm的平底方形瓷舟中。
将盛有废旧阴极粉料的瓷舟放于马弗炉中,加热升温至400℃后保温90min;除氰废旧阴极粉料按质量浓度25%与水配成矿浆,通过单槽浮选机进行粗选。浮选抑制剂为水玻璃,用量320g/t废旧阴极;捕收剂为煤油,用量400g/t废旧阴极;起泡剂为2号油,用量40g/t废旧阴极。浮选泡沫和底流用水清洗后干燥称重,得到炭渣和电解质渣分别为16.55g和12.18g。
电解质渣平铺在9cm×6cm的平底方形瓷舟中,置于马弗炉中加热升温至700℃后保温30min,得到10.47g纯度95.40%的电解质粉。
按液固比10:1将炭渣加入NaOH浓度3mol/L的碱溶液中,碱浸过程通过水浴锅保温,恒温90℃,搅拌速度700rpm,反应时间120min,过滤得到炭粉和滤液,干燥后得到15.63g纯度92.52%的炭粉。
碱浸滤液蒸发结晶析出晶体,温度控制在80℃,时间100min,过滤分离得到晶体1.54g;滤液按晶种系数5加入氢氧化铝粉体,温度控制在40℃,结晶时间90min,结晶析出氢氧化铝,分离干燥后得到粉体7.43g,尾液返回碱浸过程循环使用。
实施例6
取国内某厂铝电解槽废旧阴极炭块100g,主要元素含量为(wt%):C48.86、Al14.02、O16.97、F10.08、Na4.58、Fe1.82,破碎粉墨至-200目占90%,平铺在12cm×8cm的平底方形瓷舟中。
将盛有废旧阴极粉料的瓷舟放于马弗炉中,加热升温至300℃后保温90min;除氰废旧阴极粉料按质量浓度50%与水配成矿浆,通过单槽浮选机进行粗选。浮选抑制剂为水玻璃,用量400g/t废旧阴极;捕收剂为煤油,用量600g/t废旧阴极;起泡剂为2号油,用量100g/t废旧阴极。浮选泡沫和底流用水清洗后干燥称重,得到炭渣和电解质渣分别为58.45g和36.59g。
电解质渣平铺在12cm×8cm的平底方形瓷舟中,置于马弗炉中加热升温至650℃后保温60min,得到39.74g纯度95.67%的电解质粉。
按液固比7:1将炭渣加入NaOH浓度3mol/L的碱溶液中,碱浸过程通过水浴锅保温,恒温50℃,搅拌速度400rpm,反应时间100min,过滤得到炭粉和滤液,干燥后得到48.74g纯度92.36%的炭粉。
碱浸滤液蒸发结晶析出晶体,温度控制在90℃,时间60min,过滤分离得到晶体7.37g;滤液按晶种系数4加入氢氧化铝粉体,温度控制在50℃,结晶时间120min,结晶析出氢氧化铝,分离干燥后得到粉体25.42g,尾液返回碱浸过程循环使用。

Claims (10)

1.一种铝电解槽废旧阴极炭块综合回收方法,其特征在于,包括下述步骤:
步骤一
将铝电解槽废旧阴极炭块破碎,得到备用颗粒;
步骤二
将步骤一所得备用颗粒加热至200-400℃,保温后进行浮选,得到炭渣、电解质渣;
步骤三
将步骤二所得电解质渣加热至550-800℃,保温,得到电解质粉;
步骤四
将步骤二所得炭渣加入碱液中浸出,浸出后过滤,得到滤渣和滤液;
步骤五
将步骤四所得滤液加热至60-90℃温度进行蒸发结晶,在液体析出固体A,过滤,得到固体A和残余液;
步骤六
往步骤五所得残余液中添加氢氧化铝晶种,加热至25-60℃,保温,过滤,得到固体B和尾液。
2.根据权利要求1所述的一种铝电解槽废旧阴极炭块综合回收方法,其特征在于:步骤一中,所述备用颗粒中,粒径小于200目的颗粒占备用颗粒总质量的60%-90%。
3.根据权利要求1所述的一种铝电解槽废旧阴极炭块综合回收方法,其特征在于:将步骤一所得备用颗粒加热至200-400℃,保温10-90min。
4.根据权利要求1所述的一种铝电解槽废旧阴极炭块综合回收方法,其特征在于:将步骤一所得备用颗粒加热至200-400℃,保温后进行调浆,得到预选浆料,对预选浆料进行浮选;得到炭渣、电解质渣;所述预选浆料中,固体占预选浆料总质量的10%-50%。
5.根据权利要求4所述的一种铝电解槽废旧阴极炭块综合回收方法,其特征在于:所述预选浆料中还含有捕收剂、起泡剂、抑制剂;所述捕收剂为煤油和/或柴油;所述起泡剂为2号油;所述抑制剂为水玻璃。
6.根据权利要求5所述的一种铝电解槽废旧阴极炭块综合回收方法,其特征在于:所述捕收剂按每吨废旧阴极炭块加入200-600g的比例加入;所述起泡剂按每吨废旧阴极炭块加入20-100g的比例加入;所述抑制剂按每吨废旧阴极炭块加入200-500g的比例加入。
7.根据权利要求1所述的一种铝电解槽废旧阴极炭块综合回收方法,其特征在于:
步骤三中,将步骤二所得电解质渣加热至550-800℃,保温30-90min,得到电解质粉;
步骤四中,将步骤二所得炭渣加入碱液中浸出,浸出后过滤,得到滤渣和滤液;所述碱性溶液中OH的浓度为1-5mol/L。
8.根据权利要求7所述的一种铝电解槽废旧阴极炭块综合回收方法,其特征在于:将炭渣加入碱性溶液中浸出时,控制浸出温度为25-100℃;控制浸出时间为30-180min;控制液固质量比为5-10:1;控制搅拌速率400-1000r/min;所述碱性溶液的溶质选自NaOH、KOH、LiOH、RbOH中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种铝电解槽废旧阴极炭块综合回收方法,其特征在于:步骤五中,将步骤四所得滤液加热至60-90℃温度进行蒸发结晶30-180min,在液体析出固体A,过滤,得到固体A和残余液;所述固体A为钠盐。
10.根据权利要求1所述的一种铝电解槽废旧阴极炭块综合回收方法,其特征在于:步骤六中,往残余液中添加氢氧化铝晶种,并加热至25-60℃,保温30-180min,过滤,得到固体B和尾液;所述固体B为氢氧化铝粉体;所述尾液回用;所述晶种的晶种系数为1~5。
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