CN116081621A - 一种铝电解含碳废弃物中炭质材料的回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铝电解危险废弃物处理技术领域，具体为一种铝电解含碳废弃物中炭质材料的回收方法，采用高温球磨装置辅助回收铝电解含碳危险废弃物所含炭质材料，混匀处理、高温活化焙烧、高压活化浸出均在高温机械活化装置中进行，通过构建氧化‑氟化焙烧体系与HF‑HCl/H2SO4/HNO3混酸纯化体系，一方面能够实现氰/氟毒性物质的安全解离，另一方面还能实现复杂难溶性铝硅酸盐的有效分离，回收炭质材料的固定碳含量≥99.0％，再一方面，针对焙烧烟气与酸浸废液的理化特性，创新性地耦合pH值调控、添加晶种、冷却结晶等处理工艺，实现了固态反应药剂的再生利用，回收率≥85％，无二次污染风险。
Description
技术领域
本发明涉及铝电解危险废弃物处理技术领域，具体为一种铝电解含碳废弃物中炭质材料的回收方法。
背景技术
在铝电解生产过程中会持续产生富含氟/氰毒性物质的废阴极炭块和炭渣等含碳危险废弃物，对于生态环境存在严重污染风险。同时，铝电解含碳废弃物通常含有30％-40％的低硫石油焦(炭渣)或50％-70％的优质石墨炭(废旧阴极炭块)，具有显著的回收利用价值。因此，铝电解含碳废弃物中炭质材料的清洁高效回收已成为业界关注的热点。
专利文献CN103726074B公开了一种回收利用铝电解废旧物料生产铝用电解质并回收碳的方法，将破碎后的废阴极炭块或炭渣进行磁选除铁，然后与柴油、煤浮选GF油加入微泡逆流式浮选柱，泡沫经压滤、干燥处理后，获得固定碳含量≥75％的碳粉。但在浮选过程中炭质材料与毒性物质分离不彻底，纯度较低，限制了回收炭质材料的资源化利用。
专利文献CN111196609B公开了一种铝电解废炭材料的回收方法，将细化筛分后的炭渣或废阴极炭块与18mol/L的硫酸溶液混合，分别在100～300℃、300～600℃进行一次焙烧和二次焙烧，获得回收炭质材料。但在硫酸化焙烧过程中难以去除复杂铝硅酸盐，且易与含钙组分反应生成复杂难溶性矿物，导致回收炭质材料纯度较低。
专利文献CN112108489A公开了一种铝电解废旧阴极、碳渣或碳化硅砖的高温真空处理方法、处理装置及其操作方法，对废阴极炭块或炭渣进行细化和混匀处理，然后置于高温真空处理装置，在30～500Pa、600～1100℃的条件下真空蒸馏2～8h，获得含量≥80％的炭质材料。但高温真空处理过程能耗较高，同时回收炭质材料的纯度较低。
专利文献CN107285354B公开了铝业炭质危废低温熔融渗透连续分离方法及所得产品，将废阴极炭块和炭渣进行破碎和除铁，依次在1000～1200℃、1300～1600℃下进行低温电煅和高温电煅，获得固定碳含量≥99％的炭质材料。但维持低温电煅和高温电煅过程均需要消耗大量的能源，同时含氟烟气会严重腐蚀设备内衬和输送管道。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提出一种铝电解含碳废弃物中炭质材料的回收方法，实现铝电解含碳废弃物中炭质材料的低成本(处理温度≤250℃、反应药剂循环利用)、绿色(无二次污染)、高品位(固定碳含量≥99％)回收，具有工艺流程简单、环保、高效的特点。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
一种铝电解含碳废弃物中炭质材料的回收方法，包括如下步骤：
S1.对铝电解含碳废弃物进行破碎、分级、干燥，获得预处理物料；
S2.将预处理物料与固态反应药剂按照1:1～6的质量比加入高温球磨装置进行混匀处理；
S3.混匀处理完成后，继续在高温球磨装置中进行高温活化焙烧获得焙烧物料和焙烧烟气，焙烧温度为100～250℃，活化焙烧时间为0.5～4.0h，活化转速为100-300r/min，结束后开启排气阀，收集焙烧烟气；
S4.关闭排气阀，将酸性纯化溶液加入高温球磨装置进行高压活化浸出，活化转速为100～300r/min，浸出温度为40～220℃，浸出时间为0.1～1.0h，待活化浸出完成后进行固液分离，获得酸浸废液和残留固态物料，残留固态物料随后利用振筛机进行球料分离后经水洗处理，再进行固液分离后获得炭质材料和水洗液。
作为本发明所述的一种铝电解含碳废弃物中炭质材料的回收方法的优选方案，其中：所述步骤S4之后还包括：
S5.将步骤S3产生的焙烧烟气通入步骤S4产生的酸浸废液，然后添加晶种，并依次通过真空浓缩、冷却结晶、离心分离、低温干燥回收固体反应药剂。
作为本发明所述的一种铝电解含碳废弃物中炭质材料的回收方法的优选方案，其中：所述步骤S1中，所述的铝电解含碳废弃物为废阴极炭块或炭渣，所述预处理物料的粒径≤3mm。
作为本发明所述的一种铝电解含碳废弃物中炭质材料的回收方法的优选方案，其中：所述步骤S2中，球磨转速为150～350r/min、混匀时间为0.1～1.0h。
作为本发明所述的一种铝电解含碳废弃物中炭质材料的回收方法的优选方案，其中：所述步骤S2中，所述的固态反应药剂为氟化铵或氟化氢铵。
作为本发明所述的一种铝电解含碳废弃物中炭质材料的回收方法的优选方案，其中：所述步骤S2中，所述的高温球磨装置为聚四氟乙烯内衬，具有加热功能，并在顶部配有排气阀。
作为本发明所述的一种铝电解含碳废弃物中炭质材料的回收方法的优选方案，其中：所述步骤S4中，所述酸性纯化溶液为硫酸、盐酸、硝酸的一种或几种，酸性纯化溶液浓度为1～10mol/L，酸性纯化溶液和焙烧物料的液固比为5～20mL/g。
作为本发明所述的一种铝电解含碳废弃物中炭质材料的回收方法的优选方案，其中：所述步骤S4中，所述炭质材料的固定碳含量≥99.0％，所述的水洗液包括低浓度水洗液和高浓度水洗液，其中低浓度水洗液pH值＞2，循环用于水洗处理，高浓度水洗液pH值≤2，与酸浸废液合并处理。
作为本发明所述的一种铝电解含碳废弃物中炭质材料的回收方法的优选方案，其中：所述步骤S5中，添加晶种之前，利用步骤S3产生的焙烧烟气将步骤S4产生的酸浸废液和高浓度水洗液的pH值调整至3.5～6.5。
作为本发明所述的一种铝电解含碳废弃物中炭质材料的回收方法的优选方案，其中：所述步骤S5中，所述的晶种为氟化铵和/或氟化氢铵。
本发明的有益效果如下：
本发明的提出一种铝电解含碳废弃物中炭质材料的回收方法，采用高温球磨装置辅助回收铝电解含碳危险废弃物所含炭质材料，混匀处理、高温活化焙烧、高压活化浸出均在高温机械活化装置中进行，通过构建氧化-氟化焙烧体系与HF-HCl/H2SO4/HNO3混酸纯化体系，一方面能够实现氰/氟毒性物质的安全解离，另一方面还能实现复杂难溶性铝硅酸盐的有效分离，回收炭质材料的固定碳含量≥99.0％，再一方面，针对焙烧烟气与酸浸废液的理化特性，创新性地耦合pH值调控、添加晶种、冷却结晶等处理工艺，实现了固态反应药剂的再生利用，回收率≥85％，无二次污染风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明铝电解含碳废弃物中炭质材料的回收方法流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合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的一部分实施例，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作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。
本发明由于采用高温球磨装置辅助回收铝电解含碳危险废弃物所含炭质材料：首先，混匀处理、高温活化焙烧、高压活化浸出均在高温机械活化装置中进行，相较于传统的机械活化→高温焙烧→湿法浸出分段处理，具有工艺流程简单、处理效率高、设备成本低、场地占用面积小的特点。其次，通过高温机械活化不仅可以提高铝电解含碳危险废物的反应活性，还可以实现其与固/液态药剂在高温焙烧和湿法浸出环节的动态反应过程，能够增强反应体系的接触效果，显著提高反应效率。再次，利用高温球磨装置的加热功能和密封性，能够在湿法浸出环节成高压反应环境，进一步促进铝电解含碳危险废物中炭质材料与非碳杂质的分离效果。最后，通过构建氧化-氟化焙烧体系与HF-HCl/H2SO4/HNO3混酸纯化体系，一方面能够实现氰/氟毒性物质的安全解离，氟化物的浸出率≥99.0％，氰化物的解离率≥99.2％，另一方面还能实现复杂难溶性铝硅酸盐的有效分离，回收炭质材料的固定碳含量≥99.0％，再一方面，针对焙烧烟气与酸浸废液的理化特性，创新性地耦合pH值调控、添加晶种、冷却结晶等处理工艺，实现了固态反应药剂的再生利用，回收率≥85％，无二次污染风险。
根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
如图1所示，一种铝电解含碳废弃物中炭质材料的回收方法，包括如下步骤：
S1.对铝电解含碳废弃物进行破碎、分级、干燥，获得预处理物料；
S2.将预处理物料与固态反应药剂按照1:1～6的质量比加入高温球磨装置进行混匀处理；具体的，预处理物料与固态反应药剂的质量比可以为例如但不限于1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5、1:5、1:5.5、1:6中的任意一者或任意两者之间的范围；
S3.混匀处理完成后，继续在高温球磨装置中进行高温活化焙烧获得焙烧物料和焙烧烟气，焙烧温度为100～250℃，活化焙烧时间为0.5～4.0h，活化转速为100-300r/min，结束后开启排气阀，收集焙烧烟气；具体的，焙烧温度可以为例如但不限于100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃中的任意一者或任意两者之间的范围；活化焙烧时间可以为例如但不限于0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、2.5h、3.0h、3.5h、4.0h中的任意一者或任意两者之间的范围；活化转速可以为例如但不限于100r/min、120r/min、150r/min、170r/min、200r/min、230r/min、250r/min、280r/min、300r/min中的任意一者或任意两者之间的范围；
S4.关闭排气阀，将酸性纯化溶液加入高温球磨装置进行高压活化浸出，活化转速为100～300r/min，浸出温度为40～220℃，浸出时间为0.1～1.0h，待活化浸出完成后进行固液分离，获得酸浸废液和残留固态物料，残留固态物料随后利用振筛机进行球料分离后经水洗处理，再进行固液分离后获得炭质材料和水洗液。具体的，活化转速可以为例如但不限于100r/min、120r/min、150r/min、170r/min、200r/min、230r/min、250r/min、280r/min、300r/min中的任意一者或任意两者之间的范围；浸出温度可以为例如但不限于40℃、50℃、100℃、150℃、200℃、220℃中的任意一者或任意两者之间的范围；浸出时间可以为例如但不限于0.1h、0.2h、0.3h、0.4h、0.5h、0.6h、0.7h、0.8h、0.9h、1.0h中的任意一者或任意两者之间的范围；
优选的，所述步骤S4之后还包括：
S5.将步骤S3产生的焙烧烟气通入步骤S4产生的酸浸废液或步骤S4产生的高浓度水洗液与步骤S4产生的酸浸废液的混合液，然后添加晶种，并依次通过真空浓缩、冷却结晶、离心分离、低温干燥回收固体反应药剂。
优选的，所述步骤S1中，所述的铝电解含碳废弃物为废阴极炭块或炭渣，所述预处理物料的粒径≤3mm。具体的，所述预处理物料的粒径可以为例如但不限于≤3mm、≤2mm、≤1mm、≤0.5mm、≤0.15mm、≤0.074mm中的任意一者。
优选的，所述步骤S2中，球磨转速为150～350r/min、混匀时间为0.1～1.0h。所述的固态反应药剂为氟化铵或氟化氢铵。所述的高温球磨装置为聚四氟乙烯内衬，具有加热功能，并在顶部配有排气阀。具体的，球磨转速可以为例如但不限于150r/min、200r/min、250r/min、300r/min、350r/min中的任意一者或任意两者之间的范围；混匀时间可以为例如但不限于0.1h、0.2h、0.3h、0.4h、0.5h、0.6h、0.7h、0.8h、0.9h、1.0h中的任意一者或任意两者之间的范围；
优选的，所述步骤S4中，所述酸性纯化溶液为硫酸、盐酸、硝酸的一种或几种，酸性纯化溶液浓度为1～10mol/L，酸性纯化溶液和焙烧物料的液固比为5～20mL/g。具体的，酸性纯化溶液浓度可以为例如但不限于1mol/L、2mol/L、3mol/L、4mol/L、5mol/L、6mol/L、7mol/L、8mol/L、9mol/L、10mol/L中的任意一者或任意两者之间的范围；酸性纯化溶液和焙烧物料的液固比可以为例如但不限于5mL/g、6mL/g、7mL/g、8mL/g、9mL/g、10mL/g、11mL/g、12mL/g、13mL/g、14mL/g、15mL/g、16mL/g、17mL/g、18mL/g、19mL/g、20mL/g中的任意一者或任意两者之间的范围。
优选的，所述步骤S4中，所述炭质材料的固定碳含量≥99.0％，残留固态物料需要进行3～4次水洗，第1次的水洗液浓度很高，水洗液浓度随水洗次数依次递减，所以水洗液包括高浓度水洗液和低浓度水洗液；其中低浓度水洗液pH值＞2，循环用于水洗处理，高浓度水洗液pH值≤2，与酸浸废液合并处理。
优选的，所述步骤S5中，添加晶种之前，利用步骤S3产生的焙烧烟气将步骤S4产生的酸浸废液或酸浸废液与高浓度水洗液的混合液对的pH值调整至3.5～6.5。所述的晶种为氟化铵和/或氟化氢铵。具体的，所述pH值可以为例如但不限于3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5中的任意一者或任意两者之间的范围。
以下结合具体实施例对本发明技术方案进行进一步说明。
实施例1
一种铝电解含碳废弃物中炭质材料的回收方法，包括如下步骤：
S1.对铝电解废阴极炭块进行破碎、分级、干燥，获得粒径≤0.074mm的预处理物料；
S2.将预处理物料与氟化铵按照1:2的质量比加入高温球磨装置进行混匀处理；球磨转速为300r/min、混匀时间为0.5h；
S3.混匀处理完成后，继续在高温球磨装置中进行高温活化焙烧获得焙烧物料和焙烧烟气，焙烧温度为250℃，活化焙烧时间为1.0h，活化转速为250r/min，结束后开启排气阀，收集焙烧烟气；
S4.关闭排气阀，将硫酸溶液加入高温球磨装置进行高压活化浸出，活化转速为200r/min，浸出温度为220℃，浸出时间为1.0h，硫酸溶液浓度为4mol/L，硫酸溶液和焙烧物料的液固比为20mL/g；待活化浸出完成后进行固液分离，获得酸浸废液和残留固态物料，残留固态物料随后利用振筛机进行球料分离后经水洗处理，再进行固液分离后获得炭质材料和水洗液，低浓度水洗液循环用于水洗处理，炭质材料的固定碳含量为99.85％，氟化物的浸出率为99.50％，氰化物的分解率为99.90％。
S5.利用步骤S3产生的焙烧烟气将步骤S4产生的酸浸废液和高浓度水洗液的混合液的pH值调整至5.0，然后添加氟化铵晶种，并依次通过真空浓缩、冷却结晶、离心分离、低温干燥回收氟化铵，回收率为91.45％。
实施例2
一种铝电解含碳废弃物中炭质材料的回收方法，包括如下步骤：
S1.对铝电解废阴极炭块进行破碎、分级、干燥，获得粒径≤0.15mm的预处理物料；
S2.将预处理物料与氟化铵按照1:2.5的质量比加入高温球磨装置进行混匀处理；球磨转速为350r/min、混匀时间为0.25h；
S3.混匀处理完成后，继续在高温球磨装置中进行高温活化焙烧获得焙烧物料和焙烧烟气，焙烧温度为200℃，活化焙烧时间为2.0h，活化转速为300r/min，结束后开启排气阀，收集焙烧烟气；
S4.关闭排气阀，将盐酸溶液加入高温球磨装置进行高压活化浸出，活化转速为250r/min，浸出温度为200℃，浸出时间为0.5h，盐酸溶液浓度为8mol/L，盐酸溶液和焙烧物料的液固比为20mL/g；待活化浸出完成后进行固液分离，获得酸浸废液和残留固态物料，残留固态物料随后利用振筛机进行球料分离后经水洗处理，再进行固液分离后获得炭质材料和水洗液，低浓度水洗液循环用于水洗处理，炭质材料的固定碳含量为99.37％，氟化物的浸出率为99.28％，氰化物的分解率为99.69％。
S5.利用步骤S3产生的焙烧烟气将步骤S4产生的酸浸废液和高浓度水洗液的混合液的pH值调整至5.5，然后添加氟化铵晶种，并依次通过真空浓缩、冷却结晶、离心分离、低温干燥回收氟化铵，回收率为90.85％。
实施例3
一种铝电解含碳废弃物中炭质材料的回收方法，包括如下步骤：
S1.对铝电解废阴极炭块进行破碎、分级、干燥，获得粒径≤1.0mm的预处理物料；
S2.将预处理物料与氟化铵按照1:1.5的质量比加入高温球磨装置进行混匀处理；球磨转速为300r/min、混匀时间为0.5h；
S3.混匀处理完成后，继续在高温球磨装置中进行高温活化焙烧获得焙烧物料和焙烧烟气，焙烧温度为200℃，活化焙烧时间为1.0h，活化转速为200r/min，结束后开启排气阀，收集焙烧烟气；
S4.关闭排气阀，将硫酸溶液加入高温球磨装置进行高压活化浸出，活化转速为200r/min，浸出温度为140℃，浸出时间为1.0h，硫酸溶液浓度为6mol/L，硫酸溶液和焙烧物料的液固比为20mL/g；待活化浸出完成后进行固液分离，获得酸浸废液和残留固态物料，残留固态物料随后利用振筛机进行球料分离后经水洗处理，再进行固液分离后获得炭质材料和水洗液，低浓度水洗液循环用于水洗处理，炭质材料的固定碳含量为99.10％，氟化物的浸出率为99.16％，氰化物的分解率为99.47％。
S5.利用步骤S3产生的焙烧烟气将步骤S4产生的酸浸废液和高浓度水洗液的混合液的pH值调整至4.5，然后添加氟化铵晶种，并依次通过真空浓缩、冷却结晶、离心分离、低温干燥回收氟化铵，回收率为85.40％。
实施例4
一种铝电解含碳废弃物中炭质材料的回收方法，包括如下步骤：
S1.对铝电解炭渣进行破碎、分级、干燥，获得粒径≤0.074mm的预处理物料；
S2.将预处理物料与氟化铵按照1:5的质量比加入高温球磨装置进行混匀处理；球磨转速为300r/min、混匀时间为1.0h；
S3.混匀处理完成后，继续在高温球磨装置中进行高温活化焙烧获得焙烧物料和焙烧烟气，焙烧温度为250℃，活化焙烧时间为2.0h，活化转速为250r/min，结束后开启排气阀，收集焙烧烟气；
S4.关闭排气阀，将硫酸溶液加入高温球磨装置进行高压活化浸出，活化转速为200r/min，浸出温度为200℃，浸出时间为1.0h，硫酸溶液浓度为6mol/L，硫酸溶液和焙烧物料的液固比为20mL/g；待活化浸出完成后进行固液分离，获得酸浸废液和残留固态物料，残留固态物料随后利用振筛机进行球料分离后经水洗处理，再进行固液分离后获得炭质材料和水洗液，低浓度水洗液循环用于水洗处理，炭质材料的固定碳含量为99.68％，氟化物的浸出率为99.37％，氰化物的分解率为99.82％。
S5.利用步骤S3产生的焙烧烟气将步骤S4产生的酸浸废液和高浓度水洗液的混合液的pH值调整至4.5，然后添加氟化铵晶种，并依次通过真空浓缩、冷却结晶、离心分离、低温干燥回收氟化铵，回收率为91.18％。
实施例5
一种铝电解含碳废弃物中炭质材料的回收方法，包括如下步骤：
S1.对铝电解炭渣进行破碎、分级、干燥，获得粒径≤0.15mm的预处理物料；
S2.将预处理物料与氟化铵按照1:6的质量比加入高温球磨装置进行混匀处理；球磨转速为300r/min、混匀时间为1.0h；
S3.混匀处理完成后，继续在高温球磨装置中进行高温活化焙烧获得焙烧物料和焙烧烟气，焙烧温度为250℃，活化焙烧时间为1.5h，活化转速为200r/min，结束后开启排气阀，收集焙烧烟气；
S4.关闭排气阀，将盐酸溶液加入高温球磨装置进行高压活化浸出，活化转速为200r/min，浸出温度为220℃，浸出时间为0.5h，盐酸溶液浓度为8mol/L，盐酸溶液和焙烧物料的液固比为15mL/g；待活化浸出完成后进行固液分离，获得酸浸废液和残留固态物料，残留固态物料随后利用振筛机进行球料分离后经水洗处理，再进行固液分离后获得炭质材料和水洗液，低浓度水洗液循环用于水洗处理，炭质材料的固定碳含量为99.46％，氟化物的浸出率为99.21％，氰化物的分解率为99.72％。
S5.利用步骤S3产生的焙烧烟气将步骤S4产生的酸浸废液和高浓度水洗液的混合液的pH值调整至5.5，然后添加氟化铵晶种，并依次通过真空浓缩、冷却结晶、离心分离、低温干燥回收氟化铵，回收率为90.70％。
实施例6
一种铝电解含碳废弃物中炭质材料的回收方法，包括如下步骤：
S1.对铝电解炭渣进行破碎、分级、干燥，获得粒径≤1.0mm的预处理物料；
S2.将预处理物料与氟化铵按照1:6的质量比加入高温球磨装置进行混匀处理；球磨转速为300r/min、混匀时间为0.5h；
S3.混匀处理完成后，继续在高温球磨装置中进行高温活化焙烧获得焙烧物料和焙烧烟气，焙烧温度为200℃，活化焙烧时间为1.0h，活化转速为250r/min，结束后开启排气阀，收集焙烧烟气；
S4.关闭排气阀，将盐酸溶液加入高温球磨装置进行高压活化浸出，活化转速为200r/min，浸出温度为160℃，浸出时间为1.0h，盐酸溶液浓度为6mol/L，盐酸溶液和焙烧物料的液固比为15mL/g；待活化浸出完成后进行固液分离，获得酸浸废液和残留固态物料，残留固态物料随后利用振筛机进行球料分离后经水洗处理，再进行固液分离后获得炭质材料和水洗液，低浓度水洗液循环用于水洗处理，炭质材料的固定碳含量为99.15％，氟化物的浸出率为99.10％，氰化物的分解率为99.55％。
S5.利用步骤S3产生的焙烧烟气将步骤S4产生的酸浸废液和高浓度水洗液的混合液的pH值调整至5，然后添加氟化铵晶种，并依次通过真空浓缩、冷却结晶、离心分离、低温干燥回收氟化铵，回收率为88.65％。
本发明采用高温球磨装置辅助回收铝电解含碳危险废弃物所含炭质材料，混匀处理、高温活化焙烧、高压活化浸出均在高温机械活化装置中进行，通过构建氧化-氟化焙烧体系与HF-HCl/H2SO4/HNO3混酸纯化体系，一方面能够实现氰/氟毒性物质的安全解离，另一方面还能实现复杂难溶性铝硅酸盐的有效分离，回收炭质材料的固定碳含量≥99.0％，再一方面，针对焙烧烟气与酸浸废液的理化特性，创新性地耦合pH值调控、添加晶种、冷却结晶等处理工艺，实现了固态反应药剂的再生利用，回收率≥85％，无二次污染风险。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种铝电解含碳废弃物中炭质材料的回收方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.对铝电解含碳废弃物进行破碎、分级、干燥，获得预处理物料；
S2.将预处理物料与固态反应药剂按照1:1～6的质量比加入高温球磨装置进行混匀处理；
S3.混匀处理完成后，继续在高温球磨装置中进行高温活化焙烧获得焙烧物料和焙烧烟气，焙烧温度为100～250℃，活化焙烧时间为0.5～4.0h，活化转速为100-300r/min，结束后开启排气阀，收集焙烧烟气；
S4.关闭排气阀，将酸性纯化溶液加入高温球磨装置进行高压活化浸出，活化转速为100～300r/min，浸出温度为40～220℃，浸出时间为0.1～1.0h，待活化浸出完成后进行固液分离，获得酸浸废液和残留固态物料，残留固态物料随后利用振筛机进行球料分离后经水洗处理，再进行固液分离后获得炭质材料和水洗液。
2.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述步骤S4之后还包括：
S5.将步骤S3产生的焙烧烟气通入步骤S4产生的酸浸废液，然后添加晶种，并依次通过真空浓缩、冷却结晶、离心分离、低温干燥回收固体反应药剂。
3.根据权利要求1或2所述的回收方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述的铝电解含碳废弃物为废阴极炭块或炭渣，所述预处理物料的粒径≤3mm。
4.根据权利要求1或2所述的回收方法，其特征在于，所述步骤S2中，球磨转速为150～350r/min、混匀时间为0.1～1.0h。
5.根据权利要求1或2所述的回收方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述的固态反应药剂为氟化铵或氟化氢铵。
6.根据权利要求1或2所述的回收方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述的高温球磨装置为聚四氟乙烯内衬，具有加热功能，并在顶部配有排气阀。
7.根据权利要求1或2所述的回收方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述酸性纯化溶液为硫酸、盐酸、硝酸的一种或几种，酸性纯化溶液浓度为1～10mol/L，酸性纯化溶液和焙烧物料的液固比为5～20mL/g。
8.根据权利要求1或2所述的回收方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述炭质材料的固定碳含量≥99.0％，所述的水洗液包括低浓度水洗液和高浓度水洗液，其中低浓度水洗液pH值＞2，循环用于水洗处理，高浓度水洗液pH值≤2，与酸浸废液合并处理。
9.根据权利要求8所述的回收方法，其特征在于，所述步骤S5中，添加晶种之前，利用步骤S3产生的焙烧烟气将步骤S4产生的酸浸废液和高浓度水洗液的pH值调整至3.5～6.5。
10.根据权利要求2所述的回收方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述的晶种为氟化铵和/或氟化氢铵。
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