一种铝电解碳渣的综合利用方法技术

本发明专利技术涉及铝电解技术领域，具体涉及一种铝电解碳渣的综合利用方法。本发明专利技术将铝电解废弃碳渣进行破碎、筛分和球磨后进行浮选，以水玻璃作为抑制剂，煤油为捕捉剂，得到碳；从浮选槽底流排出的电解质经过滤，得到滤出物；滤出物中加入含HNO3和Al(NO3)3的混合溶液，在60～65℃下反应1～1.5h，得到固液混合物；固液混合物进行固液分离，得到滤渣，滤渣用高浓度氢氟酸溶液浸出，固液分离，得到AlF3。发明专利技术实现了铝电解废弃碳渣中碳粉和电解质有效分离，避免了氟的排放对环境的污染。回收碳粉和氟化铝可返回铝电解使用，降低了铝电解的原材料消耗。环保效益和经济效益显著。

A Comprehensive Utilization Method of Carbon Slag from Aluminum Electrolysis

The invention relates to the technical field of aluminium electrolysis, in particular to a comprehensive utilization method of carbon slag in aluminium electrolysis. The invention crushes, sieves and grinds the waste carbon residue of aluminium electrolysis, carries out flotation, takes sodium silicate as inhibitor and kerosene as capture agent, obtains carbon; filtrates the electrolyte discharged from the bottom of the flotation tank, and obtains the filtrate; adds the mixed solution containing HNO3 and Al (NO3) 3 into the filtrate, reacts for 1-1.5 h at 60-65 (?) C, and obtains the solid-liquid mixture for solid-liquid mixture; The filter residue was separated and leached with high concentration hydrofluoric acid solution. AlF3 was obtained by solid-liquid separation. The invention realizes the effective separation of carbon powder and electrolyte from waste carbon slag of aluminium electrolysis, and avoids the pollution of fluorine emission to the environment. Recovering carbon powder and aluminium fluoride can be used in aluminium electrolysis, which reduces the consumption of raw materials in aluminium electrolysis. Significant environmental and economic benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种铝电解碳渣的综合利用方法
本专利技术涉及铝电解
，具体涉及一种铝电解碳渣的综合利用方法。
技术介绍
现代大型预焙铝电解槽通常使用碳素制品作为电解生产的阳极。在电解质中工作的碳阳极，有时会发生不同程度的颗粒脱落，导致碳渣形成，电解质性能和生产指标就会因此而受到很大的影响。随着铝电解生产能力的不断增大，对碳阳极的需求不断增加，导致碳阳极质量逐步下降。在铝电解时，由于碳阳极会发生选择性氧化，骨料颗粒没有进行完全的燃烧，而是进入到了电解质溶液中，碳渣就这样产生了。通常情况下，电解质中混入的碳渣，能够在表面进行燃烧反应而消耗掉，但过量时需及时回收，否则，会对电解产生负面影响。过多的碳渣会增加电解质电阻，降低极距，降低电流效率并增加能耗。当大量碳渣在铝电解质表面漂浮时，就会有电流通路通过，碳渣在碳素阳极和阴极之间组成，导致电流损失；电解质中碳渣含量超过一定范围后，氧化铝溶解速度会减慢，在炉底沉积，导致槽况恶化。碳渣被捞出的同时，会有大量的电解质和热量被带走，并且由于不完全回收，一些氟化盐将损失。此外，大量碳渣堆露天放置，随风飞扬，碳渣中可被溶解的氟在雨水的作用下慢慢地进入到地表以下，给环境带来了巨大的压力。回收利用碳渣不仅能保护环境，还能创造经济效益。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足和缺点，本专利技术的目的在于提供一种铝电解碳渣的综合利用方法，该方法以铝电解废弃碳渣为原料，经过破碎、筛分、浮选、浸出和沉积分离等工序，具有工艺稳定、成本低等特点，回收的碳粉和氟化铝可返回铝电解使用，降低了铝电解的原材料消耗，环保效益和经济效益显著。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种铝电解碳渣的综合利用方法，包含如下步骤：(1)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：将步骤(1)制得的碳渣粉放入浮选槽，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；(3)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：在步骤(3)制得的滤出物中加入含终浓度为0.01～0.05mol/LHNO3和0.3～0.36mol/LAl(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：将步骤(4)制得的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：将步骤(5)制得的滤渣和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：将步骤(6)制得的固液混合物进行固液分离，得到AlF3；步骤(1)中所述的电解碳渣优选包含如下按质量百分比计组分：Na3AlF640～50％、CaF25～10％、Al2O35～10％和C35～40％；步骤(1)中所述的粗碎优选采用颚式破碎机或立式冲击破碎机进行粗碎；步骤(1)中所述的碳渣粉优选为粒度低于200目的碳渣不低于80％；步骤(2)中所述的料浆的浓度为35～40wt.％；步骤(2)中所述的浮选的具体操作优选为：先向浮选槽的料浆中加入抑制剂水玻璃，水玻璃的加药比例为490～510克/吨，加药搅拌时间为5～10min；再加入捕收剂煤油，煤油的加药比例为310～330克/吨，加药搅拌时间为5～10min；然后在浮选机转速为1800～2500rpm的条件下，进行第一次浮选，浮选时间为9～15min，每10～15s刮泡一次；第一次浮选后停止刮泡，继续向浮选槽内的料浆中加入捕收剂煤油，煤油的加药比例为150～170克/吨，加药搅拌时间为5～10min；然后在浮选机转速为1800～2500rpm的条件下，进行第二次浮选，浮选时间为9～15min，每10～15s刮泡一次；步骤(2)中所述的干燥优选为采用电热鼓风干燥箱烘干；步骤(2)中所述的碳可返回铝电解碳阳极生产车间；步骤(4)中所述的滤出物和混合溶液的固液比优选为1:(8～10)；步骤(6)中所述的滤渣和氢氟酸溶液的固液比为1:(5～6)；步骤(6)中所述的反应的温度优选为20～40℃；步骤(7)中所述的AlF3可返回铝电解生产车间做添加剂，降低分子比；步骤(5)和步骤(7)中所述的固液分离的方式优选为抽滤；本专利技术的原理：本专利技术首先采用浮选法根据碳和电解质表面性质的差异，达到将碳和电解质分开的目的。通过一次粗选和一次扫选的浮选流程，将碳粉浮选出来，而电解质富集在尾料中。本专利技术在处理从浮选槽底流排出的电解质过程中，采用较低浓度硝酸，一方面没有带来其它阴离子杂质，另一方面，电解质中Na3AlF6、CaF2和Al2O3不溶于水，在溶液pH值1～2范围时，促进了Na3AlF6、CaF2和Al2O3的溶解，溶液中存在的主要离子为Na+、F-、Ca2+、AlF4-、AlF52-、AlF63-等离子。溶液中有大量Al3+存在时，Al3+与F-结合为AlF2-离子，同时促进了Na3AlF6和CaF2的溶解，在温度60～65℃下AlF2(OH)溶解度很小，易形成沉淀。AlF2(OH)为碱性沉淀，在氢离子浓度较高(强酸，例如氢氟酸)的情况下，溶解生成AlF3，AlF3不溶于水，易分离。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)本专利技术采用浮选法根据碳和电解质表面性质的差异，达到将碳和电解质分开的目的，所得碳精料可用于生产碳素产品，降低了铝电解的生产成本。(2)本专利技术实现了铝电解废弃碳渣中碳粉和电解质有效分离，其中，碳渣中的电解质经过浸出、沉积分离出的氟化铝，返回铝电解使用，减少了废弃物排放及氟对环境的危害，降低了铝电解的电能消耗，节约了能源。(3)本专利技术生产工艺浮选、固液反应、液液反应均易控制，产品易分离，且分离出产品含碳量高达98.5～99.0％，AlF3产品纯度高达99.0～99.5％。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1一种铝电解碳渣的综合利用方法，包含如下步骤：(1)破碎及筛分：将10kg铝电解碳渣(具体组成为：Na3AlF645wt.％、CaF29wt.％、Al2O38wt.％和C38wt.％)经颚式破碎机粗碎，得到10mm以下的碳渣颗粒；然后在球磨机中球磨4h，过200目筛，得到碳渣粉，其中，粒度低于200目的碳渣不低于80％；(2)浮选：将步骤(1)制得的碳渣粉放入浮选槽，加入17kg水调浆，得到浓度为37wt.％的料浆；先向浮选槽的料浆中加入13.5克抑制剂水玻璃，加药搅拌时间为8min；再加入8.64克捕收剂煤油，加药搅拌时间为8min；然后在浮选机转速为2000rpm的条件下，进行第一次浮选，浮选时间为10min，每10s刮泡一次；第一次浮选后停止刮泡，继续向浮选槽内的料浆中加入4.32克捕收剂煤油，加药搅拌时间为8min；然后在浮选机转速为2000rpm的条件下，进行第二次浮选，浮选时间为10min，每10s刮泡一次，浮选刮出的泡沫经电热鼓风干燥箱烘干，得到碳粉，返回铝电解碳阳极生产车间；(3)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：在步骤(3)制得的滤出物中按照固液比1:8加入含终浓度为0.02mol/LHN本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝电解碳渣的综合利用方法，其特征在于包含如下步骤：(1)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：将步骤(1)制得的碳渣粉放入浮选槽，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；(3)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：在步骤(3)制得的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：将步骤(4)制得的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：将步骤(5)制得的滤渣和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：将步骤(6)制得的固液混合物进行固液分离，得到AlF3。

【技术特征摘要】
1.一种铝电解碳渣的综合利用方法，其特征在于包含如下步骤：(1)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：将步骤(1)制得的碳渣粉放入浮选槽，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；(3)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：在步骤(3)制得的滤出物中加入含终浓度为0.01～0.05mol/LHNO3和0.3～0.36mol/LAl(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：将步骤(4)制得的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：将步骤(5)制得的滤渣和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：将步骤(6)制得的固液混合物进行固液分离，得到AlF3。2.根据权利要求1所述的铝电解碳渣的综合利用方法，其特征在于：步骤(1)中所述的电解碳渣包含如下按质量百分比计组分：Na3AlF640～50％、CaF25～10％、Al2O35～10％和C35～40％。3.根据权利要求1所述的铝电解碳渣的综合利用方法，其特征在于：步骤(1)中所述的粗碎采用颚式破碎机或立式冲击破碎机进行粗碎。4.根据权利要求1所述的铝电解碳渣的综合利用方法，其特征在于：步骤(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海涛，王维，王可桢，陈位杰，黄运红，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南,41