一种铝电解槽废旧阴极和铝灰的环保处理方法技术

本发明专利技术公开了一种铝电解槽废旧阴极和铝灰的环保处理方法，涉及铝灰和废旧阴极回收利用技术领域，所述处理方法包括以下步骤：首先，将铝灰与第一试剂进行焙烧、湿磨浸出、过滤得到铝酸钠溶液；其次，废旧阴极中依次加水、抑制剂、捕收剂和发泡剂进行浮选，并对精碳粉和冰晶石进行回收，浮选液可循环使用富集氟化钠；最后，将步骤S1中铝酸钠溶液与步骤S2中富集氟化钠的浮选液混合，用酸调节pH至9～10后过滤、干燥得到高分子比冰晶石。本发明专利技术以废旧阴极和铝灰两种危险废物为原料制备高纯度高分子比的冰晶石，实现了行业内资源的回收与循环利用，生产成本低，经济效益显著。

A kind of environmental protection treatment method of waste cathode and aluminum ash in aluminum electrolytic cell

【技术实现步骤摘要】
一种铝电解槽废旧阴极和铝灰的环保处理方法
本专利技术涉及铝灰和废旧阴极回收利用
，具体涉及一种铝电解槽废旧阴极和铝灰的环保处理方法。
技术介绍
铝灰是伴随电解铝、铝加工和再生铝行业的危险废弃物，广义的铝灰包括二次铝灰、阴极炭块、阳极炭渣、电解槽防渗料、耐火料、铝合金厂收尘灰和铝加工的污泥等；狭义的铝灰特指铝冶炼、铝合金熔铸及再生铝加工生产过程中漂浮于铝熔体表面不熔夹杂物、氧化物、添加剂以及与添加剂进行化学反应的反应物。据估算，我国每年铝灰量约为200多万吨，如果将已排出并堆存、掩埋和抛弃的铝灰计算在内，我国境内的铝灰量大约有1000万吨。铝灰的危害性主要是可溶性氟化物、氮化铝的存在，以及高温含盐类灰尘与空气中水分作用产生的氯化氢气体。铝电解槽的寿命约为5至8年，大修过程中废旧阴极、阴极糊、沉积物、耐火砖、保温砖和炭渣等大修渣是铝行业不可避免的固体废弃物。电解铝用阴极长期浸泡于电解铝铝液中，由于电解质熔盐对阴极炭块的湿润性好，阴极炭块在电解槽运行过程中，不断地受到氟化盐、铝液和各种应力的作用而发生变形、破裂，其裂缝中残留了大量的杂质，而杂质含量的增加导致阴极电阻率变小而报废。废旧阴极的裂缝中含有30%以上的氟化钠、冰晶石和少量的金属氧化物杂质。由于废旧阴极超高的氟含量，导致浸出液中氟化物浓度远远超标而被视为是铝电解工业中主要的危险固体废物。国内外对于铝灰处理的研究主要集中在一次铝灰中金属铝的回收，而对于二次铝灰的综合利用，尽管研究人员开发了利用铝灰制备聚合硫酸铝、聚合氯化铝、合成油墨用氧化铝、超细氧化铝粉体、棕刚玉等材料，但处理中铝回收率低、能量消耗大，同时存在氮化铝和碳化铝水解产生氨气、氢气的危险，生产的产品因铝灰中毒害成分未进行充分处置而市场接受度不高。因此，如何实现铝灰和废旧阴极废弃资源的回收利用，以及减少其对环境造成的污染迫在眉睫。冰晶石即氟铝酸钠，分子式为Na3AlF6，主要用于电解铝工业的助熔剂。根据冰晶石中氟化钠与氟化铝的分子比，存在高分子比冰晶石和低分子比冰晶石之分，高分子比冰晶石（nNaF/AlF3=2.8～3.0）是以正冰晶石为主的混合物。以高分子比冰晶石作为电解铝助熔剂可延长电解槽寿命，有利于降低产品总水含量和灼损，降低生产成本，具有挥发损失少，环境污染小的优点。然而，目前国内各电解铝厂为了降低生产成本，大部分使用的是分子比为1.8～2.2的低分子比冰晶石作为铝电解的助熔剂。因此，开发工艺简单、成本低的高纯度、高分子比冰晶石制备工艺具有现实意义。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种铝电解槽废旧阴极和铝灰的环保处理方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种铝电解槽废旧阴极和铝灰的环保处理方法，包括以下步骤：S1、将铝灰与第一试剂进行焙烧、湿磨浸出、过滤得到铝酸钠溶液；S2、废旧阴极中加水、抑制剂、捕收剂和发泡剂进行浮选，并对精碳粉和冰晶石进行回收，浮选液循环使用富集氟化钠；S3、将步骤S1中铝酸钠溶液与步骤S2中富含氟化钠的浮选尾液混合，用酸调节pH至9～10后过滤、干燥得到高分子比冰晶石。进一步地，所述铝灰与第一试剂的质量比为1：1～1：1.5。更进一步地，所述第一试剂为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸钙中一种或多种的混合物。更进一步地，所述抑制剂为羧甲基纤维素、水玻璃、变性淀粉中的一种或多种混合物；所述捕收剂为煤油、轻柴油、邻苯二甲酸二乙酯、脱蜡煤油或天然气冷凝油；所述发泡剂为仲丁醇、仲辛醇、松醇油中的一种或多种的混合物。更进一步地，所述步骤S1中焙烧温度为600℃～900℃，焙烧时间为2～4h。更进一步地，所述步骤S1中浸出的液固比为3L/kg～6L/kg，浸出温度为80℃～100℃；浸出时间为30min～1h。更进一步地，所述步骤S2中浮选的条件为转速1000～2000r/min，充气量0.20～0.30m3/h。更进一步地，所述步骤S3中铝酸钠与氟化钠反应的摩尔比为1：6.18～1：6.6，反应温度为20℃～80℃，反应时间为1.5h～3h。更进一步地，还包括当氟化钠溶液中含盐量大于20g/L时，加氧化剂对氰化物进行氧化回收无机盐的过程。更进一步地，所述氧化剂为次氯酸钙、次氯酸钠、氯气、二氧化氯、次氯酸钾中的一种或多种混合。本专利技术的有益效果：本专利技术利用铝行业固体废弃物铝灰为原料，采用碱熔焙烧对铝灰中氮、氯元素进行了脱除，在湿磨浸出过程中脱除了无机盐，实现了铝灰由危险废弃物向固体废弃物的转化；本专利技术以废旧阴极为原料，通过泡沫浮选不仅回收了精碳粉、冰晶石，而且对氟化钠进行了回收利用；本专利技术以废旧阴极和铝灰两种危险废物为原料制备高纯度高分子比的冰晶石，实现了行业内资源的回收与循环利用，生产成本低，经济效益显著。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1是本专利技术实施例的一种铝电解槽废旧阴极和铝灰的环保处理方法的工艺流程图；图2是本专利技术实施例的一种铝电解槽废旧阴极和铝灰的环保处理方法所生产的冰晶石的XRD图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。参考图1和图2，为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种铝电解槽废旧阴极和铝灰的环保处理方法，包括以下步骤：S1、将铝灰与第一试剂进行焙烧、湿磨浸出、过滤得到铝酸钠溶液；本专利技术所用的铝灰包括一次铝灰和二次铝灰；铝灰中可以利用的活性组分为铝、氧化铝及铝的化合物；第一试剂为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸钙中一种或多种的混合物；示例性的，可以单独使用氢氧化钠与铝灰进行混合，也可以为氢氧化钠与碳酸钠的混合物，若使用氢氧化钠与碳酸钠的混合物时，氢氧化钠与碳酸钠的质量比为3-5:1，最佳质量比为4:1；若为氢氧化钠与碳酸钙的混合物，其质量比为4-6:1，最佳质量比为5:1.在将铝灰与第一试剂进行混合前要先对铝灰进行球磨除铝；对铝灰中的铝进行回收。再将球磨后的铝灰与第一试剂混匀，其中铝灰与第一试剂的质量比为1：1～1：1.5，示例性的，铝灰与第一试剂的质量比可以为1:1、1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4、1：1.5；然后在600℃～900℃下进行焙烧，焙烧在马弗炉或焙烧炉中进行，对焙烧后的混合物进行湿磨浸出，浸出的液固比为3L/kg～6L/kg，浸出温度为80℃～100℃；浸出时间为30min～1h；铝灰直接焙烧，避免了传统铝灰水洗脱除无机盐过程中甲烷、氨气、氢气等易燃、易爆和有毒气体的产生；浸出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝电解槽废旧阴极和铝灰的环保处理方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1、将铝灰与第一试剂进行焙烧、湿磨浸出、过滤得到铝酸钠溶液；/nS2、废旧阴极中加水、抑制剂、捕收剂和发泡剂进行浮选，并对精碳粉和冰晶石进行回收，浮选液循环使用富集氟化钠；/nS3、将步骤S1中铝酸钠溶液与步骤S2中富含氟化钠的浮选尾液混合，用酸调节pH至9～10后过滤、干燥得到高分子比冰晶石。/n

【技术特征摘要】
1.一种铝电解槽废旧阴极和铝灰的环保处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将铝灰与第一试剂进行焙烧、湿磨浸出、过滤得到铝酸钠溶液；
S2、废旧阴极中加水、抑制剂、捕收剂和发泡剂进行浮选，并对精碳粉和冰晶石进行回收，浮选液循环使用富集氟化钠；
S3、将步骤S1中铝酸钠溶液与步骤S2中富含氟化钠的浮选尾液混合，用酸调节pH至9～10后过滤、干燥得到高分子比冰晶石。


2.根据权利要求1所述的铝电解槽废旧阴极和铝灰的环保处理方法，其特征在于，所述铝灰与第一试剂的质量比为1：1～1：1.5。


3.根据权利要求2所述的铝电解槽废旧阴极和铝灰的环保处理方法，其特征在于，所述第一试剂为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸钙中一种或多种的混合物。


4.根据权利要求1所述的铝电解槽废旧阴极和铝灰的环保处理方法，其特征在于，
所述抑制剂为羧甲基纤维素、水玻璃、变性淀粉中的一种或多种混合物；
所述捕收剂为煤油、轻柴油、邻苯二甲酸二乙酯、脱蜡煤油或天然气冷凝油；
所述发泡剂为仲丁醇、仲辛醇、松醇油中的一种或多种的混合物。


5.根据权利要求1所述的铝电解槽废旧阴极和铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：张婷，李春雷，王毅，李勇，欧玉静，祁永蓉，智鹏阔，朱江凯，王建君，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62