CN106086938B - 一种超声波辅助加压碱浸回收铝电解废槽衬中电解质的方法 - Google Patents

一种超声波辅助加压碱浸回收铝电解废槽衬中电解质的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超声波辅助加压碱浸回收铝电解废槽衬中电解质的方法，属于铝电解固废资源回收技术领域。本发明将铝电解废槽衬破碎粉磨至粒径小于0.074mm，将废槽衬粉体与水配成浆体后采用超声波预处理，处理后的浆体通过碱液加压浸出，过滤分离；滤渣填埋，滤液通入CO2析出电解质沉淀。本发明超声波处理和加压浸出的协同作用，使得废槽衬中的可溶物最大程度地溶解于碱液中得到回收，该工艺流程简单、处理周期短、不产生二次污染，适于处理含碳量低的铝电解废槽衬。本发明整个处理过程电解质回收率为96.84％，工艺周期为90min。

Description

一种超声波辅助加压碱浸回收铝电解废槽衬中电解质的方法
技术领域
本发明涉及一种超声波辅助加压碱浸回收铝电解废槽衬中电解质的方法，属于铝电解固废资源回收技术领域。
背景技术
随着国民经济的快速发展，资源、能源的供应日益紧张，节能减排已成为21世纪铝工业技术创新的主题。改善生态环境，提高资源利用率，促进人与自然的和谐，实施可持续发展，构建创新型的国家是我国当前经济发展的战略。自2001年起。中国成为世界第一大原铝生产国。
铝电解槽内衬的最初组成主要为莫来石和碳质材料。在铝电解生产过程中，由于高温电解质对内衬材料的渗透、腐蚀，导致电解槽内衬结构发生了变形、破裂，电解槽内的铝液和电解质从裂缝漏出，电解槽无法正常生产，于是需要停产进行大修。
铝电解生产排出的废槽衬是极其有害的固体废物，其可溶氟化物和氰化物含量严重超标。受风吹、日晒、雨淋的作用，其毒害物质将转移，进入大气，渗入土壤和地下水，将破坏生态环境，严重影响人类健康和动植物生长。露天堆存的废槽衬是潜在的集中危险源，废槽衬会因淋雨或吸收空气中的水分而产生危险。
专利CN105062460A公开了一种利用废电解槽的绝缘侧壁制备石油支撑剂的方法，涉及电解铝废电解槽的再利用制备石油支撑剂的方法，所述方法包括以下过程：将废电解槽的绝缘侧壁从电解槽中拆分后，经拣选、分离、用次氯酸钠的水溶性处理后，消除废侧壁中的F—和CN—，然后进行粗破碎，经过酸洗，回收其中的AIF3，然后进行细破碎，整形、筛分水洗和烘干处理，制备出石油支撑剂。
专利CN公开了105327933A一种基于化学沉淀和氧化还原反应的铝电解槽废槽衬处理方法，将废槽衬破碎、磨细至粒度1-10mm后，加入氧化反应池中；按理论反应值的1.2-2.0倍加入次氯酸钠溶液，控制弱碱性的pH值7.0-8.5，危险元素氰化物与次氯酸钠溶液发生氧化还原反应而被除去，反应时间为0.5-1.0小时；通过防腐筛网过滤氧化反应后的残渣，置于沉淀反应池中；将浓度为饱和浓度值0.8-1.0倍的石灰水加入沉淀反应池中，浸泡残渣1.0-1.5小时，使之结合氟化物反应生成难溶的CaF2，沉淀反应后通过防腐筛网过滤，所得滤液可作为纯碱工业和氧化铝工业的原料；滤后的最终残渣，己经实现了无害化，可作为原料回用于修路、建筑、水泥、耐火等行业。
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。
碳含量较低的铝电解废槽衬一般是进行无害化处理后进行填埋或作为路基材料，现有处理工艺不能高效回收碳含量低的废槽衬中的电解质成分，或者由于工艺流程复杂、生产效率低下、电解质回收率低等原因使得一些回收工艺不能合理有效地应用于废槽衬回收处理中。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种超声波辅助加压碱浸回收铝电解废槽衬中电解质的方法。
本发明一种超声波辅助加压碱浸回收铝电解废槽衬中电解质的方法，包括下述步骤：
步骤一
将铝电解废槽衬破碎粉磨，得到备用粉料；
步骤二
将步骤一得到的备用粉料与水混合配成浆体，采用超声波预处理；
步骤三
步骤二得到的预处理浆体加入碱液中加压浸出，浸出后过滤，得到滤渣和滤液；
步骤四
向步骤三得到的滤液中通入CO2，产生沉淀，过滤分离，得到电解质和尾液，尾液返回步骤三。
本发明一种超声波辅助加压碱浸回收铝电解废槽衬中电解质的方法，步骤一中，粒径小于0.074mm的粉料占备用粉料总质量的50％-100％。
本发明一种超声波辅助加压碱浸回收铝电解废槽衬中电解质的方法，步骤二中，备用粉料与水混合配成浆体，液固质量比为1-3:1。
本发明一种超声波辅助加压碱浸回收铝电解废槽衬中电解质的方法，步骤二中，超声波预处理过程，超声波频率25-40KHz、优选40KHz，功率50-600W、优先150-300W，超声波预处理时间5-30min、优先10-20min。
本发明一种超声波辅助加压碱浸回收铝电解废槽衬中电解质的方法，步骤三中，碱液溶质为NaOH、KOH、LiOH、RbOH中的至少一种，优选NaOH。
本发明一种超声波辅助加压碱浸回收铝电解废槽衬中电解质的方法，步骤三中，加压浸出温度100-300℃、优选150-200℃，时间30-180min、优选60-90min，液固质量比5-10:1，碱液中OH—浓度1-5mol/L，搅拌速率200-1000r/min、优选500-800r/min。
本发明一种超声波辅助加压碱浸回收铝电解废槽衬中电解质的方法，CO2通气量10-100L/h，通气时间5-30min。
本发明一种超声波辅助加压碱浸回收铝电解废槽衬中电解质的方法，电解质的回收率最高可达96.84％。
本发明一种超声波辅助加压碱浸回收铝电解废槽衬中电解质的方法，整个工艺的周期为90min。
本发明一种超声波辅助加压碱浸回收铝电解废槽衬中电解质的方法，适于处理含碳量低的铝电解废槽衬。特别适用于碳的质量百分含量小于等于30％的铝电解废槽衬。
本发明具有以下有益效果：
1.超声波处理增大了废槽衬中电解质与其他物质的分离效果，有效缩短了碱浸时间、增大了溶出物质量。
2.加压浸出技术的应用，加快了工序反应速度，提高了浸出液中电解质的溶解度。
3.超声波处理和加压浸出的协同作用，使得废槽衬中的可溶电解质最大程度地溶解于碱液中得到回收，该工艺流程简单、生产周期短、不产生二次污染，适于处理含碳量低的铝电解废槽衬。
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槽衬10g，测得主要成分含量为(wt％)：C 28.14、SiO227.45、Fe2O3 7.84、Na2O 13.27、Al2O3 7.19、F 8.04。
步骤一
将铝电解槽废旧阴极炭块破碎，得到备用颗粒，备用颗粒中粒径小于0.074mm的颗粒占备用颗粒总质量的90％；
步骤二
将步骤一所得备用颗粒与水按液固比2:1配成浆体，浆体在超声波中处理15min，超声波频率40KHz，功率200W；
步骤三
将步骤二所得超声波处理后矿浆按液固比8:1加入NaOH浓度2mol/L的碱液中，碱浸过程在高压釜中加压条件下进行，恒温180℃，搅拌速度600rpm，反应时间60min，过滤得到滤渣和滤液。
步骤四
向步骤三所述滤液中按25L/h通入CO2气体，通气15min，过滤得到电解质粉体，尾液回用。
计算电解质回收率：
将步骤三所得滤液蒸发结晶后得晶体9.16g，去除NaOH量，整个处理过程电解质回收率为96.84％，工艺周期为90min(不包括破碎备料和干燥时间)。
对比例1
取国内某厂铝电解槽废槽衬10g，测得主要成分含量为(wt％)：C 28.14、SiO227.45、Fe2O3 7.84、Na2O 13.27、Al2O3 7.19、F 8.04。
步骤一
将铝电解槽废旧阴极炭块破碎，得到备用颗粒，备用颗粒中粒径小于0.074mm的颗粒占备用颗粒总质量的90％；
步骤二
将步骤一所述备用颗粒按液固比8:1加入NaOH浓度2mol/L的碱液中，碱浸过程在高压釜中加压条件下进行，恒温180℃，搅拌速度600rpm，反应时间150min，过滤得到滤渣和滤液。
步骤三
向步骤二所述滤液中按25L/h通入CO2气体，通气15min，过滤得到电解质粉体，尾液回用。
计算电解质回收率：
将步骤三所得滤液蒸发结晶后得晶体8.58g，去除NaOH量，整个处理过程电解质回收率为76.49％，工艺周期为165min(不包括破碎备料和干燥时间)。
对比例2
取国内某厂铝电解槽废槽衬10g，测得主要成分含量为(wt％)：C 28.14、SiO227.45、Fe2O3 7.84、Na2O 13.27、Al2O3 7.19、F 8.04。
步骤一
将铝电解槽废旧阴极炭块破碎，得到备用颗粒，备用颗粒中粒径小于0.074mm的颗粒占备用颗粒总质量的90％；
步骤二
将步骤一所得备用颗粒与水按液固比2:1配成浆体，浆体在超声波中处理15min，超声波频率40KHz，功率200W；
步骤三
将步骤二所得超声波处理后矿浆按液固比8:1加入NaOH浓度2mol/L的碱液中，碱浸过程在水浴锅中加压条件下进行，恒温100℃，搅拌速度600rpm，反应时间150min，过滤得到滤渣和滤液。
步骤四
向步骤三所述滤液中按25L/h通入CO2气体，通气15min，过滤得到电解质粉体，尾液回用。
计算电解质回收率：
将步骤三所得滤液蒸发结晶后得晶体8.67g，去除NaOH量，整个处理过程电解质回收率为79.65％，工艺周期为180min(不包括破碎备料和干燥时间)。
实施例2
取国内某厂铝电解槽废槽衬20g，测得主要成分含量为(wt％)：C 28.14、SiO227.45、Fe2O3 7.84、Na2O 13.27、Al2O3 7.19、F 8.04。
步骤一
将铝电解槽废旧阴极炭块破碎，得到备用颗粒，备用颗粒中粒径小于0.074mm的颗粒占备用颗粒总质量的100％；
步骤二
将步骤一所得备用颗粒与水按液固比2:1配成浆体，浆体在超声波中处理5min，超声波频率40KHz，功率600W；
步骤三
将步骤二所得超声波处理后矿浆按液固比8:1加入NaOH浓度1mol/L的碱液中，碱浸过程在高压釜中加压条件下进行，恒温100℃，搅拌速度200rpm，反应时间180min，过滤得到滤渣和滤液。
步骤四
向步骤三所述滤液中按100L/h通入CO2气体，通气15min，过滤得到电解质粉体，尾液回用。
计算电解质回收率：
将步骤三所得滤液蒸发结晶后得晶体5.95g，去除NaOH量，整个处理过程电解质回收率为96.49％，工艺周期为200min(不包括破碎备料和干燥时间)。
实施例3
取国内某厂铝电解槽废槽衬30g，测得主要成分含量为(wt％)：C 28.14、SiO227.45、Fe2O3 7.84、Na2O 13.27、Al2O3 7.19、F 8.04。
步骤一
将铝电解槽废旧阴极炭块破碎，得到备用颗粒，备用颗粒中粒径小于0.074mm的颗粒占备用颗粒总质量的80％；
步骤二
将步骤一所得备用颗粒与水按液固比3:1配成浆体，浆体在超声波中处理20min，超声波频率25KHz，功率400W；
步骤三
将步骤二所得超声波处理后矿浆按液固比8:1加入NaOH浓度5mol/L的碱液中，碱浸过程在高压釜中加压条件下进行，恒温150℃，搅拌速度400rpm，反应时间90min，过滤得到滤渣和滤液。
步骤四
向步骤三所述滤液中按25L/h通入CO2气体，通气30min，过滤得到电解质粉体，尾液回用。
计算电解质回收率：
将步骤三所得滤液蒸发结晶后得晶体18.74g，去除NaOH量，整个处理过程电解质回收率为96.14％，工艺周期为140min(不包括破碎备料和干燥时间)。
实施例4
取国内某厂铝电解槽废槽衬10g，测得主要成分含量为(wt％)：C 29.42、SiO228.25、Fe2O3 6.64、Na2O 12.67、Al2O3 7.45、F 7.88。
步骤一
将铝电解槽废旧阴极炭块破碎，得到备用颗粒，备用颗粒中粒径小于0.074mm的颗粒占备用颗粒总质量的50％；
步骤二
将步骤一所得备用颗粒与水按液固比2:1配成浆体，浆体在超声波中处理30min，超声波频率40KHz，功率50W；
步骤三
将步骤二所得超声波处理后矿浆按液固比5:1加入NaOH浓度4mol/L的碱液中，碱浸过程在高压釜中加压条件下进行，恒温200℃，搅拌速度600rpm，反应时间90min，过滤得到滤渣和滤液。
步骤四
向步骤三所述滤液中按50L/h通入CO2气体，通气5min，过滤得到电解质粉体，尾液回用。
计算电解质回收率：
将步骤三所得滤液蒸发结晶后得晶体10.71g，去除NaOH量，整个处理过程电解质回收率为96.78％，工艺周期为125min(不包括破碎备料和干燥时间)。
实施例5
取国内某厂铝电解槽废槽衬20g，测得主要成分含量为(wt％)：C 29.42、SiO228.25、Fe2O3 6.64、Na2O 12.67、Al2O3 7.45、F 7.88。
步骤一
将铝电解槽废旧阴极炭块破碎，得到备用颗粒，备用颗粒中粒径小于0.074mm的颗粒占备用颗粒总质量的90％；
步骤二
将步骤一所得备用颗粒与水按液固比1:1配成浆体，浆体在超声波中处理15min，超声波频率40KHz，功率200W；
步骤三
将步骤二所得超声波处理后矿浆按液固比7:1加入NaOH浓度2mol/L的碱液中，碱浸过程在高压釜中加压条件下进行，恒温250℃，搅拌速度800rpm，反应时间120min，过滤得到滤渣和滤液。
步骤四
向步骤三所述滤液中按20L/h通入CO2气体，通气15min，过滤得到电解质粉体，尾液回用。
计算电解质回收率：
将步骤三所得滤液蒸发结晶后得晶体8.3g，去除NaOH量，整个处理过程电解质回收率为96.43％，工艺周期为150min(不包括破碎备料和干燥时间)。
实施例6
取国内某厂铝电解槽废槽衬30g，测得主要成分含量为(wt％)：C 29.42、SiO228.25、Fe2O3 6.64、Na2O 12.67、Al2O3 7.45、F 7.88。
步骤一
将铝电解槽废旧阴极炭块破碎，得到备用颗粒，备用颗粒中粒径小于0.074mm的颗粒占备用颗粒总质量的90％；
步骤二
将步骤一所得备用颗粒与水按液固比2:1配成浆体，浆体在超声波中处理15min，超声波频率40KHz，功率300W；
步骤三
将步骤二所得超声波处理后矿浆按液固比10:1加入NaOH浓度3mol/L的碱液中，碱浸过程在高压釜中加压条件下进行，恒温300℃，搅拌速度1000rpm，反应时间30min，过滤得到滤渣和滤液。
步骤四
向步骤三所述滤液中按10L/h通入CO2气体，通气25min，过滤得到电解质粉体，尾液回用。
计算电解质回收率：
将步骤三所得滤液蒸发结晶后得晶体14.55g，去除NaOH量，整个处理过程电解质回收率为91.07％，工艺周期为70min(不包括破碎备料和干燥时间)。

Claims (4)

1.一种超声波辅助加压碱浸回收铝电解废槽衬中电解质的方法，其特征在于；包括以下步骤：
取国内某厂铝电解槽废槽衬10g，测得主要成分含量为：C 28.14wt％、SiO2 27.45wt％、Fe2O3 7.84wt％、Na2O 13.27wt％、Al2O3 7.19wt％、F 8.04wt％；
步骤一
将铝电解槽废旧阴极炭块破碎，得到备用颗粒，备用颗粒中粒径小于0.074mm的颗粒占备用颗粒总质量的90％；
步骤二
将步骤一所得备用颗粒与水按液固比2:1配成浆体，浆体在超声波中处理15min，超声波频率40KHz，功率200W；
步骤三
将步骤二所得超声波处理后矿浆按液固比8:1加入NaOH浓度2mol/L的碱液中，碱浸过程在高压釜中加压条件下进行，恒温180℃，搅拌速度600rpm，反应时间60min，过滤得到滤渣和滤液；
步骤四
向步骤三所述滤液中按25L/h通入CO2气体，通气15min，过滤得到电解质粉体，尾液回用；
计算电解质回收率：
将步骤三所得滤液蒸发结晶后得晶体9.16g，去除NaOH量，整个处理过程电解质回收率为96.84％，工艺周期为90min。
2.一种超声波辅助加压碱浸回收铝电解废槽衬中电解质的方法，其特征在于；包括以下步骤：
取国内某厂铝电解槽废槽衬30g，测得主要成分含量为：C 28.14wt％、SiO2 27.45wt％、Fe2O3 7.84wt％、Na2O 13.27wt％、Al2O3 7.19wt％、F 8.04wt％；
步骤一
将铝电解槽废旧阴极炭块破碎，得到备用颗粒，备用颗粒中粒径小于0.074mm的颗粒占备用颗粒总质量的80％；
步骤二
将步骤一所得备用颗粒与水按液固比3:1配成浆体，浆体在超声波中处理20min，超声波频率25KHz，功率400W；
步骤三
将步骤二所得超声波处理后矿浆按液固比8:1加入NaOH浓度5mol/L的碱液中，碱浸过程在高压釜中加压条件下进行，恒温150℃，搅拌速度400rpm，反应时间90min，过滤得到滤渣和滤液；
步骤四
向步骤三所述滤液中按25L/h通入CO2气体，通气30min，过滤得到电解质粉体，尾液回用；
计算电解质回收率：
将步骤三所得滤液蒸发结晶后得晶体18.74g，去除NaOH量，整个处理过程电解质回收率为96.14％，工艺周期为140min。
3.一种超声波辅助加压碱浸回收铝电解废槽衬中电解质的方法，其特征在于；包括以下步骤：
取国内某厂铝电解槽废槽衬10g，测得主要成分含量为：C 29.42wt％、SiO2 28.25wt％、Fe2O3 6.64wt％、Na2O 12.67wt％、Al2O3 7.45wt％、F 7.88wt％；
步骤一
将铝电解槽废旧阴极炭块破碎，得到备用颗粒，备用颗粒中粒径小于0.074mm的颗粒占备用颗粒总质量的50％；
步骤二
将步骤一所得备用颗粒与水按液固比2:1配成浆体，浆体在超声波中处理30min，超声波频率40KHz，功率50W；
步骤三
将步骤二所得超声波处理后矿浆按液固比5:1加入NaOH浓度4mol/L的碱液中，碱浸过程在高压釜中加压条件下进行，恒温200℃，搅拌速度600rpm，反应时间90min，过滤得到滤渣和滤液；
步骤四
向步骤三所述滤液中按50L/h通入CO2气体，通气5min，过滤得到电解质粉体，尾液回用；
计算电解质回收率：
将步骤三所得滤液蒸发结晶后得晶体10.71g，去除NaOH量，整个处理过程电解质回收率为96.78％，工艺周期为125min。
4.一种超声波辅助加压碱浸回收铝电解废槽衬中电解质的方法，其特征在于；包括以下步骤：
取国内某厂铝电解槽废槽衬20g，测得主要成分含量为：C 29.42wt％、SiO2 28.25wt％、Fe2O3 6.64wt％、Na2O 12.67wt％、Al2O3 7.45wt％、F 7.88wt％；
步骤一
将铝电解槽废旧阴极炭块破碎，得到备用颗粒，备用颗粒中粒径小于0.074mm的颗粒占备用颗粒总质量的90％；
步骤二
将步骤一所得备用颗粒与水按液固比1:1配成浆体，浆体在超声波中处理15min，超声波频率40KHz，功率200W；
步骤三
将步骤二所得超声波处理后矿浆按液固比7:1加入NaOH浓度2mol/L的碱液中，碱浸过程在高压釜中加压条件下进行，恒温250℃，搅拌速度800rpm，反应时间120min，过滤得到滤渣和滤液；
步骤四
向步骤三所述滤液中按20L/h通入CO2气体，通气15min，过滤得到电解质粉体，尾液回用；
计算电解质回收率：
将步骤三所得滤液蒸发结晶后得晶体8.3g，去除NaOH量，整个处理过程电解质回收率为96.43％，工艺周期为150min。
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