CN112553471B - 一种外场强化手段脱除铝灰中氟化物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种外场强化手段脱除铝灰中氟化物的方法，步骤如下：（1）将干燥的原料铝灰球磨至100μm以下；（2）以氢氧化钠溶液作为浸出液，与步骤（1）得到的细铝灰混匀得到混合碱性浆料；（3）将步骤（2）得到的混合碱性浆料置于微波和/或超声波条件下进行浸出反应；（4）将步骤（3）得到的浆料进行脱水过滤，得到浸出液和浸出渣；（5）向步骤（4）得到的浸出液中添加石灰沉淀氟。本发明利用超声波和微波辅助强化作用，破坏微/难溶氟化物的结构，快速实现常压下高的氟脱除率，实现铝灰氟元素的解毒，且回收铝灰中氟副产品。本发明获得的浸出渣中氟的浸出毒性满足国标要求，属于普通固废，可以作为回收氧化铝的原料。

Description

一种外场强化手段脱除铝灰中氟化物的方法
技术领域
本发明涉及铝灰处理领域，具体涉及一种外场强化手段脱除铝灰中氟化物的方法。
背景技术
铝灰是铝电解和铝加工过程中产生的固体废物，我国铝工业生产规模庞大，导致铝灰产量巨大。铝灰中主要含有铝、氧化铝、氮化铝，其次是钙、铁、硅、镁氧化物，还存在氟、氯等有毒有害组分。目前铝灰多采用直接填埋或堆存的方式处理，其中含有的氟化物具有反应性和浸出毒性，到雨水淋洗，部分渗入土壤，造成环境氟污染。2021年新版《国家危险废物名录》中明确规定电解铝和铝加工过程中产生的铝灰属于危险废物。
近年来，对铝灰中氧化铝回收的研究显著增加，较为常见的方法是通过酸浸或碱浸方法处理得到铝酸钠溶液，再进一步从回收铝资源。如果在回收铝灰中氧化铝之前采取措施脱除其中的氟化物，不仅可以减少氟对反应容器及管道的腐蚀，而且可达到铝灰回收氧化铝后的残渣氟无害化的目的。铝灰中氟主要以Na3AlF6、NaF、CaF2形式存在，其中NaF易溶于水，但Na3AlF6和CaF2难溶于水，因此以Na3AlF6形式存在的氟是铝灰中氟化物脱除的关键所在。
申士富等采用“水浸-浮选-化学处理-蒸发结晶-废气吸收”工艺和“水浸-化学浸出-废水中和”工艺，对废阴极炭块（电解铝固废）中氟化物进行固化，但是工艺均较复杂，不适用于氧化铝含量高的铝灰。然而，目前对铝灰中氟化物脱除的报道主要集中于火法手段，即通过高温焙烧方式使铝灰中氟以气体形式挥发，该类方式能耗高且含氟气体较难处理。
发明内容
本发明提出了一种外场强化手段脱除铝灰中氟化物的方法，解决了目前铝灰中氟难以有效去除的问题。
实现本发明的技术方案是：
一种外场强化手段脱除铝灰中氟化物的方法，步骤如下：
（1）将干燥的原料铝灰球磨至100 μm以下；
（2）以氢氧化钠溶液作为浸出液，与步骤（1）得到的细铝灰混匀得到混合碱性浆料；
（3）将步骤（2）得到的混合碱性浆料置于微波和/或超声波条件下进行浸出反应；
（4）将步骤（3）得到的浆料进行脱水过滤，得到浸出液和浸出渣；
（5）向步骤（4）得到的浸出液中添加石灰沉淀氟。
所述步骤（2）中氢氧化钠溶液的质量浓度为0.5%~10%，混合碱性浆料固比为（1~10）：1 mL/g。
所述步骤（3）中微波功率为100~800 W，超声波功率为100~900 W，加热温度为40~90 ℃，反应时间为1~30 min。
所述步骤（4）中浸出渣中的氟的浸出毒性满足国标GB 5085.3-2007要求。
所述步骤（4）中浸出渣作为回收氧化铝的原料。
本发明的原理为：当超声波作用于混合浆料时，可产生大量的微气泡，一方面微气泡破裂产生瞬间的局部高温高压现象，引发热学、电学、化学等方面的效应，另一方面微气泡破裂，产生强大的冲击波，破坏反应物表层晶体结构，打碎已结晶长大的晶粒，产生结构缺陷，降低反应的活化能从而促进浸出。当微波作用于混合浆料时，微波具有强穿透性和选择性，可使极性溶液迅速加热，促进浸出反应，降低反应时间和能耗。
本发明的主要反应方程式为：
Na3AlF6+4NaOH=NaAl(OH)4+6NaF
本发明的有益效果是：本发明利用超声波和微波辅助强化作用，破坏微/难溶氟化物的结构，快速实现常压下高的氟脱除率，实现铝灰氟元素的解毒，且回收铝灰中氟副产品。且获得的浸出渣中氟的浸出毒性满足国标要求，可以作为氧化铝精料进行铝资源的回收。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明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。
以下实施例均采用以下成分的石灰：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
实施例1
外场强化手段脱除铝灰中氟化物的方法，步骤如下：
（1）将100 g铝灰原料磨细至100 μm以下；
（2）以质量浓度为0.5%氢氧化钠溶液作为浸出液，与步骤（1）得到的细铝灰按照液固比10:1 mL/g混匀得到浆料；
（3）将步骤（2）得到的碱性浆料置于微波-超声波组合合成萃取仪上，设置超声波功率400 W，无微波辅助，控制浸出温度为50 ℃，进行浸出反应120 min；
（4）将步骤（3）得到的浆料进行脱水过滤，得到浸出液和浸出渣，总氟的脱除率为73.2%；
（5）向步骤（4）得到的浸出液添加石灰沉淀氟，浸出渣氟的浸出毒性为36.5 mg/L，低于国标GB 5085.3-2007的要求，可作为回收氧化铝的原料。
实施例2
外场强化手段脱除铝灰中氟化物的方法，步骤如下：
（1）将100 g铝灰原料磨细至100 μm以下；
（2）以质量浓度为5%氢氧化钠溶液作为浸出液，与步骤（1）得到的细铝灰按照液固比5:1 mL/g混匀得到浆料；
（3）将步骤（2）得到的碱性浆料置于微波-超声波组合合成萃取仪上，设置微波功率500 W，无超声波辅助，控制浸出温度为70 ℃，进行浸出反应15 min；
（4）将步骤（3）得到的浆料进行脱水过滤，得到浸出液和浸出渣，总氟的脱除率为72.58%；
（5）向步骤（4）得到的浸出液添加石灰沉淀氟，浸出渣氟的浸出毒性为18.8 mg/L，低于国标GB 5085.3-2007的要求，可作为回收氧化铝的原料。
实施例3
外场强化手段脱除铝灰中氟化物的方法，步骤如下：
（1）将100 g铝灰原料磨细至100 μm以下；
（2）以质量浓度为10%氢氧化钠溶液作为浸出液，与步骤（1）得到的细铝灰按照液固比1:1 mL/g混匀得到浆料；
（3）将步骤（2）得到的碱性浆料置于微波-超声波组合合成萃取仪上，设置超声波功率800 W，微波功率为400 W，控制浸出温度为60 ℃，进行浸出反应30 min；
（4）将步骤（3）得到的浆料进行脱水过滤，得到浸出液和浸出渣，总氟的脱除率为74.6%；
（5）向步骤（4）得到的浸出液添加石灰沉淀氟，浸出渣氟的浸出毒性为22.7 mg/L，低于国标GB 5085.3-2007的要求，可作为回收氧化铝的原料。
实施例4
外场强化手段脱除铝灰中氟化物的方法，步骤如下：
（1）将100 g铝灰原料磨细至100 μm以下；
（2）以质量浓度为0.5%氢氧化钠溶液作为浸出液，与步骤（1）得到的细铝灰按照液固比5:1 mL/g混匀得到浆料；
（3）将步骤（2）得到的碱性浆料置于微波-超声波组合合成萃取仪上，设置超声波功率600 W，微波功率800 W，控制浸出温度为90 ℃，进行浸出反应10 min；
（4）将步骤（3）得到的浆料进行脱水过滤，得到浸出液和浸出渣，总氟的脱除率为74.7%；
（5）向步骤（4）得到的浸出液添加石灰沉淀氟，浸出渣氟的浸出毒性为34.8 mg/L，低于国标GB 5085.3-2007的要求，可作为回收氧化铝的原料。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种外场强化手段脱除铝灰中氟化物的方法，其特征在于步骤如下：
（1）将干燥的原料铝灰球磨至100 μm以下；
（2）以氢氧化钠溶液作为浸出液，与步骤（1）得到的细铝灰混匀得到混合碱性浆料；氢氧化钠溶液的质量浓度为0.5%~10%，混合液固比为（1~10）：1 mL/g；
（3）将步骤（2）得到的混合碱性浆料置于微波和超声波条件下进行浸出反应；微波功率为100~800 W，超声波功率为100~900 W，加热温度为40~90 ℃，反应时间为1~30 min；
（4）将步骤（3）得到的浆料进行脱水过滤，得到浸出液和浸出渣；
（5）向步骤（4）得到的浸出液中添加石灰沉淀氟。
2.根据权利要求1所述的外场强化手段脱除铝灰中氟化物的方法，其特征在于：所述步骤（4）中浸出渣中的氟的浸出毒性满足国标GB 5085.3-2007要求。
3.根据权利要求1所述的外场强化手段脱除铝灰中氟化物的方法，其特征在于：所述步骤（4）中浸出渣可以作为回收氧化铝的原料。
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