CN106966414A - 一种生产电极箔的废磷酸处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生产电极箔的废磷酸处理方法，DP1工艺废磷酸，其包含4%磷酸和4%磷酸二氢铝，经过纳滤膜分离部分游离磷酸，多级洗涤，通过反渗透膜与纳滤膜的组合膜过滤，采取逆流洗涤的方式，进一步洗涤剩余2m³的磷酸与磷酸二氢铝的混合液，最终得到2m³含2%磷酸、20%磷酸二氢铝的混合液，使游离磷酸得到最大限度的回收。本发明提供一种生产电极箔的废磷酸处理方法，依托21世纪突飞猛进的离子膜技术，通过纳滤膜加阴离子膜实现了先通过纳滤膜回收4%的游离酸，然后利用阴离子膜把磷酸二氢铝再生成游离酸，同时生成氢氧化铝产品，实现了超纯水、磷酸、氢氧化铝的电容级产品回收，从根本上实现“0排放”。

Description

一种生产电极箔的废磷酸处理方法

技术领域

本发明涉及废磷酸处理方法技术领域，尤其涉及一种生产电极箔的废磷酸处理方法。

背景技术

在电极箔（铝箔）生产过程中，会有一道工序叫磷酸电化学腐蚀以下简称“DP1工艺”，主要工艺原理是把电容级磷酸稀释成8%的稀磷酸，作为腐蚀液，铝箔作为阳极在通直流电的情况下被均匀电化学腐蚀，其中阳极的单质铝会变成进入液体体系，在PH=1.2的情况下以化学式磷酸二氢铝存在，当铝离子含量达到一定程度，其中的酸度无法满足铝箔的电化学腐蚀液体环境，就会当着废液排出DP1工艺体系，变成废酸（一种含4%磷酸、4%磷酸二氢铝的混合废液），传统的处理办法是用石灰去中和，调到PH值为7的时候，会生成磷酸钙和氢氧化铝絮状物，

通过固液分离，外排中性污水，固体渣送到具有填埋资质的企业进行填埋处理。此办法有以下几个不能解决的缺陷。

①当用石灰中和的废液PH=7的时候，生成了部分磷酸二氢钙，无法形成渣沉下来，因此外排水PH值合格，但国家排放标准的总磷要求不达标。

②资源浪费，铝箔生产工艺中是用8%的电容级磷酸对铝箔进行电化学腐蚀，腐蚀下来的铝变成了溶解性的磷酸二氢铝，其废液中的4%磷酸和4%的磷酸二氢铝纯度都较高，都具有较高的化学原料价值，用石灰进行中和处理，不能进行4%的磷酸、4%铝离子回收，社会资源浪费较大，且中和后的渣填埋环境后续污染隐患大。

③处理成本高，用石灰进行处理，处理每吨废磷酸液需要70公斤的石灰，并产生300公斤含水30%的渣。石灰按照400元/吨，外排渣按照200元/吨，人工及设备成本按照5元/吨计算，处理一吨废磷酸液需要处理费用在55元/吨左右。以某电极箔上市公司5000吨/月排放量为例，磷酸废液处理费用都高达330万元/年。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种生产电极箔的废磷酸处理方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明包括以下步骤：

步骤一：、DP1工艺废磷酸，其包含4%磷酸和4%磷酸二氢铝，经过纳滤膜分离部分游离磷酸，其化学反应式如下：

；

步骤二：多级洗涤，通过反渗透膜与纳滤膜的组合膜过滤，采取逆流洗涤的方式，进一步洗涤剩余2m³的磷酸与磷酸二氢铝的混合液，最终得到2m³含2%磷酸、20%磷酸二氢铝的混合液，使游离磷酸得到最大限度的回收，其化学反应式如下：

；

步骤三：电容级磷酸液的浓缩，通过反渗透膜对磷酸液进行浓缩，最终得到5m³的7.4%的中间产品液及3m³的0.5%的稀磷酸液。这样不仅提高了磷酸的浓度，减少了返回使用的液体量，而且还能得到0.5%左右的多级洗涤的稀磷酸液和用于二级电解的阳极液初始液，其化学反应式如下：

；

步骤四：剩余含20%磷酸二氢铝溶液再通过阴离子膜电解槽进行电解，在阳极室发生电化学氧化反应，磷酸二氢根被再生成磷酸，阴极室发生还原反应铝离子结合氢氧根变成氢氧化铝沉淀。

步骤五：最终阳极产生的8%磷酸溶液返回电极箔DP1生产系统进行使用，阴极产生的氢氧化铝通过过滤、烘干成为高纯氢氧化铝产品。

本发明优选的，根据步骤四，所述磷酸根、铝离子电化学活性均小于氢离子、氢氧根离子，在阴阳极发生的电化学反应主要是析氢、析氧反应，氢离子阴极还原过程服从Tafel公式如下：

氧离子阳极氧化过程也服从Tafel公式公式如下：

离子膜的作用让阴极的磷酸二氢根通过阴离子膜到达阳极室同时阻止铝离子向阳极室扩散、阻止阳极室的氢离子向阴极室定向移动，其化学走向式如图3所示。

本发明优选的，根据步骤四，在阴离子膜电解条件下，通过控制阴极室的PH值，可以保证氢氧根离子不会透过阴离子膜，而被铝离子结合生成沉淀。同时通过控制流量保证氢氧化铝不堵塞离子膜。

本发明优选的，根据步骤四，使用钛基二氧化铅作为阳极，钛基镀铱作为阴极进行电解，磷酸环境下电解单槽电压在4-5V之间，电流密度在400A/m³左右，电压越高、电流越大，设备效率越高、电流效率越低。

本发明的有益效果在于：

本发明提供一种生产电极箔的废磷酸处理方法，依托21世纪突飞猛进的离子膜技术，通过纳滤膜加阴离子膜实现了先通过纳滤膜回收4%的游离酸，然后利用阴离子膜把磷酸二氢铝再生成游离酸，同时生成氢氧化铝产品，实现了超纯水、磷酸、氢氧化铝的电容级产品回收，从根本上实现“0排放”。

附图说明

图1是本发明所述一种生产电极箔的废磷酸处理方法的膜过滤系统结构示意图；

图2是本发明所述一种生产电极箔的废磷酸处理方法的电解系统结构示意图；

图3是本发明所述离子膜的作用让阴极的磷酸二氢根通过阴离子膜到达阳极室同时阻止铝离子向阳极室扩散、阻止阳极室的氢离子向阴极室定向移动，其化学走向式。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1、图2和图3所示：本发明包括以下步骤：

步骤一：、DP1工艺废磷酸，其包含4%磷酸和4%磷酸二氢铝，经过纳滤膜分离部分游离磷酸，以10m³DP1废磷酸液为例，能产出8m³含3.8%电容级磷酸液，铝含量＜100ppm（万分之一），剩余2m³含4.8%磷酸、20%磷酸二氢铝的混合液其化学反应式如下：

；

步骤二：多级洗涤，通过反渗透膜与纳滤膜的组合膜过滤，采取逆流洗涤的方式，进一步洗涤剩余2m³的磷酸与磷酸二氢铝的混合液，最终得到2m³含2%磷酸、20%磷酸二氢铝的混合液，使游离磷酸得到最大限度的回收，其化学反应式如下：

；

步骤三：电容级磷酸液的浓缩，通过反渗透膜对磷酸液进行浓缩，最终得到5m³的7.4%的中间产品液及3m³的0.5%的稀磷酸液。这样不仅提高了磷酸的浓度，减少了返回使用的液体量，而且还能得到0.5%左右的多级洗涤的稀磷酸液和用于二级电解的阳极液初始液，其化学反应式如下：

；

步骤四：剩余含20%磷酸二氢铝溶液再通过阴离子膜电解槽进行电解，在阳极室发生电化学氧化反应，磷酸二氢根被再生成磷酸，阴极室发生还原反应铝离子结合氢氧根变成氢氧化铝沉淀；

所述磷酸根、铝离子电化学活性均小于氢离子、氢氧根离子，在阴阳极发生的电化学反应主要是析氢、析氧反应，氢离子阴极还原过程服从Tafel公式如下：

氧离子阳极氧化过程也服从Tafel公式公式如下：

离子膜的作用让阴极的磷酸二氢根通过阴离子膜到达阳极室同时阻止铝离子向阳极室扩散、阻止阳极室的氢离子向阴极室定向移动，其化学走向式如图3所示。

在阴离子膜电解条件下，通过控制阴极室的PH值，可以保证氢氧根离子不会透过阴离子膜，而被铝离子结合生成沉淀。同时通过控制流量保证氢氧化铝不堵塞离子膜。

使用钛基二氧化铅作为阳极，钛基镀铱作为阴极进行电解，磷酸环境下电解单槽电压在4-5V之间，电流密度在400A/m³左右，电压越高、电流越大，设备效率越高、电流效率越低。

步骤五：最终阳极产生的8%磷酸溶液返回电极箔DP1生产系统进行使用，阴极产生的氢氧化铝通过过滤、烘干成为高纯氢氧化铝产品。

综上所述，本发明提供一种生产电极箔的废磷酸处理方法，依托21世纪突飞猛进的离子膜技术，通过纳滤膜加阴离子膜实现了先通过纳滤膜回收4%的游离酸，然后利用阴离子膜把磷酸二氢铝再生成游离酸，同时生成氢氧化铝产品，实现了超纯水、磷酸、氢氧化铝的电容级产品回收，从根本上实现“0排放”。

本发明以“变废为宝”、“0排放”为出发点，结合企业的生产工艺，实现磷酸全回收，不仅降低了处理成本，还能在废磷酸中实现经济效益和社会效益的双丰收。

①社会效益好，为企业可持续发展、绿色环保、节能降耗，摘掉铝箔行业高耗能、高污染帽子，实现资源合理化利用提供强有力技术支撑。本工艺不仅实现了磷酸全回收，而且还能生产出高纯度的氢氧化铝副产品，回收磷酸的同时水也作为载体回用，大大节约了原生产工艺的磷酸配料系统的超纯水用量。由于不使用石灰进行中和，因此无外排渣产生，不产生二次污染。

②经济效益可观，本工艺通过对磷酸实现全回收，电容级磷酸按照8000元/吨计算，可为某电极箔上市公司节约磷酸原料费用3840万元/年，节约超纯水6万吨，折合经济效益为300万元/年，同时生产出的高纯氢氧化铝1200吨/年，折合经济效益720万/年。综合以上各项，通过本工艺的生产，可带给企业5000万的直接效益，减去本工艺的生产成本1500万，可实现“变废为宝”纯利润3500万元。

③本工艺在生产过程中不添加任何化工原料，因此不引入新的污染，生产过程清洁卫生、绿色环保、符合电极箔生产工艺的电容级产品洁净要求。

本领域技术人员不脱离本发明的实质和精神，可以有多种变形方案实现本发明，以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (4)

1.一种生产电极箔的废磷酸处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：、DP1工艺废磷酸，其包含4%磷酸和4%磷酸二氢铝，经过纳滤膜分离部分游离磷酸，其化学反应式如下：

；

步骤二：多级洗涤，通过反渗透膜与纳滤膜的组合膜过滤，采取逆流洗涤的方式，进一步洗涤剩余2m³的磷酸与磷酸二氢铝的混合液，最终得到2m³含2%磷酸、20%磷酸二氢铝的混合液，使游离磷酸得到最大限度的回收，其化学反应式如下：

；

步骤三：电容级磷酸液的浓缩，通过反渗透膜对磷酸液进行浓缩，最终得到5m³的7.4%的中间产品液及3m³的0.5%的稀磷酸液。这样不仅提高了磷酸的浓度，减少了返回使用的液体量，而且还能得到0.5%左右的多级洗涤的稀磷酸液和用于二级电解的阳极液初始液，其化学反应式如下：

；

步骤四：剩余含20%磷酸二氢铝溶液再通过阴离子膜电解槽进行电解，在阳极室发生电化学氧化反应，磷酸二氢根被再生成磷酸，阴极室发生还原反应铝离子结合氢氧根变成氢氧化铝沉淀。

步骤五：最终阳极产生的8%磷酸溶液返回电极箔DP1生产系统进行使用，阴极产生的氢氧化铝通过过滤、烘干成为高纯氢氧化铝产品。

2.根据权利要求1所述的生产电极箔的废磷酸处理方法，其特征在于：

根据步骤四，所述磷酸根、铝离子电化学活性均小于氢离子、氢氧根离子，在阴阳极发生的电化学反应主要是析氢、析氧反应，氢离子阴极还原过程服从Tafel公式如下：

氧离子阳极氧化过程也服从Tafel公式公式如下：

离子膜的作用让阴极的磷酸二氢根通过阴离子膜到达阳极室同时阻止铝离子向阳极室扩散、阻止阳极室的氢离子向阴极室定向移动，其化学走向式如图3所示。

3.根据权利要求1所述的生产电极箔的废磷酸处理方法，其特征在于：根据步骤四，在阴离子膜电解条件下，通过控制阴极室的PH值，可以保证氢氧根离子不会透过阴离子膜，而被铝离子结合生成沉淀。同时通过控制流量保证氢氧化铝不堵塞离子膜。

4.根据权利要求1所述的生产电极箔的废磷酸处理方法，其特征在于：根据步骤四，使用钛基二氧化铅作为阳极，钛基镀铱作为阴极进行电解，磷酸环境下电解单槽电压在4-5V之间，电流密度在400A/m³左右，电压越高、电流越大，设备效率越高、电流效率越低。