一種超聲波輔助堿浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法
【專利摘要】本發明涉及一種超聲波輔助堿浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，屬于鋁電解固廢資源回收技術領域。本發明將鋁電解廢舊陰極炭塊破碎后加入堿液中浸出，過濾得到炭粉和第一濾液；堿浸過程在超聲波環境中進行；將CO2通入第一濾液，析出晶體，過濾得到冰晶石、氫氧化鋁混合物和第二濾液，第二濾液回用。本發明工藝簡單、操作便利，超聲波與堿浸協同作用加快了反應速率，提高了產物炭粉的純度，所得炭粉的純度最大為97.92％，生產周期70min。
【專利說明】
一種超聲波輔助堿浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種超聲波輔助堿浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，屬于鋁電解固廢資源回收技術領域。
【背景技術】
[0002]鋁電解槽內襯建構在鋼鐵框架中，由炭、碳化硅、耐火磚、保溫磚、硅酸鈣板等材料構成。生產過程中，槽內襯不可避免地受到高溫電解質和鋁液、金屬鈉等物質的滲透腐蝕，導致內襯結構發生變形、破裂，槽內的鋁液和電解質從裂縫漏出。一般新電解槽使用3?6年后就需要停槽大修，產生的廢槽襯是鋁電解生產過程中最主要的固體廢棄物。研究表明，每電解生產一噸原鋁會產生30kg左右廢槽襯。2015年中國原鋁產量3141萬噸，廢槽襯排放量近百萬噸。
[0003]鋁電解生產排出的廢槽襯是極其有害的固體廢物，其可溶氟化物和氰化物含量嚴重超標。受風吹、日曬、雨淋的作用，廢槽襯中有害物質將發生轉移:進入大氣、滲入土壤和地下水，對生態環境造成破壞，嚴重影響人類健康和動植物生長。
[0004]廢槽襯的處理方法，分為濕法和火法兩大類，有多項相關專利。廢槽襯火法處理技術因其工藝流程短、操作簡單、投資少等優勢逐漸發展為處理廢槽襯的主導技術。
[0005]專利CN101357367A提供一種利用煤矸石處理鋁電解槽廢槽襯的方法，經過:原料破碎、磨細，將添加量為廢槽襯質量10 %?30 %的煤矸石及廢槽襯質量5 %?35 %的生石灰與廢槽襯混合均勻;在溫度為9000C?1200 °C條件下，焙燒40min?70min，焙燒物磨細至粒度小于0.074mm，用濃度為0.5%?5%的石灰水浸出殘余的可溶氟離子，浸出時間為30?60min，之后進行過濾，濾液收集后作它用，濾渣回收即為可用物。
[0006]專利CN104984984A公開了一種鋁電解槽大修渣資源化無害化處理方法及系統，該方法包括:I)將大修渣粉料與硫酸混合，攪拌浸取得混合漿料A; 2)將混合漿料A加熱，在負壓條件下使氰化氫逸出并用堿性溶液吸收，得混合漿料B;3)向混合漿料B中加入浮選劑進行浮選，得底層泥漿和表層泥漿，底層泥漿經固液分離得粗冰晶石和混合液A;4)向混合液A中加入除鋁劑攪拌反應后，固液分離得粗氫氧化鋁和混合液B;5)向浮選所得表層泥漿和混合液B中分別加入除氟劑攪拌反應，固液分離。
[0007]專利CN1895803A公開了一種處理鋁電解槽廢槽襯的方法:將廢槽襯破碎，加入粉煤灰、生石灰均勻混合、磨細至粒度小于0.074mm后制團，在900?1100°C溫度下焙燒30?90分鐘;焙燒后物料磨細至粒度小于0.074_，用濃度為0.5%?5%的石灰水浸出殘余的可溶F 一過濾，所得濾液可作為純堿工業和氧化鋁工業的原料，濾渣可作為水泥工業和耐火材料工業的原料。
[0008]專利CN102161049A公開了一種鋁電解槽廢舊陰極炭塊的綜合利用方法，其特征是:將經過分揀、破碎、磨粉、除灰及干燥后的廢舊陰極炭塊作為高爐炭塊、電爐炭塊、電解槽陰極炭塊、電解槽側部炭塊、電解炭塊、自焙炭塊或碳素糊料生產用原料使用。
[0009]專利CN102502641A公開了一種微波加熱赤泥和鋁電解槽廢陰極炭塊合成碳化硅的方法，生產工藝為:將赤泥磨礦處理至粒度小于0.074mm的部分占整體的比例不小于40wt %，添加適量的還原劑進行磁化焙燒，然后再磁選分離磁鐵礦獲得含硅的固體物料;將鋁電解廢陰極炭塊進行預處理，磨礦處理至粒度小于0.074mm的部分占整體的比例不小于40wt %，進行浮選分離、酸堿除雜處理后獲得炭粉;把含硅的固體物料和炭粉混合均勻，在2450MHz或916MHz的微波場中合成30?300min，得到碳化硅產品。
[0010]鋁電解廢槽襯處理方法較多，但由于其技術和經濟效益制約，應用于工業化大規模處理的工藝較少。如何降低或消除鋁電解廢槽襯有害物質對環境的影響，使之更加合理有效地實現廢物再利用，是當前鋁冶金從業者面臨的一個重要難關。
【發明內容】
[0011]針對現有技術的不足，本發明提供一種超聲波輔助堿浸處理鋁電解槽廢舊陰極炭塊的方法。
[0012]本發明一種超聲波輔助堿浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，包括以下步驟:
[0013]步驟一
[0014]將鋁電解槽廢舊陰極炭塊破碎，得到備用顆粒；
[0015]步驟二
[0016]將步驟一得到的備用粉料加入堿液中超聲浸出，浸出后過濾，得到炭粉和第一濾液；
[0017]步驟三
[0018]向步驟二所得第一濾液通入⑶2，產生沉淀，過濾得冰晶石、氫氧化鋁混合物和第二濾液，第二濾液返回步驟二重復利用。
[0019]本發明一種超聲波輔助堿浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，步驟一中，所述備用顆粒中，粒徑小于200目的顆粒占備用顆粒總質量的50%-100%。
[0020]本發明一種超聲波輔助堿浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，步驟二中，堿液中溶質選自Na0H、K0H、Li0H、Rb0H中的至少一種，優先選擇NaOH。
[0021]本發明一種超聲波輔助堿浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，步驟二中，所述堿液中0『的濃度為1-5mo I/L，優先選擇2-4mo I/L。
[0022]本發明一種超聲波輔助堿浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，步驟二中，將備用顆粒加入堿液中浸出時，控制浸出溫度為25-1000C、優選70-90°C，時間30_180min、優選60-90min，液固比為 5-10:1，攪拌速率400-100(^/11^11
[0023]本發明一種超聲波輔助堿浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，步驟二中，超聲波頻率25-40KHz、優選40KHz，功率為50-600W、優選150-300W，處理時間10-180min、優選20-40mino
[0024]本發明一種超聲波輔助堿浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，步驟三中，所述向第一濾液中通氣按流量5-100L/h、優選15-40L/h通入C02，通氣時間5-30min、優選10-20min，產生沉淀，過濾分離得到冰晶石、氫氧化鋁混合物和第二濾液，第二濾液返回步驟二循環使用。
[0025]本發明一種超聲波輔助堿浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，所得炭粉的純度最大為97.92%。
[0026]本發明一種超聲波輔助浮選加壓堿浸綜合回收鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，整個工藝的周期為70min(不包括粉碎備料過程)。在工業化應用時，整個周期可以縮短至I小時。
[0027]本發明一種超聲波輔助浮選加壓堿浸綜合回收鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，通過各工藝以及條件參數的協同作用，取得了意想不到的效果，尤其是在超聲波頻率為40KHz、超聲波功率為200W時，在堿液中超聲浸出1min;碳的回收率大于等于97.05%。
【具體實施方式】
[0028]下面結合具體實施例作進一步說明，但本發明并不因此而受到任何限制。
[0029]實施例1
[0030]取國內某廠鋁電解槽廢舊陰極炭塊1g，主要元素含量為(wt%):C60.9,Al
12.23.09.55,F 5.38,Na 4.57，破碎至-200目占90%，按液固比8:1將破碎粉料加入NaOH濃度2mol/L的堿液中，堿浸過程在超聲波環境中保溫進行，恒溫90°C，攪拌速度700rpm，堿浸時間60min，超聲波頻率40KHz，功率200W，超聲波處理時間30min ；過濾得到炭粉和濾液，干燥后得到6.22g純度97.89 %的炭粉。
[0031]堿浸濾液按25L/h通入(》2氣體，通氣1min，過濾得到電解質粉體，濾液回用。
[0032]整個工藝周期為70min(不包括破碎備料過程)，所得炭粉純度為97.89%。
[0033]對比例
[0034]取國內某廠鋁電解槽廢舊陰極炭塊1g，主要元素含量為(wt%):C60.9,Al
12.23.09.55,F 5.38,Na 4.57，破碎至-200目占90%，按液固比8:1將破碎粉料加入NaOH濃度2mol/L的堿液中，堿浸過程在水浴鍋中保溫進行，恒溫90°C，攪拌速度700rpm，堿浸時間60min;過濾得到炭粉和濾液，干燥后得到7.04g純度86.46 %的炭粉。
[0035]堿浸濾液按25L/h通入(》2氣體，通氣1min，過濾得到電解質粉體。
[0036]整個工藝周期為70min(不包括破碎備料過程)，所得炭粉純度為86.46%。
[0037]實施例2
[0038]取國內某廠鋁電解槽廢舊陰極炭塊1g，主要元素含量為(wt%):C60.9,Al
12.23.09.55,F 5.38,Na 4.57，破碎至-200目占50%，按液固比10:1將破碎粉料加入NaOH濃度3mol/L的堿液中，堿浸過程在超聲波環境中保溫進行，恒溫100°C，攪拌速度700rpm，堿浸時間90min，超聲波頻率40KHz，功率50W，超聲波處理時間50min ；過濾得到炭粉和濾液，干燥后得到6.26g純度97.31 %的炭粉。
[0039]堿浸濾液按50L/h通入(》2氣體，通氣12min，過濾得到電解質粉體，濾液回用。
[0040]整個工藝周期為10min(不包括破碎備料過程)，所得產物炭粉純度為97.31%。[0041 ] 實施例3
[0042]取國內某廠鋁電解槽廢舊陰極炭塊1g，主要元素含量為(wt%):C 60.9,Al
12.23.09.55,F 5.38,Na 4.57，破碎至-200目占90%，按液固比8:1將破碎粉料加入NaOH濃度5mol/L的堿液中，堿浸過程在超聲波環境中保溫進行，恒溫90°C，攪拌速度lOOOrpm，堿浸時間180min，超聲波頻率25KHz，功率600W，超聲波處理時間180min;過濾得到炭粉和濾液，干燥后得到6.22g純度97.92%的炭粉。
[0043 ] 堿浸濾液按5L/h通入(》2氣體，通氣30min，過濾得到電解質粉體，濾液回用。
[0044]整個工藝周期為210min(不包括破碎備料過程)，所得炭粉純度為97.92%。
[0045] 實施例4[〇〇46]取國內某廠鋁電解槽廢舊陰極炭塊10g，主要元素含量為(wt%):C 48.86、A114.02、0 15.97、？10.08、他4.58，破碎至-200目占90%，按液固比5:1將破碎粉料加入 NaOH濃度lmol/L的堿液中，堿浸過程在超聲波環境中保溫進行，恒溫90°C，攪拌速度 400rpm，堿浸時間60min，超聲波頻率40KHz，功率150W，超聲波處理時間30min;過濾得到炭粉和濾液，干燥后得到5.1 g純度97.61 %的炭粉。[〇〇47] 堿浸濾液按10L/h通入C02氣體，通氣30min，過濾得到電解質粉體，濾液回用。[〇〇48]整個工藝周期為90min(不包括破碎備料過程)，所得炭粉純度為97.61 %。
[0049]實施例5
[0050]取國內某廠鋁電解槽廢舊陰極炭塊l〇g，主要元素含量為(wt%):C 48.86、A114.02、0 15.97、？10.08、似4.58，破碎至-200目占100%，按液固比7:1將破碎粉料加入 NaOH濃度2mol/L的堿液中，堿浸過程在超聲波環境中保溫進行，恒溫80°C，攪拌速度 600rpm，堿浸時間10min，超聲波頻率40KHz，功率200W，超聲波處理時間10min;過濾得到炭粉和濾液，干燥后得到5.59g純度87.38 %的炭粉。[0051 ] 堿浸濾液按100L/h通入C02氣體，通氣10min，過濾得到電解質粉體，濾液回用。 [〇〇52]整個工藝周期為20min(不包括破碎備料過程)，所得炭粉純度為87.38%。
[0053] 實施例6[〇〇54]取國內某廠鋁電解槽廢舊陰極炭塊10g，主要元素含量為(wt%):C 48.86、A114.02、0 15.97、F 10.08、Na 4.58,破碎至-200目占80%，按液固比8:1將破碎粉料加入 NaOH濃度2mol/L的堿液中，堿浸過程在超聲波環境中保溫進行，恒溫25°C，攪拌速度 700rpm，堿浸時間60min，超聲波頻率25KHz，功率200W，超聲波處理時間10min;過濾得到炭粉和濾液，干燥后得到5.05g純度94.22 %的炭粉。[〇〇55] 堿浸濾液按100L/h通入C02氣體，通氣5min，過濾得到電解質粉體，濾液回用。[〇〇56]整個工藝周期為65min(不包括破碎備料過程)，所得炭粉純度為97.05%。
【主權項】
1.一種超聲波輔助堿浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一 將鋁電解槽廢I日陰極炭塊破碎，得到備用顆粒； 步驟二 將步驟一得到的備用粉料加入堿液中超聲浸出，浸出后過濾，得到炭粉和第一濾液； 步驟三 向步驟二所得第一濾液通入CO2，產生沉淀，過濾得冰晶石、氫氧化鋁混合物和第二濾液，第二濾液返回步驟二重復利用。2.根據權利要求1所述的一種超聲波輔助堿浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，其特征在于:步驟一中，所述備用顆粒中，粒徑小于200目的顆粒占備用顆粒總質量的50%-100%。3.根據權利要求2所述的一種超聲波輔助堿浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，其特征在于:步驟二中，堿液中溶質選自Na0H、K0H、Li0H、Rb0H中的至少一種。4.根據權利要求3所述的一種超聲波輔助堿浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，其特征在于:步驟二中，所述堿液中O『的濃度為l-5mol/L。5.根據權利要求4所述的一種超聲波輔助堿浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，其特征在于:步驟二中，將備用顆粒加入堿液中浸出時，控制浸出溫度為25-100°C，時間30-180min，液固比為 5-10:1，攪拌速率400-100(^/11^11。6.根據權利要求5所述的一種超聲波輔助堿浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，其特征在于:步驟二中，超聲浸出的頻率為25-40KHZ，超聲波功率為50-600W，超聲浸出時間10-180mino7.根據權利要求6所述的一種超聲波輔助堿浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，其特征在于:步驟三中，所述⑶2通氣按通氣量5-100L/h通入濾液，通氣5-30min產生沉淀，過濾分離得到冰晶石、氫氧化鋁混合物和第二濾液，第二濾液返回步驟二循環使用。8.根據權利要求7所述的一種超聲波輔助堿浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，其特征在于:當超聲波頻率為40KHz、超聲波功率為200W時，在堿液中超聲浸出1min ；產物炭粉的純度為97.05 %。9.根據權利要求1-7任意一項所述的一種超聲波輔助堿浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，其特征在于:所得炭粉的純度最大為97.92 %。10.根據權利要求1-7任意一項所述的一種超聲波輔助堿浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，其特征在于:整個工藝的周期為70min。
【文檔編號】B09B3/00GK106077040SQ201610499164
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月30日
【發明人】肖勁, 袁杰, 田忠良, 楊凱, 黃金堤, 仲奇凡, 余柏烈, 賴延清, 李劼
【申請人】中南大學