一種超聲波輔助酸浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超聲波輔助酸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(fā)明將鋁電解廢舊陰極炭塊破碎后加入酸液中浸出，過濾得到炭粉和濾液；酸浸過程在超聲波環(huán)境中進行；調(diào)整濾液pH值至中性，蒸發(fā)結晶析出晶體，過濾得到冰晶石、氫氧化鋁混合物，蒸餾水重復利用。本發(fā)明工藝簡單、操作便利，物料循環(huán)利用率高，環(huán)境污染小，超聲波與酸浸協(xié)同作用加快了反應速率，提高了產(chǎn)物炭粉的純度。本發(fā)明適用于處理碳含量高于50％的鋁電解廢舊陰極炭塊，所得炭粉的純度可達98.47％。
【專利說明】
一種超聲波輔助酸浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲波輔助酸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利用技術領域。
【背景技術】
[0002]鋁電解生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的最大污染物同時也是最大廢棄物是鋁電解廢舊陰極炭塊。鋁電解槽廢舊陰極炭塊中可溶F—的溶出率約為6000mg/L，CF溶出率約為1 mg/L?40mg/L，遠超《危險廢物鑒別標準通則》(2007)中《危險廢物鑒別標準腐蝕性鑒別》(GB5085.1-2007)和《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》(GB5085.3-2007)中廠和OHS出標準，屬于危險固體廢棄物。
[0003]鋁電解槽廢舊陰極炭塊對生態(tài)環(huán)境危害很大，主要表現(xiàn)有:①含有較高水平的可溶氟化物和氰化物，可以污染地表水和地下水;②釋放有毒氣體(NH3、HF、HCN等)污染大氣，使動物骨骼和植物組織變黑壞死，影響農(nóng)業(yè)生態(tài)平衡。
[0004]廢舊陰極炭塊處理是當前鋁冶金領域面臨的重大難題，如何高效合理、環(huán)保經(jīng)濟地處理鋁電解槽廢槽襯是亟需攻克的行業(yè)難關，業(yè)內(nèi)專家學者和生產(chǎn)一線人員對此進行了多方面探索研究。
[0005]專利CN105062460A公開了一種利用廢電解槽的絕緣側壁制備石油支撐劑的方法，涉及電解鋁廢電解槽的再利用制備石油支撐劑的方法，所述方法包括以下過程:將廢電解槽的絕緣側壁從電解槽中拆分后，經(jīng)揀選、分離、用次氯酸鈉的水溶性處理后，消除廢側壁中的F——和Cf，然后進行粗破碎，經(jīng)過酸洗，回收其中的AIF3，然后進行細破碎，整形、篩分水洗和烘干處理，制備出石油支撐劑。
[0006]專利CN公開了105327933A—種基于化學沉淀和氧化還原反應的鋁電解槽廢槽襯處理方法，將廢槽襯破碎、磨細至粒度1-1Omm后，加入氧化反應池中；按理論反應值的1.2-2.0倍加入次氯酸鈉溶液，控制弱堿性的pH值7.0-8.5，危險元素氰化物與次氯酸鈉溶液發(fā)生氧化還原反應而被除去，反應時間為0.5-1.0小時;通過防腐篩網(wǎng)過濾氧化反應后的殘渣，置于沉淀反應池中；將濃度為飽和濃度值0.8-1.0倍的石灰水加入沉淀反應池中，浸泡殘渣1.0-1.5小時，使之結合氟化物反應生成難溶的CaF2,沉淀反應后通過防腐篩網(wǎng)過濾，所得濾液可作為純堿工業(yè)和氧化鋁工業(yè)的原料;濾后的最終殘渣，己經(jīng)實現(xiàn)了無害化，可作為原料回用于修路、建筑、水泥、耐火等行業(yè)。
[0007]專利CN102992298A公開了一種電解槽大修槽渣廢陰極炭塊的回收利用方法，其特征在于，對電解槽大修槽渣進行分選，得到廢陰極炭塊;對分選的陰極炭塊塊料分別進行水浸，選出塊料后再次破碎、水浸，選出的塊料進行回收，剩余的粉料磨粉、浮選，選出其中的碳粉。
[0008]專利CNl320491A公開了一種鋁電解槽廢內(nèi)襯的綜合回收方法:將鋁電解槽廢內(nèi)襯粉碎后投入注入水和濃硫酸的酸解罐中進行酸解，產(chǎn)生的氣體用水反復淋洗，回收氫氟酸；酸解罐中酸解后經(jīng)過濾產(chǎn)生濾渣和濾液，其濾渣可制取石墨粉和工業(yè)氫氧化鋁、氧化鋁;其濾液可生產(chǎn)多種氟化鹽、硫酸鹽產(chǎn)品。
[0009]專利CN10130268A公開了一種鋁電解槽廢舊陰極炭塊的綜合利用方法，主要是將其應用于鋁電解槽電熱焙燒中陰陽兩極導電和發(fā)熱材料，屬于電解槽焙燒用材料技術領域。應用方法:1.將鋁電解槽廢舊陰極炭塊粗碎，分離其中鋼棒、耐火材料、電解質等;2.將經(jīng)過分離的廢舊陰極炭塊進行破碎，成為l_5mm粒度顆粒;3.采用不同導電率的廢舊陰極破碎料在鋁電解槽內(nèi)鋪設，調(diào)整通電后的電流分布;4.廢舊陰極顆粒通過氧化或撈炭渣方式消除。
[0010]現(xiàn)有鋁電解廢舊陰極炭塊的浸出工藝生產(chǎn)效率和產(chǎn)品純度較低、生產(chǎn)周期長，其主要原因是廢舊陰極炭塊中炭對電解質的包裹影響了電解質與溶液的反應，降低了產(chǎn)物炭粉中碳的含量。本發(fā)明通過超聲波空化效應震蕩作用與酸的高效溶出性的協(xié)同作用，加大了炭與電解質的分離，提高了反應速率，降低了炭粉中電解質的含量，實現(xiàn)了高效合理地綜合回收鋁電解廢舊陰極炭塊中的有價成分，所得炭粉純度高，經(jīng)濟效益好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種超聲波輔助酸浸處理鋁電解槽廢舊陰極炭塊的方法。
[0012]本發(fā)明一種超聲波輔助酸浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，包括下述步驟:
[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酸液中超聲浸出，浸出后過濾，得到炭粉和濾液，產(chǎn)生的氣體通過堿液吸收處理。
[0017]步驟三
[0018]將步驟二所得濾液調(diào)整pH至中性，蒸發(fā)結晶產(chǎn)生沉淀，過濾得混合物粉體，蒸餾水回用。
[0019]本發(fā)明一種超聲波輔助酸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?？傎|量的50%-100%。
[0020]本發(fā)明一種超聲波輔助酸浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，步驟二中，酸液中溶質選自HC1、H2S04、HN03、H3P04*的至少一種，優(yōu)先選擇H2S04。
[0021]本發(fā)明一種超聲波輔助酸浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，步驟二中，所述酸液中H+的濃度為1-1 Omo I /L，優(yōu)先選擇4-7mo I /L O
[0022]本發(fā)明一種超聲波輔助酸浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，步驟二中，將備用顆粒加入酸液中浸出時，控制浸出溫度為25-100°C、優(yōu)選70-100°C，時間10-180min、優(yōu)選30-60min，液固比質量為 5-10:1，攪拌速率400-100(^/11^11。
[0023]本發(fā)明一種超聲波輔助酸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(yōu)先選擇40KHz，功率為50-600W、優(yōu)先選擇150-300W，處理時間10-120min、優(yōu)先選擇20_30min。
[0024]本發(fā)明一種超聲波輔助酸浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，步驟二中吸收氣體所需堿液溶質選自似尤03、0&0、他0!1、1(0!1、1^0!1、肋0!1工3(0!02中的至少一種，優(yōu)先選擇〇3(OH)2o
[0025]本發(fā)明一種超聲波輔助酸浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，步驟三中，所述調(diào)整 pH所用物質為 NaOH、KOH、L i OH、RbOH、Ca (OH) 2、CaO、CaCO3、Na2CO3 中的至少一種，優(yōu)先選擇CaCO3,調(diào)整pH至中性后過濾除去沉淀，濾液蒸發(fā)結晶析出電解質粉體。
[0026]本發(fā)明一種超聲波輔助酸浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，所述方法適于碳的質量百分含量大于等于50%的高碳鋁電解廢舊陰極炭塊。
[0027]本發(fā)明一種超聲波輔助酸浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，所得碳粉的純度大于等于96.43%，不考慮實驗誤差前提下炭的回收率可看作100%。
[0028]本發(fā)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(shù)的協(xié)同作用，取得了意想不到的效果，尤其是當超聲波頻率為40KHz、超聲波功率為200W時，在酸液中超聲浸出30min;所得炭粉純度最高為98.47%。
【具體實施方式】
[0029]
下面結合具體實施例作進一步說明，但本發(fā)明并不因此而受到任何限制。
[0030]實施例1
[0031]取國內(nèi)某廠鋁電解槽廢舊陰極炭塊1g，主要元素含量為(wt%):C70.9,Al
8.23.09.63,F 5.31、Na 3.58,Fe I.21，破碎至-200目占90%，按液固比7:1將破碎粉料加AH2SO4濃度2.5mol/L的酸液中，酸浸過程在超聲波環(huán)境中保溫進行，恒溫90°C，攪拌速度700rpm，反應時間45min，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7.2g純度98.47 %的炭粉。
[0032]調(diào)整濾液pH至中性，蒸發(fā)結晶得電解質粉體，蒸餾水回用。
[0033]整個工藝周期為45min(不包括破碎備料和蒸發(fā)結晶過程)，所得炭粉純度為98.47%。
[0034]對比例
[0035]取國內(nèi)某廠鋁電解槽廢舊陰極炭塊1g，主要元素含量為(wt%):C70.9,Al
8.23.09.63,F 5.31、Na 3.58,Fe I.21，破碎至-200目占90%，按液固比7:1將破碎粉料加AH2SO4濃度2.5moI/L的酸液中，酸浸過程在水浴鍋中保溫，恒溫90 °C，攪拌速度700rpm，反應時間45min;過濾得到炭粉和濾液，干燥后得到8.1g純度87.55%的炭粉。
[0036]調(diào)整濾液pH至中性，蒸發(fā)結晶得電解質粉體，蒸餾水回用。
[0037]整個工藝周期為45min(不包括破碎備料和蒸發(fā)結晶過程)，所得炭粉純度為87.55%。
[0038]實施例2
[0039]取國內(nèi)某廠鋁電解槽廢舊陰極炭塊20g，主要元素含量為(wt%):C70.9,Al8.23、0 9.63、F 5.31、Na 3.58、Fe I.21，破碎至-200 目占 50%，按液固比 10:1 將破碎粉料加入H2SO4濃度2mol/L的酸液中，酸浸過程在超聲波環(huán)境中保溫進行，恒溫50°C，攪拌速度800rpm，反應時間45min，超聲波頻率40KHz，功率50W，超聲波處理時間15min ；過濾得到炭粉和濾液，干燥后得到14.49g純度97.88 %的炭粉。
[0040]調(diào)整濾液pH至中性，蒸發(fā)結晶得電解質粉體，蒸餾水回用。
[0041]整個工藝周期為45min(不包括破碎備料和蒸發(fā)結晶過程)，所得炭粉純度為97.88%。
[0042]實施例3
[0043]取國內(nèi)某廠鋁電解槽廢舊陰極炭塊30g，主要元素含量為(wt%):C70.9,Al
8.23.09.63,F 5.31、Na 3.58,Fe I.21，破碎至-200目占90%，按液固比7:1將破碎粉料加AH2SO4濃度0.5mol/L的酸液中，酸浸過程在超聲波環(huán)境中保溫進行，恒溫25°C，攪拌速度100rpm，反應時間60min，超聲波頻率25KHz，功率200W，超聲波處理時間60min ；過濾得到炭粉和濾液，干燥后得到21.62g純度98.38%的炭粉。
[0044]調(diào)整濾液pH至中性，蒸發(fā)結晶得電解質粉體，蒸餾水回用。
[0045]整個工藝周期為ISOmin(不包括破碎備料和蒸發(fā)結晶過程)，所得炭粉純度為98.38%。
[0046]實施例4
[0047]取國內(nèi)某廠鋁電解槽廢舊陰極炭塊10g，主要元素含量為(wt%):C68.67,Al8.51、0 7.94、F 7.28、Na 3.59、Fe 1.02，破碎至-200 目占 100%，按液固比5:1將破碎粉料加入H2SO4濃度0.5mol/L的酸液中，酸浸過程在超聲波環(huán)境中保溫進行，恒溫100°C，攪拌速度400rpm，反應時間180min，超聲波頻率25KHz，功率200W，超聲波處理時間120min ；過濾得到炭粉和濾液，干燥后得到7.03g純度97.63%的炭粉。
[0048]調(diào)整濾液pH至中性，蒸發(fā)結晶得電解質粉體，蒸餾水回用。
[0049]整個工藝周期為ISOmin(不包括破碎備料和蒸發(fā)結晶過程)，所得炭粉純度為97.63%。
[0050]實施例5
[0051]取國內(nèi)某廠鋁電解槽廢舊陰極炭塊20g，主要元素含量為(wt%):C68.67,Al
8.51.07.94,F 7.28,Na 3.59,Fe 1.02，破碎至-200目占90%，按液固比7:1將破碎粉料加AH2SO4濃度5mol/L的酸液中，酸浸過程在超聲波環(huán)境中保溫進行，恒溫80°C，攪拌速度700rpm，反應時間1min，超聲波頻率40KHz，功率600W，超聲波處理時間1min ；過濾得到炭粉和濾液，干燥后得到14.24g純度96.43 %的炭粉。
[0052]調(diào)整濾液pH至中性，蒸發(fā)結晶得電解質粉體，蒸餾水回用。
[0053]整個工藝周期為1min(不包括破碎備料和蒸發(fā)結晶過程)，所得炭粉純度為96.43%。
[0054]實施例6
[0055]取國內(nèi)某廠鋁電解槽廢舊陰極炭塊30g，主要元素含量為(wt%):C68.67,Al
8.51.07.94,F 7.28,Na 3.59,Fe 1.02，破碎至-200目占80%，按液固比8:1將破碎粉料加AH2SO4濃度2.5mol/L的酸液中，酸浸過程在超聲波環(huán)境中保溫進行，恒溫90°C，攪拌速度700rpm，反應時間45min，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20.99g純度98.16 %的炭粉。
[0056]調(diào)整濾液pH至中性，蒸發(fā)結晶得電解質粉體，蒸餾水回用。
[0057]整個工藝周期為45min(不包括破碎備料和蒸發(fā)結晶過程)，所得炭粉純度為98.16%。
【主權項】
1.一種超聲波輔助酸浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，其特征在于，包括下述步驟: 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酸液中超聲浸出，浸出后過濾，得到炭粉和濾液，產(chǎn)生的氣體通過堿液吸收； 步驟三 將步驟二所得濾液調(diào)整PH至中性，蒸發(fā)結晶產(chǎn)生沉淀，過濾得混合物粉體，蒸餾水回用。2.根據(jù)權利要求1所述的一種超聲波輔助酸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?？傎|量的50%-100%。3.根據(jù)權利要求2所述的一種超聲波輔助酸浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，其特征在于:步驟二中，酸液中溶質選自HCl、H2S04、HN03、H3P04中的至少一種。4.根據(jù)權利要求3所述的一種超聲波輔助酸浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，其特征在于:步驟二中，所述酸液中H+的濃度為1-lOmol/L。5.根據(jù)權利要求4所述的一種超聲波輔助酸浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，其特征在于:步驟二中，將備用顆粒加入酸液中進行超聲浸出時，控制浸出溫度為25-100°C，時間10-180min，液固質量比為5-10:1，攪拌速率400-100(^/1^11;控制超聲波頻率25-401(取，功率為50-600W，處理時間10-120min。6.根據(jù)權利要求5所述的一種超聲波輔助酸浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，其特征在于:步驟二中吸收氣體所需堿液溶質選自Na0H、K0H、Li0H、Rb0H、Ca(0H)2、Ca0、Na2C03中的至少一種。7.根據(jù)權利要求6所述的一種超聲波輔助酸浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，其特征在于:步驟三中，所述調(diào)整口11所用物質為似0!1、1(0!1、1^0!1、肋0!1、03(0!1)2、030、03(:03、Na2CO3中的至少一種。8.根據(jù)權利要求7所述的一種超聲波輔助酸浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，其特征在于:所述方法適于碳的質量百分含量大于等于50%的高碳鋁電解廢舊陰極炭塊。9.根據(jù)權利要求8所述的一種超聲波輔助酸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，在酸液中超聲浸出30min;炭粉純度可達98.47%。10.根據(jù)權利要求8所述的一種超聲波輔助酸浸處理鋁電解廢舊陰極炭塊的方法，其特征在于:所得炭粉的純度大于等于96.43%,最高可達98.47 %。
【文檔編號】B09B3/00GK106077036SQ201610498337
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】肖勁, 袁杰, 田忠良, 楊凱, 余柏烈, 仲奇凡, 黃金堤, 賴延清, 李劼
【申請人】中南大學