CN107954410A - 一种从电解铝阴极炭块中回收电解质及炭的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种从电解铝阴极炭块中回收电解质及炭的方法，包括以下步骤：取电解铝阴极炭块，破碎，研磨，酸浸，水浸，中和。本发明的优点是：处理效果好，无二次污染，使处理后的炭按《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3‑2007)、《危险废物鉴别标准腐蚀性鉴别》(GB 5085.1‑2007)符合非危险废弃物标准，浸出液氟化物和氰化物(CN‑)，达到了《污水综合排放标准》GB8978‑2002规定排放标准。

Description

一种从电解铝阴极炭块中回收电解质及炭的方法
技术领域
本发明属于化学工程与环境保护技术领域，特别涉及一种从电解铝阴极炭块中回收电解质及炭的方法。
背景技术
电解铝生产过程中，每3～6年对电解槽进行更换或者检修，电解槽更换或者检修产生大量固体废料，该废料无论是堆放还是填埋，都给环境空气、河流、土壤等带来污染，又造成资源浪费。据统计，电解铝生产过程中，每生产1万吨铝，电解槽更换或者检修产生固体废料中废旧阴极炭块约有100吨左右，我国每年电解铝的生产产生的废旧阴极炭块量25万吨以上，目前存量在200万吨以上，国外对阴极炭块的堆放要求非常严格，不允许雨淋和渗水，以免污染环境。从1996年开始，美国环保署禁止废阴极的露天堆存和土壤掩埋，要求电解铝厂必须进行无害化处理，截止目前，美国电解铝厂外排的废阴极基本上得到了无害化处理。
根据《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)进行检测，阴极炭块主要成分中炭占50％左右，氟化盐占30％(其中可溶性氟化物占25％，可溶性氢化物0.02％)，阴极炭块遇水发生水解反应生成氟化氢、氰化氢、氨气等有毒有害气体污染环境空气，液体是强碱性含氟化合物、氢化物等的有毒溶液，因此电解槽废弃固体阴极炭块属于危险固废，并在《国家危险废物名录》2016版中也作了明确的分类。
电解铝生产过程中产生废阴极处理技术难度大，现有的处理工艺技术，无论火法还是湿法，处理成本高，回收电解质纯度低，炭中金属元素含量大等等，现目前火法工艺高温分解氟化物、氰化物及湿法浸出工艺均会产生有毒有害气体，部分回收工艺未得到有效的回收处理，造成二次污染。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种处理效果好，无二次污染的从电解铝阴极炭块中回收电解质及炭的方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为一种从电解铝阴极炭块中回收电解质及炭的方法，包括以下步骤：取电解铝阴极炭块，破碎，研磨，酸浸，水浸，中和。
作为优选，所述破碎的粒度为40目以下。
作为优选，所述研磨是将电解铝阴极炭块和水按1：1.5～3(质量比)进行研磨，至粒度为200～300目(2.7～75μm)的颗粒占99％以上。
作为优选，所述酸浸是将研磨后过滤得到的炭渣，加入酸溶液调节pH值为2～3，在负压条件下搅拌，过滤，得到滤液和炭。
作为优选，所述酸选自盐酸、硝酸、磷酸或硫酸中的一种，或它们的任意比例混合物。
作为优选，所述搅拌的时间为100～120分钟。
作为优选，所述水浸是将酸浸后得到的炭，用水洗至pH值为6～7，干燥。
作为优选，将所述研磨、酸浸和水浸工序中得到的滤液混合，调节pH值为7～8，静置，通过膜过滤，得到过滤液和电解质。
作为优选，所述静置的时间为120～150分钟；所述过滤液用于所述研磨工序中作为补充水使用，所述电解质烘干作为副产品使用。
本发明通过采用破碎、研磨、酸浸、水浸及中和的工序，各工序相互作用，效果好，不会产生二次污染。严格控制电解铝阴极炭块和水之间的比例，及研磨粒度，可以获得首次高效浸出效率，同时通过控制酸的调节至适宜的pH值，使酸性溶液与碱性溶液混合后获得较高纯度的电解质(即冰晶石纯度可达到98％)，远远满足电解铝用冰晶石的技术指标。
综合考虑其工艺技术成本，优化和提升工艺技术，使处理后的炭按《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)、《危险废物鉴别标准腐蚀性鉴别》(GB 5085.1-2007)符合非危险废弃物标准，浸出液氟化物和氰化物(CN-)，达到了《污水综合排放标准》GB8978-2002规定排放标准。
浸出工艺并不使用任何碱性物质，仅用普通生活用水或工业用水即可。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
如图1所示，将重量为500kg的电解铝阴极炭块破碎至≤420μm，转移至湿式球磨机中，加水750kg，开启球磨机磨制至75μm占99％，抽出浆液过滤得炭A1和滤液B1；将炭A1转移至带搅拌反应器中，加水750kg，启动搅拌，加浓硫酸55kg调节溶液至pH＝3.0，关闭反应器进料口，开启引风机保持反应器内处于微负压反应，把反应产生的气体抽至碱性吸收塔吸收，待反应进行100min后，停止搅拌，关闭引风机，打开进料口，抽出浆液压滤得炭A2和滤液B2；将炭A2转移至带搅拌反应器中，加水750kg，启动搅拌100min，抽出浆液压滤得炭A3和滤液B3；将炭A3转移至带搅拌反应器中，加水750kg，启动搅拌100min，抽出浆液压滤得炭A4和滤液B4。炭A4干燥即为浸出毒性合格的炭产品。
将B1、B2、B3、B4溶液混合，调节溶液pH＝7.0，静置120min，膜过滤得到滤液和电解质，滤液返回研磨工序作为补充用水，电解质烘干作为副产品。
实施例2
如图1所示，将重量为500kg的电解铝阴极炭块破碎至≤420μm，转移至湿式球磨机中，加水1000g，开启球磨机磨制至75μm占99％，抽出浆液压滤得炭A1和滤液B1；将炭A1转移至带搅拌反应器中，加水1000kg，启动搅拌，加硫酸55kg调节溶液至pH＝3，关闭反应器进料口，开启引风机保持反应器内处于微负压反应，把反应产生的气体抽至碱性吸收塔吸收，待反应进行110min后，停止搅拌，关闭引风机，打开进料口，抽出浆液压滤得炭A2和滤液B2；将炭A2转移至带搅拌反应器中，加水1000kg，启动搅拌100min，抽出浆液压滤得炭A3和滤液B3；将炭A3转移至带搅拌反应器中，加水1000kg，启动搅拌100min，抽出浆液压滤得炭A4和滤液B4。炭A4干燥即为浸出毒性合格的炭产品。
将B1、B2、B3、B4溶液混合，调节溶液pH＝7.5，静置130min，膜过滤得到滤液和电解质，滤液返回研磨工序作为补充用水，电解质烘干作为副产品。
实施例3
如图1所示，将重量为500kg的电解铝阴极炭块破碎至≤420μm，转移至湿式球磨机中，加水1500kg，开启球磨机磨至40.5μm占90％，抽出浆液压滤得炭A1和滤液B1；将炭A1转移至带搅拌反应器中，加水1500kg，启动搅拌，加硫酸60ml调节溶液至pH＝2，关闭反应器进料口，开启引风机保持反应器内处于微负压反应，把反应产生的气体抽至碱性吸收塔吸收，待反应进行120min后，停止搅拌，关闭引风机，打开进料口，抽出浆液压滤得炭A2和滤液B2；将炭A2转移至带搅拌反应器中，加水1500g，启动搅拌100min，抽出浆液压滤得炭A3和滤液B3；将炭A3转移至带搅拌反应器中，加水1500g，启动搅拌100min，抽出浆液压滤得炭A4和滤液B4。炭A4干燥即为浸出毒性合格的炭产品。
将B1、B2、B3、B4溶液混合，调节溶液pH＝8.0，静置150min，膜过滤得到滤液和电解质，滤液返回研磨工序作为补充用水，电解质烘干作为副产品。
通过上述实施例，可以得知本发明工艺的特点如下：
本工艺特点一，使用湿式球磨得到的强碱性溶液吸收酸浸出时释放的氟化氢、氰化氢等酸性有毒气体进行回收处理；用酸浸出时的强酸性溶液吸收湿式球磨释放出来的氨等碱性气体进行回收处理，整个工艺过程未新增任何添加剂，未给系统带入新的杂质及有害元素。
本工艺特点二，严格控制湿式球磨物料与水的配比及研磨时间，可以获得首次高效浸出效率，同时通过控制好所用酸的量，使酸性溶液与碱性溶液混合后可获得较高纯度的电解质(即冰晶石纯度可达到98％)，远远满足电解铝用冰晶石技术指标。
本工艺特点三，综合考虑其工艺技术成本，优化和提升工艺技术，使处理后的炭按《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)、《危险废物鉴别标准腐蚀性鉴别》(GB5085.1-2007)符合非危险废弃物标准，浸出液氟化物和氰化物(CN-)，达到了《污水综合排放标准》GB8978-2002规定排放标准。
本工艺特点四，酸浸出工艺所用的酸，可以使用盐酸、硝酸、磷酸、硫酸等，也可以使用两种或两种以上的混合酸，优选硫酸。
本工艺特点五，水浸出工艺并不使用任何碱性物质，仅用普通生活用水或工业用水即可。
本工艺特点六，调节pH值时用到的酸可以是，盐酸、硝酸、磷酸、硫酸等，也可以使用两种或两种以上的混合酸，优选硫酸；若用到碱可以是氢氧化钠、氧化钠、过氧化钠或碳酸钠，优选氢氧化钠。
以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种从电解铝阴极炭块中回收电解质及炭的方法，其特征在于：包括以下步骤：取电解铝阴极炭块，破碎，研磨，酸浸，水浸，中和。
2.根据权利要求1所述的一种从电解铝阴极炭块中回收电解质及炭的方法，其特征在于：所述破碎的粒度为40目以下。
3.根据权利要求1所述的一种从电解铝阴极炭块中回收电解质及炭的方法，其特征在于：所述研磨是将电解铝阴极炭块和水按1：1.5～3(质量比)进行研磨，至粒度为200～300目的颗粒占99％以上。
4.根据权利要求1所述的一种从电解铝阴极炭块中回收电解质及炭的方法，其特征在于：所述酸浸是将研磨后过滤得到的炭渣，加入酸溶液调节pH值为2～3，在负压条件下搅拌，过滤，得到滤液和炭。
5.根据权利要求4所述的一种从电解铝阴极炭块中回收电解质及炭的方法，其特征在于：所述酸选自盐酸、硝酸、磷酸或硫酸中的一种，或它们的任意比例混合物。
6.根据权利要求4所述的一种从电解铝阴极炭块中回收电解质及炭的方法，其特征在于：所述搅拌的时间为100～120分钟。
7.根据权利要求1所述的一种从电解铝阴极炭块中回收电解质及炭的方法，其特征在于：所述水浸是将酸浸后得到的炭，用水洗至pH值为6～7，干燥。
8.根据权利要求1所述的一种从电解铝阴极炭块中回收电解质及炭的方法，其特征在于：将所述研磨、酸浸和水浸工序中得到的滤液混合，调节pH值为7～8，静置，通过膜过滤，得到过滤液和电解质。
9.根据权利要求8所述的一种从电解铝阴极炭块中回收电解质及炭的方法，其特征在于：所述静置的时间为120～150分钟；所述过滤液用于所述研磨工序中作为补充水使用，所述电解质烘干作为副产品使用。
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