CN111547754B - 再生冰晶石转化氟化铝的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了再生冰晶石转化氟化铝的方法，解决了采用硝酸铝对碳渣中的氟元素进行浸出和沉淀成本较高的问题。本发明采用氢氧化钠对碳渣中分离出的冰晶石进行氟元素和氯元素的分离，得到氟化钠和铝酸钠混合溶液，然后采用加酸型溶液的方式，使氟化钠与酸性溶液中反应得到氟化氢和钠盐，氟化氢与溶液中的水反应得到氢氟酸，得到的氢氟酸与铝酸钠反应得到氟化铝沉淀物。本发明一是实现了对碳渣进行了回收再利用，二是所采用的反应物：氢氧化钠，相对于硝酸铝的价格很低，目前市场上的一吨氢氧化钠的价格仅为一吨硝酸铝价格的三分之一左右，大大降低了氟化铝的工业生产成本，利于大规模工业推广。
Description
技术领域
本发明涉及电解铝碳渣回收再利用技术领域，特别是指再生冰晶石转化氟化铝的方法。
背景技术
在铝电解过程中，由于发生选择性氧化，未燃烧的骨料颗粒进入电解质溶液中形成碳渣。碳渣中含有碳粉以及氟化盐，目前工业上主要采用浮选法分离碳渣中的氟化盐，浮选后在将氟浸出沉淀，得到氟化铝，实现对电解铝碳渣的回收再利用。
申请公布号为CN109759423A的发明专利，公开了一种铝电解碳渣的综合利用方法，该方法包含如下步骤：破碎及筛分：将铝电解碳渣经粗碎、球磨和筛分后，得到碳渣粉；(2)浮选：将碳渣粉放入浮选槽，调浆，得到料浆；然后向浮选槽的料浆中依次加入抑制剂水玻璃和捕收剂煤油，进行浮选；浮选刮出的泡沫经干燥，得到碳；过滤：从浮选槽底流排出的电解质经过滤，得到滤出物；(4)溶出：在滤出物中加入含终浓度为0.01～0.05mol/L HNO3和0.3～0.36mol/L Al(NO3)3的混合溶液，60～65℃反应1～1.5h，得到固液混合物；该步骤中铝与氟反应生成AlF2(OH)沉淀，钠和钙形成硝酸钠和硝酸钙混合溶液；(5)分离：将固液混合物进行固液分离，得到滤渣；其中，滤渣的主要成分为AlF2(OH)；(6)酸浸：将滤渣和pH为0.1～0.3的氢氟酸溶液混合，然后反应1～1.5h，得到固液混合物；(7)分离：将固液混合物进行固液分离，得到AlF3。该方法采用浮选的方式将碳粉与滤出物分离，此时，碳粉中仍含有部分氟，并未得到无害化的碳粉，浮选后的碳粉一般需要二次处理才能得到无害化的碳粉，没有实现对碳渣的无害化处理。浮选后再将氟浸出和沉淀，此时，滤出物中含有的杂质较多。此外，上述方法采用硝酸铝对氟进行浸出和沉淀，硝酸铝价格较高，不适合工业化生产。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的采用硝酸铝对碳渣中的氟元素进行浸出和沉淀成本较高的问题，本发明提出了再生冰晶石转化氟化铝的方法。
本发明的技术方案是：再生冰晶石转化氟化铝的方法，包括以下步骤：
(5)取电解铝碳渣经球磨机球磨后得到碳渣粉，把碳渣粉经浮选、固液分离后得到主要由碳素材料组成的沉淀物和含有冰晶石的溶液；
(6)将步骤(1)中得到含有冰晶石的溶液注入反应釜中，向反应釜中加入氢氧化钠溶液，经加热、搅拌、充分反应后得到主要成分为铝酸钠、氟化钠的混合溶液；
(7)将步骤(2)中得到的混合溶液注入另一个反应釜中，向这个反应釜中加入酸性溶液，在加热、搅拌条件下充分反应后，经沉淀、冷却、固液分离，得到主要成分为钠盐的上清液和主要成分为氟化铝粗制晶体的沉淀物；
(8)将步骤(3)中得到的氟化铝粗制晶体沉淀物进行水洗、过滤、烘干，得到纯净的氟化铝产品。
所述步骤(2)和步骤(3)中的反应时间均为1～3小时。
所述步骤(2)和步骤(3)中的反应温度为60℃～100℃。
所述步骤(2)中含有冰晶石的溶液与氢氧化钠溶液的质量比为1:7，氢氧化钠溶液中的氢氧化钠和水的质量比为0.75:6.25。
所述步骤(3)中的酸性溶液为硝酸溶液，硝酸溶液在30％质量浓度条件下，步骤(2)中1份含有冰晶石的溶液与硝酸溶液完全反应，所需要的硝酸溶液为1.8份。
所述步骤(3)中的酸性溶液为盐酸溶液，盐酸溶液在30％质量浓度条件下，步骤(2)中1份含有冰晶石的溶液与盐酸溶液完全反应，所需要的硝酸溶液为1份。
本发明的优点：本发明采用氢氧化钠对碳渣中分离出的冰晶石进行氟元素和氯元素的分离，得到氟化钠和铝酸钠混合溶液，然后采用加酸型溶液的方式，使氟化钠与酸性溶液中反应得到氟化氢和钠盐，氟化氢与溶液中的水反应得到氢氟酸，得到的氢氟酸与铝酸钠反应得到氟化铝沉淀物。本发明一是实现了对碳渣进行了回收再利用，二是所采用的反应物：氢氧化钠，相对于硝酸铝的价格很低，目前市场上的一吨氢氧化钠的价格仅为一吨硝酸铝价格的三分之一左右，大大降低了氟化铝的工业生产成本，利于大规模工业推广。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：再生冰晶石转化氟化铝的方法，包括以下步骤：
(1)取电解铝碳渣经球磨机球磨后得到碳渣粉，把碳渣粉经浮选、固液分离后得到主要由碳素材料组成的沉淀物和含有冰晶石的溶液；
(2)将步骤(1)中得到含有冰晶石的溶液注入反应釜中，向反应釜中加入氢氧化钠溶液，含有冰晶石的溶液与氢氧化钠溶液的质量比为1:7，氢氧化钠溶液中的氢氧化钠和水的质量比为0.75:6.25；加热到80℃，搅拌2小时、充分反应后得到主要成分为铝酸钠、氟化钠的混合溶液；
(3)将步骤(2)中得到的混合溶液注入另一个反应釜中，向这个反应釜中加入硝酸溶液，硝酸溶液在30％质量浓度条件下，步骤(2)中1份含有冰晶石的溶液与硝酸溶液完全反应，所需要的硝酸溶液为1.8份。在加热到80℃条件下，搅拌2小时充分反应后，经沉淀、冷却、固液分离，得到主要成分为钠盐的上清液和主要成分为氟化铝粗制晶体的沉淀物；
(4)将步骤(3)中得到的氟化铝粗制晶体沉淀物进行水洗、过滤、烘干，得到纯净的氟化铝产品。
实施例2：再生冰晶石转化氟化铝的方法，包括以下步骤：
(1)取电解铝碳渣经球磨机球磨后得到碳渣粉，把碳渣粉经浮选、固液分离后得到主要由碳素材料组成的沉淀物和含有冰晶石的溶液；
(2)将步骤(1)中得到含有冰晶石的溶液注入反应釜中，向反应釜中加入氢氧化钠溶液，含有冰晶石的溶液与氢氧化钠溶液的质量比为1:7，氢氧化钠溶液中的氢氧化钠和水的质量比为0.75:6.25；加热到60℃，搅拌3小时、充分反应后得到主要成分为铝酸钠、氟化钠的混合溶液；
(3)将步骤(2)中得到的混合溶液注入另一个反应釜中，向这个反应釜中加入硝酸溶液，硝酸溶液在30％质量浓度条件下，步骤(2)中1份含有冰晶石的溶液与硝酸溶液完全反应，所需要的硝酸溶液为1.8份。在加热到60℃条件下，搅拌3小时充分反应后，经沉淀、冷却、固液分离，得到主要成分为钠盐的上清液和主要成分为氟化铝粗制晶体的沉淀物；
(4)将步骤(3)中得到的氟化铝粗制晶体沉淀物进行水洗、过滤、烘干，得到纯净的氟化铝产品。
实施例3：再生冰晶石转化氟化铝的方法，包括以下步骤：
(1)取电解铝碳渣经球磨机球磨后得到碳渣粉，把碳渣粉经浮选、固液分离后得到主要由碳素材料组成的沉淀物和含有冰晶石的溶液；
(2)将步骤(1)中得到含有冰晶石的溶液注入反应釜中，向反应釜中加入氢氧化钠溶液，含有冰晶石的溶液与氢氧化钠溶液的质量比为1:7，氢氧化钠溶液中的氢氧化钠和水的质量比为0.75:6.25；加热到100℃，搅拌1小时、充分反应后得到主要成分为铝酸钠、氟化钠的混合溶液；
(3)将步骤(2)中得到的混合溶液注入另一个反应釜中，向这个反应釜中加入硝酸溶液，硝酸溶液在30％质量浓度条件下，步骤(2)中1份含有冰晶石的溶液与硝酸溶液完全反应，所需要的硝酸溶液为1.8份。在加热到100℃条件下，搅拌4小时充分反应后，经沉淀、冷却、固液分离，得到主要成分为钠盐的上清液和主要成分为氟化铝粗制晶体的沉淀物；
(4)将步骤(3)中得到的氟化铝粗制晶体沉淀物进行水洗、过滤、烘干，得到纯净的氟化铝产品。
实施例4：再生冰晶石转化氟化铝的方法，所述步骤(3)中的酸性溶液为盐酸溶液，盐酸溶液在30％质量浓度条件下，步骤(2)中1份含有冰晶石的溶液与盐酸溶液完全反应，所需要的硝酸溶液为1份。其它步骤与实施例1相同。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不受上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (6)
1.再生冰晶石转化氟化铝的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取电解铝碳渣经球磨机球磨后得到碳渣粉，把碳渣粉经浮选、固液分离后得到主要由碳素材料组成的沉淀物和含有冰晶石的溶液；
(2)将步骤(1)中得到含有冰晶石的溶液注入反应釜中，向反应釜中加入氢氧化钠溶液，经加热、搅拌、充分反应后得到主要成分为铝酸钠、氟化钠的混合溶液；
(3)将步骤(2)中得到的混合溶液注入另一个反应釜中，向这个反应釜中加入酸性溶液，在加热、搅拌条件下充分反应后，经沉淀、冷却、固液分离，得到主要成分为钠盐的上清液和主要成分为氟化铝粗制晶体的沉淀物；
(4)将步骤(3)中得到的氟化铝粗制晶体沉淀物进行水洗、过滤、烘干，得到纯净的氟化铝产品。
2.如权利要求1所述的再生冰晶石转化氟化铝的方法，其特征在于：步骤(2)和步骤(3)中的反应时间均为1～3小时。
3.如权利要求1所述的再生冰晶石转化氟化铝的方法，其特征在于：步骤(2)和步骤(3)中的反应温度为60℃～100℃。
4.如权利要求1所述的再生冰晶石转化氟化铝的方法，其特征在于：步骤(2)中含有冰晶石的溶液与氢氧化钠溶液的质量比为1:7，氢氧化钠溶液中的氢氧化钠和水的质量比为0.75:6.25。
5.如权利要求4所述的再生冰晶石转化氟化铝的方法，其特征在于：步骤(3)中的酸性溶液为硝酸溶液，硝酸溶液在30％质量浓度条件下，步骤(2)中1份含有冰晶石的溶液与硝酸溶液完全反应，所需要的硝酸溶液为1.8份。
6.如权利要求4所述的再生冰晶石转化氟化铝的方法，其特征在于：步骤(3)中的酸性溶液为盐酸溶液，盐酸溶液在30％质量浓度条件下，步骤(2)中1份含有冰晶石的溶液与盐酸溶液完全反应，所需要的硝酸溶液为1份。
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