CN111153395B - 一种综合回收电解铝阴极炭块中氟及炭粉的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电解铝行业电解槽固废综合处理的环保技术领域，具体涉及到一种综合回收电解铝阴极炭块中氟及炭粉的方法，包括如下步骤S1，将阴极炭块进行破碎细磨处理，得到阴极炭粉；将水和阴极炭粉配置成第一浆液；S2，向第一浆液中通入氧化剂，除去氰化物；S3，向第一浆液中加入硫酸，搅拌，产生含氟气体；S4，将步骤S3产生的含氟气体通入气体吸收装置，余下固液混合物；S5，将步骤S3中的固液混合物进行固液分离，得到第一滤液和初级碳粉；S6‑S8重复S3‑S5，得到第二滤液和高纯碳粉。第二滤液用于步骤S1中与所述阴极炭粉混合得到浆液。实现了阴极炭块的综合利用，无废水排放，实现了完全的再生资源循环利用。

Description

一种综合回收电解铝阴极炭块中氟及炭粉的方法
技术领域
本发明涉及电解铝行业电解槽固废综合处理的环保技术领域，具体涉及到一种综合回收电解铝阴极炭块中氟及炭粉的方法。
背景技术
铝电解槽内衬主要包括碳素材料、耐火材料两大类。在铝电解生产过程中，由于高温电解质对槽内衬的渗透、腐蚀，导致铝电解槽内衬结构发生变形、破裂等，高温铝液和电解质从这些变形和破裂的裂缝渗入槽内衬，严重时导致电解槽无法正常生产。于是，这些无法正常生产的铝电解槽就需要停产进行大修，一般新铝电解槽使用3～6年后就需要停槽大修。因此，废旧槽内衬是铝电解生产过程中不可避免的固体废弃物。根据多年统计分析，每吨生产电解铝大约产生15～20kg废阴极炭块。2018年全国电解铝生产量3000～3500万吨，大约产生50～70万吨废阴极炭块。根据《国家危险废物名录》之规定，电解铝过程中电解槽阴极内衬维修、更换产生的废渣（大修渣）属于危险废物（HW321-023-48)。必须进行无害化综合回收处理。
目前采用的方法主要有填埋法、做燃料用燃烧法、纯无害化的高温处置法、选矿法（浮选法）等技术处理。但是上述处理方法投资大、经济效益差、处理不彻底。高温处理法，主要以无害化为目的，但是电解铝阴极炭块中的有用元素无法充分回收利用，经济效益差。湿法处理中，炭块中的杂质混合在回收产物中，回收产物纯度低，经济价值低。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的电解铝阴极炭块中元素回收不充分、回收产物纯度低的问题，提供一种综合回收电解铝阴极炭块中氟及炭粉的方法。该方法能够充分回收氟和炭粉，变废为宝，经济效益明显；且获得炭粉和氟化物盐杂质含量少，经济价值高。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种综合回收电解铝阴极炭块中氟及炭粉的方法，包括如下步骤：
S1，将阴极炭块进行破碎磨细处理，得到阴极炭粉；将水和阴极炭粉配置成第一浆液；通常采用的方式是先采用常用的颚式破碎机等破碎设备将阴极炭块细碎到10mm以下；再将破碎后的碎块用球磨机等设备进行细磨。阴极炭粉粒度要求为颗粒中200-800目的重量占总重量的90%以上。
S2，向第一浆液中通入氧化剂，除去氰化物；所述氧化剂为臭氧或双氧水中的一种或两种。利用氧化剂的强氧化性将第一浆液中的含氰物质氧化成无害的二氧化碳和氮气，达到保护作业人员健康的目的。
在加入臭氧时，选用曝气设备，使料浆中氰化物被氧化更为快速和充分。除氰后液相中氰化物含量≤0.005mg/l，远低于国标0.5mg/l标准要求。
S3，向第一浆液中加入硫酸，搅拌速度100~400r/min，产生含氟气体；所述含氟气体包括HF和SiF4；
S4，将步骤S3产生的含氟气体通入气体吸收装置，余下固液混合物；
S5，将步骤S3中的固液混合物进行固液分离，得到第一滤液和初级碳粉；
经过步骤S3-S5的第一次酸解脱氟处理后，大部分的氟离子从第一浆液中分离，由于一些物料中能够被酸解的物质嵌布粒度很细，仍有少量的氟离子在浆液中。
S6，将步骤S5中获得的初级碳粉中加入硫酸和水，配置成第二浆液，搅拌，产生含氟气体；
S7，将步骤S6产生的含氟气体通入气体吸收装置，余下固液混合物；
S8，将步骤S6中的固液混合物进行固液分离，得到第二滤液和高纯碳粉；第二滤液用于步骤S1中与所述阴极炭粉混合得到浆液。
步骤S6-S8为重复S3-S5的步骤，进行第二次酸解。步骤序号不代表工艺的先后顺序。
在对电解铝阴极炭块预处理并除氰以后，用硫酸进行两次酸解，将氟、硅、碳与其他杂质离子分离。绝大部分的氟和硅元素以气态的方式从体系中分离，碳元素以固态的方式从体系中分离，其他杂质离子和少量的氟和硅离子存在于浆液中。上述步骤，在实现了氟、硅、碳元素分离的同时，也利用各元素以不同状态存在的性质，保证了各元素的回收率。且第二滤液作为步骤S1中与所述阴极炭粉混合用的溶液，实现滤液的循环利用，无废水排出。
作为本发明的优选方案，还包括如下步骤：
S9，向第一滤液中加入石灰乳液，沉淀，固液分离，得到第三滤液和固相废渣；第三滤液用于步骤S1中与所述阴极炭粉混合得到浆液；当第三滤液中钠盐含量达到结晶浓度时，将所述第三滤液降温，固液分离，得到第五滤液和钠盐结晶。
通过在第三滤液中加入石灰乳液；将第三滤液中的铝、铁、钙、镁等元素以沉淀的方式从溶液中分离。此部分沉淀作为一般废弃物处理。钠元素留存在第三滤液中。第三滤液返回至步骤S1中循环利用，至钠含量达到结晶浓度时，通过降温，实现钠盐结晶从体系中分离，实现对钠元素的回收利用。
作为本发明的优选方案，还包括如下步骤：
S10，将步骤S4和/或步骤S7中的含氟气体用气体吸收装置中的被吸收溶液进行吸收，得到混合酸溶液；
S11，向步骤S10中的混合酸溶液中加入氨水，沉淀，固液分离，得到硅胶和含氟溶液。
通过两次酸解将氟离子充分的以气态的方式从体系中分离出来，其中有一部分为SiF4气体。上述步骤S10和S11实现了硅元素和氟元素的分离，硅元素得到回收利用。
作为本发明的优选方案，还包括如下步骤：
S12，向步骤S11中的含氟溶液中，加入碳酸盐，得到氟化物盐和氨气；碳酸盐为碳酸钙和碳酸钠中的一种，加入碳酸钙则得氟化钙（萤石），加入碳酸钠则得氟化钠。
S13，将步骤S12反应产生的氨气吸收至水中，得到氨水溶液；氨水溶液用于步骤S11中与所述混合酸混合。
通过加入碳酸盐实现了氟元素转化为氟化物盐，也实现了铵离子的回收利用。
作为本发明的优选方案，还包括如下步骤：
S14，将步骤S12中的固液混合物进行固液分离，得到第四滤液和固相产品；所述第四滤液用于步骤S4和/或步骤S7中的含氟气体吸收装置的吸收溶液；将所述固相产品烘干，即为氟化物盐产品。
固液分离得到氟化物盐产品，第四滤液循环至氟气体吸收装置，用于吸收含氟气体。实现滤液的循环利用，无废水产生。
通过对阴极炭块的破碎、细磨，常压水解除氰、两次常压硫酸酸解脱氟、含氟气体吸收净化、氟硅酸氨化、氟盐合成、氟盐固液分离与烘干、氨气回收等多个组合工序，实现了电解铝阴极炭块中氟和炭粉的综合回收利用。
作为本发明的优选方案，步骤S3的第一浆液和/或S6的第二浆液的液固比为3:1～6:1，优选液固比为3:1～4:1。单位为L/kg。
作为本发明的优选方案，步骤S3的第一浆液中硫酸的浓度为150～200g/L，优选160～190g/L。上述硫酸的浓度能够将物料中绝大部分氟离子从化合态解离出来，以气体的形式逸出。
作为本发明的优选方案，步骤S6中的第二浆液中硫酸的浓度为80～140g/L，优选100～130g/L。
作为本发明的优选方案，步骤S3和步骤S6中的反应温度为60～98℃，优选温度为80～98℃。在反应过程中维持在上述温度范围内使得含氟气体更易逸出。
作为本发明的优选方案，步骤S4和/或S7中的含氟气体吸收装置为负压吸收装置，所述负压吸收装置的负压为-0.5～-1.0kPa。使用负压吸收装置，将负压控制在-0.5～-1.0kPa，有利于将含氟气体导入至吸收装置。
作为本发明的优选方案，步骤S3和步骤S6的反应时间均为2～3.5小时，优选反应时间2.5～3小时。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明的一种综合回收电解铝阴极炭块中氟及炭粉的方法，通过阴极炭块的破碎细磨，水解除氰、两次硫酸酸解脱氟。绝大部分的氟和硅元素以气态的方式从体系中分离，碳元素以固态的方式从体系中分离，其他杂质离子和少量的氟和硅离子存在于浆液中。在实现了氟、硅、碳元素分离的同时，也利用各元素以不同状态存在的性质，保证了各元素的回收率。氟的回收率达到93%，碳粉回收率达到92%。
2、本发明的一种综合回收电解铝阴极炭块中氟及炭粉的方法，通过石灰乳液，将铝、铁、钙、镁等元素以沉淀的方式从溶液中分离并转化为一般废弃物。钠离子浓度达到结晶浓度后，通过降温结晶，实现钠元素的回收利用。
3、本发明的一种综合回收电解铝阴极炭块中氟及炭粉的方法，通过两次硫酸酸解脱氟和氟硅酸氨化处理，实现了二氧化硅的回收利用。
4、本发明的一种综合回收电解铝阴极炭块中氟及炭粉的方法，通过两次硫酸酸解脱氟和氟硅酸氨化处理，实现了二氧化硅杂质的去除。
5.本发明的一种综合回收电解铝阴极炭块中氟及炭粉的方法，通过各步骤之间产物综合利用，无废水排放，只有少量的一般固体废弃物产生，实现了完全的再生资源循环利用。
附图说明
图1是本发明的一种综合回收电解铝阴极炭块中氟及炭粉的方法工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例中采用的原料为某公司电解铝电解槽大修时的废旧阴极炭块。主要元素含量为（wt%）:49.5%C；26.7%Na3AlF6（冰晶石）；21.8%NaF；2%CaF2；微量Fe；微量SiO2。
取上述原料，采用如下方法进行处理。
S1，将阴极炭块进行破碎、细磨，得到阴极炭粉；阴极炭粉粒度为200～800目。取100g阴极炭粉。将300ml水和阴极炭粉配置成第一浆液；第一浆液的液固比为3:1L/kg。
S2，5分钟内将2L臭氧通入到第一浆液内。除去氰化物；除氰后液相中氰化物含量≤0.005mg/l；
S3，向第一浆液中加入98%的浓硫酸49g，第一浆液中硫酸浓度为160g/L。搅拌，反应时间3小时。反应温度为98℃。产生含氟气体；所述含氟气体包括HF和SiF4；
S4，将步骤S3产生的含氟气体通入气体吸收装置，所述负压吸收装置的负压为-1.0kPa，余下固液混合物；
S5，将步骤S3中的固液混合物进行固液分离，得到第一滤液和初级碳粉；
第一滤液中含有部分游离硫酸、硫酸钠、硫酸铝、硫酸铁、硫酸钙、硫酸镁及氟化钠等物质。
S6，将步骤S5中获得的初级碳粉中加入98%的浓硫酸30g，加入水300ml，配置成第二浆液，搅拌，产生含氟气体；第二浆液的液固比为3:1L/kg。第二浆液中硫酸浓度为100g/L，搅拌，反应时间3小时。反应温度为98℃。
S7，将步骤S6产生的含氟气体通入气体吸收装置，所述负压吸收装置的负压为-1.0kPa，余下固液混合物；
S8，将步骤S6中的固液混合物进行固液分离，得到第二滤液和高纯碳粉；第二滤液用于步骤S1中与所述阴极炭粉混合。得到的高纯碳粉为回收产品。
S9，向第一滤液中加入石灰乳液，沉淀，固液分离，得到第三滤液和固相废渣；第三滤液用于步骤S1中与所述阴极炭粉混合。固相废渣为一般固体废弃物。
S10，步骤S4和/或步骤S7中的含氟气体在气体吸收装置中被吸收溶液吸收，得到混合酸溶液；
S11，向步骤S10中的混合酸溶液中加入15%wt的氨水300ml，沉淀，固液分离，得到硅胶和含氟溶液；步骤S11中的硅胶，经洗涤、干燥后得到二氧化硅产品；洗涤液用于步骤S4和/或步骤S7中的含氟气体吸收装置的吸收溶液。
S12，向步骤S11中的含氟溶液中，加入碳酸钙，至加入的碳酸钙不再溶解，得到氟化钙和氨气。
S13，将步骤S12反应产生的氨气吸收至水中，得到氨水溶液；用于步骤S11中加入的氨水，若氨水溶液浓度较低，则补充浓氨水。
S14，将步骤S12中的固液混合物进行固液分离，得到第四滤液和固相产品；将所述固相产品烘干，即为氟化钙产品。所述第四滤液用于步骤S4和/或步骤S7中的含氟气体吸收装置的吸收溶液。
100g阴极炭块，经过上述处理得到高纯碳粉48.80g，纯度为92.8%，回收率92.14%；制得氟化钙48.94g，纯度为97.0%，回收率为94.95%。
整个工艺流程如图1所示，通过阴极炭块的破碎、细磨，常压水解除氰、两次常压硫酸酸解脱氟、含氟气体吸收净化、氟硅酸氨化、氟盐合成、氟盐固液分离与烘干、氨气回收等多个组合工序，实现了电解铝阴极炭块中氟和炭粉的综合回收利用。
实施例2
本实施例中采用的原料为某公司电解铝电解槽大修时的废旧阴极炭块。主要元素含量为（wt%）:49.5%C；26.7%Na3AlF6（冰晶石）；21.8%NaF；2%CaF2；微量Fe；微量SiO2。
取上述原料，采用如下方法进行处理。
S1，将阴极炭块的破碎、细磨，得到阴极炭粉；阴极炭粉粒度为400～800目。取100g阴极炭粉。将600ml水和阴极炭粉配置成第一浆液；第一浆液的液固比为6:1L/kg。
S2，5分钟内将2L臭氧通入到第一浆液内。除去氰化物；除氰后液相中氰化物含量≤0.005mg/l；
S3，向第一浆液中加入98%的浓硫酸116g，第一浆液中硫酸浓度为190g/L。搅拌，反应时间3.5小时。反应温度为80℃。产生含氟气体；所述含氟气体包括HF和SiF4；
S4，将步骤S3产生的含氟气体通入气体吸收装置，所述负压吸收装置的负压为-0.75kPa，余下固液混合物；
S5，将步骤S3中的固液混合物进行固液分离，得到第一滤液和初级碳粉；
第一滤液中含有部分游离硫酸、硫酸钠、硫酸铝、硫酸铁、硫酸钙、硫酸镁及氟化钠等物质。
S6，将步骤S5中获得的初级碳粉中加入98%浓硫酸85g，加入水600ml，配置成第二浆液，搅拌，产生含氟气体；第二浆液的液固比为6:1L/kg。第二浆液中硫酸浓度为140g/L，搅拌，反应时间2.5小时。反应温度为85℃。
S7，将步骤S6产生的含氟气体通入气体吸收装置，所述负压吸收装置的负压为-0.750kPa，余下固液混合物；
S8，将步骤S6中的固液混合物进行固液分离，得到第二滤液和高纯碳粉；第二滤液用于步骤S1中与所述阴极炭粉混合。得到的高纯碳粉为回收产品。
S9，向第一滤液中加入石灰乳液，沉淀，固液分离，得到第三滤液和固相废渣；第三滤液用于步骤S1中与所述阴极炭粉混合。固相废渣为一般固体废弃物。
S10，步骤S4和/或步骤S7中的含氟气体在气体吸收装置中被吸收溶液吸收，得到混合酸溶液；
S11，向步骤S10中的混合酸溶液中加入15%wt氨水300ml，沉淀，固液分离，得到硅胶和含氟溶液；步骤S11中的硅胶，经洗涤、干燥后得到二氧化硅产品；洗涤液用于步骤S4和/或步骤S7中的含氟气体吸收装置的吸收溶液。
S12，向步骤S11中的含氟溶液中，加入碳酸钙，至加入的碳酸钙不再溶解，得到氟化钙和氨气。
S13，将步骤S12反应产生的氨气吸收至水中，得到氨水溶液；用于步骤S11中加入的氨水，若氨水溶液浓度较低，则补充浓氨水。
S14，将步骤S12中的固液混合物进行固液分离，得到第四滤液和固相产品；将所述固相产品烘干，即为氟化钙产品。所述第四滤液用于步骤S4和/或步骤S7中的含氟气体吸收装置的吸收溶液。
100g阴极炭块，经过上述处理得到高纯碳粉47.00g，纯度95%，回收率90.2%；制得氟化钙47.06g，纯度为97.1%，回收率为91.4%。
实施例3
本实施例中采用的原料为某公司电解铝电解槽大修时的废旧阴极炭块。主要元素含量为（wt%）:49.5%C；26.7%Na3AlF6（冰晶石）；21.8%NaF；2%CaF2；微量Fe；微量SiO2。
取上述原料，采用如下方法进行处理。
S1，将阴极炭块的破碎、细磨，得到阴极炭粉；阴极炭粉粒度为200～400目。取100g阴极炭粉。将500ml水和阴极炭粉配置成第一浆液；第一浆液的液固比为5:1L/kg。
S2，5分钟内将2L臭氧通入到第一浆液内。除去氰化物；除氰后液相中氰化物含量≤0.005mg/l；
S3，向第一浆液中加入98%的浓硫酸101g，第一浆液中硫酸浓度为200g/L。搅拌，反应时间3.5小时。反应温度为70℃。产生含氟气体；所述含氟气体包括HF和SiF4；
S4，将步骤S3产生的含氟气体通入气体吸收装置，所述负压吸收装置的负压为-0.5kPa，余下固液混合物；
S5，将步骤S3中的固液混合物进行固液分离，得到第一滤液和初级碳粉；
第一滤液中含有部分游离硫酸、硫酸钠、硫酸铝、硫酸铁、硫酸钙、硫酸镁及氟化钠等物质。
S6，将步骤S5中获得的初级碳粉中加入98%硫酸60g，加入水500ml，配置成第二浆液，搅拌，产生含氟气体；第二浆液的液固比为5:1L/kg。第二浆液中硫酸浓度为120g/L，搅拌，反应时间3小时。反应温度为90℃。
S7，将步骤S6产生的含氟气体通入气体吸收装置，所述负压吸收装置的负压为-0.5kPa，余下固液混合物；
S8，将步骤S6中的固液混合物进行固液分离，得到第二滤液和高纯碳粉；第二滤液用于步骤S1中与所述阴极炭粉混合。得到的高纯碳粉为回收产品。
S9，向第一滤液中加入石灰乳液，沉淀，固液分离，得到第三滤液和固相废渣；第三滤液用于步骤S1中与所述阴极炭粉混合。固相废渣为一般固体废弃物。
S10，步骤S4和/或步骤S7中的含氟气体在气体吸收装置中被吸收溶液吸收，得到混合酸溶液；
S11，向步骤S10中的混合酸溶液中加入15wt%的氨水300ml，沉淀，固液分离，得到硅胶和含氟溶液；步骤S11中的硅胶，经洗涤、干燥后得到二氧化硅产品；洗涤液用于步骤S4和/或步骤S7中的含氟气体吸收装置的吸收溶液。
S12，向步骤S11中的含氟溶液中，加入碳酸钙，至加入的碳酸钙不再溶解得到氟化钙和氨气。
S13，将步骤S12反应产生的氨气吸收至水中，得到氨水溶液；用于步骤S11中加入的氨水，若氨水溶液浓度较低，则补充浓氨水。
S14，将步骤S12中的固液混合物进行固液分离，得到第四滤液和固相产品；将所述固相产品烘干，即为氟化钙产品。所述第四滤液用于步骤S4和/或步骤S7中的含氟气体吸收装置的吸收溶液。
100g阴极炭块，经过上述处理得到高纯碳粉47.59g，纯度为95%，回收率91.34%；制得氟化钙47.92g，纯度为97.05%，回收率为93.02%。
对比例1
不同液固比对回收产物的影响
验证液固比在2.5:1～8:1时，液固比对回收的碳粉和氟化物的纯度和收率的影响。除液固比以外，其他步骤和参数同实施例1。
实验方案和实验结果如下表：
表1 不同液固比对回收产物的影响
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根据炭块中主要元素含量为（wt%）:49.5%C；26.7%Na3AlF6（冰晶石）；21.8%NaF；2%CaF2；微量Fe；微量SiO2。计算得到碳的理论回收重量为49.5g，氟化钙的理论回收重量为50g。
从上表中数据可知，在碳粉的回收方面：在固液比为2.5时，回收的碳粉重量超过理论值，主要是因为回收的碳粉纯度较低，含有大量的杂质。液固比在3:1-8:1时，碳粉的纯度和回收率基本持平。这是因为在液固比3:1-8:1时，氟离子从体系中充分分离，碳粉的纯度趋于一致。
在氟离子的回收方面：随着液固比从2.5:1增加到8:1，氟化钙的纯度基本不变，这是因为氟离子以含氟气体的形式从体系中分离，其纯度得到保障。氟离子的收率随着液固比的增加呈现先增长后降低的趋势；这是因为液固比在2.5:1时，在硫酸浓度一定的情况下，硫酸总量不足，氟离子未能够完全从溶液中分离。液固比从3:1到8:1的增加过程中，硫酸浓度不便，溶液体积增加，溶液中溶解的氟离子增加，致使氟离子的回收率降低。
综合考虑液固比对碳粉和氟离子的回收情况，液固比在3:1-6:1时，可实现碳粉和氟离子的综合回收利用。液固比在3:1-4:1时，效果更佳。
另外，从环保角度出发，采用液固比超过5:1时，所使用的水量增加，产生大量的废水，无法实现废水的零排放。故在选择低的液固比，有利于实现废水的循环利用，降低处理成本。
对比例2
本对比例与实施例1的不同之处在于，步骤S3中，浆液中硫酸的浓度为200g/L。未进行S6-S8的步骤。最终得到产物为初级碳粉。对其进行毒性浸出实验中，初级碳粉中的氟化物含量超过100mg/L，仍然是危险废弃物，未达到处理目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种综合回收电解铝阴极炭块的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，将阴极炭块进行破碎细磨处理，得到阴极炭粉；将水和阴极炭粉配置成第一浆液；
S2，向第一浆液中通入氧化剂，除去氰化物；
S3，向第一浆液中加入硫酸，搅拌，产生含氟气体；
S4，将步骤S3产生的含氟气体通入含氟气体吸收装置，余下固液混合物；
S5，将步骤S3中的固液混合物进行固液分离，得到第一滤液和初级碳粉；
S6，将步骤S5中获得的初级碳粉中加入硫酸和水，配置成第二浆液，搅拌，产生含氟气体；
S7，将步骤S6产生的含氟气体通入含氟气体吸收装置，余下固液混合物；
S8，将步骤S6中的固液混合物进行固液分离，得到第二滤液和高纯碳粉；第二滤液用于步骤S1中与所述阴极炭粉混合得到浆液。
2.根据权利要求1所述的一种综合回收电解铝阴极炭块的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
S9，向第一滤液中加入石灰乳液，沉淀，固液分离，得到第三滤液和固相废渣；第三滤液用于步骤S1中与所述阴极炭粉混合得到浆液；第三滤液中钠盐含量达到结晶浓度时，将所述第三滤液降温，固液分离，得到第五滤液和钠盐结晶。
3.根据权利要求1所述的一种综合回收电解铝阴极炭块的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
S10，将步骤S4和/或步骤S7中的含氟气体用气体吸收装置中的吸收溶液进行吸收，得到混合酸溶液；
S11，向步骤S10中的混合酸溶液中加入氨水，沉淀，固液分离，得到硅胶和含氟溶液。
4.根据权利要求3所述的一种综合回收电解铝阴极炭块的方法，其特征在于，步骤S11中的硅胶，经洗涤、干燥后得到二氧化硅产品；洗涤液用于步骤S4和/或步骤S7中的含氟气体吸收装置的吸收溶液。
5.根据权利要求3所述的一种综合回收电解铝阴极炭块的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
S12，向步骤S11中的含氟溶液中，加入碳酸盐，得到氟化物盐和氨气；
S13，将步骤S12反应产生的氨气吸收至水中，得到氨水溶液；氨水溶液用于步骤S11中与所述混合酸混合。
6.根据权利要求5所述的一种综合回收电解铝阴极炭块的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
S14，将步骤S12中的固液混合物进行固液分离，得到第四滤液和固相产品；所述第四滤液用于步骤S4和/或步骤S7中的含氟气体吸收装置的吸收溶液；所述固相产品烘干，即为氟化物盐产品。
7.根据权利要求1～6任一所述的一种综合回收电解铝阴极炭块的方法，其特征在于，步骤S3的第一浆液和/或S6的第二浆液的液固比为3～6:1，单位为L/kg。
8.根据权利要求1～6任一所述的一种综合回收电解铝阴极炭块的方法，其特征在于，步骤S3的第一浆液中硫酸的浓度为150-200g/L，步骤S6中第二浆液中硫酸的浓度为80-140g/L。
9.根据权利要求1～6任一所述的一种综合回收电解铝阴极炭块的方法，其特征在于，步骤S3和步骤S6中的反应温度为60～98℃。
10.根据权利要求1～6任一所述的一种综合回收电解铝阴极炭块的方法，其特征在于，步骤S4和/或S7中的含氟气体吸收装置为负压吸收装置，所述负压吸收装置的负压为-0.5～-1.0kPa。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115156253B (zh) * 2022-07-13 2023-08-11 焦作市远润环保科技有限公司 一种铝电解大修渣资源化处理方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1785537A (zh) * 2005-11-28 2006-06-14 中国铝业股份有限公司 一种铝电解槽废阴极炭块无害化的处理方法
CN106064813A (zh) * 2016-05-27 2016-11-02 中南大学 一种铝电解槽废旧阴极炭块综合回收方法
CN107662913A (zh) * 2017-09-30 2018-02-06 陈湘清 一种铝电解废阴极炭块加工处理方法
CN108728867A (zh) * 2018-06-19 2018-11-02 东北大学 一种铝电解废阴极炭块无害化分离方法
CN108941167A (zh) * 2018-08-01 2018-12-07 湘潭大学 一种铝电解槽废阴极炭块中含钠、含氟化合物的机械化学转化与回收方法
CN110408959A (zh) * 2019-07-25 2019-11-05 中南大学 一种铝电解废旧阴极炭块中回收炭和电解质的方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102121118A (zh) * 2010-01-07 2011-07-13 贵阳铝镁设计研究院 一种电解槽的槽底结构

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1785537A (zh) * 2005-11-28 2006-06-14 中国铝业股份有限公司 一种铝电解槽废阴极炭块无害化的处理方法
CN106064813A (zh) * 2016-05-27 2016-11-02 中南大学 一种铝电解槽废旧阴极炭块综合回收方法
CN107662913A (zh) * 2017-09-30 2018-02-06 陈湘清 一种铝电解废阴极炭块加工处理方法
CN108728867A (zh) * 2018-06-19 2018-11-02 东北大学 一种铝电解废阴极炭块无害化分离方法
CN108941167A (zh) * 2018-08-01 2018-12-07 湘潭大学 一种铝电解槽废阴极炭块中含钠、含氟化合物的机械化学转化与回收方法
CN110408959A (zh) * 2019-07-25 2019-11-05 中南大学 一种铝电解废旧阴极炭块中回收炭和电解质的方法

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