一种从废阴极炭块中提纯石墨的方法技术

本发明专利技术涉及一种从废阴极炭块中提纯石墨的方法，属于铝电解固废资源综合利用技术领域。本发明专利技术的从废阴极炭块中提纯石墨的方法，包括如下步骤：1)将废阴极炭块样品与第一溶剂、第二溶剂、碱混合后超声浸出0.5～1h；所述第一溶剂为水、乙二醇、乙醇中的至少一种，第二溶剂为石油醚、乙腈中的至少一种，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种；2)离心分离、洗涤、干燥，即得。本发明专利技术提纯石墨的方法操作简单，在常温常压下就可进行，不需要通过酸浸即可提取纯度较高的石墨，成本低，经济节约，通过该方法得到的石墨纯度高达88.4％。

【技术实现步骤摘要】
一种从废阴极炭块中提纯石墨的方法
本专利技术涉及一种从废阴极炭块中提纯石墨的方法，属于铝电解固废资源综合利用

技术介绍
铝工业是基础工业之一，也是高能耗、高污染的行业，铝行业能否健康地、可持续地发展越来越受关注。影响铝工业可持续发展的核心问题是外排的危险固体废物，其中包括大修渣和废阴极炭块。目前大多数企业采用贮存、填埋、回收炭材料再制电解池阳极的方法处理电解铝废阴极炭块，然而废阴极炭块中含有大量的氟化物和一些氰化物，长时间的贮存会使其电解质潮解，污染土壤和地下水，而且容易引起火灾。此外，火法和湿法也是常用的处理方法，火法是利用石墨与其他电解质的熔点不同，对其进行分离；湿法是利用石墨的疏水性及其他电解质的化学性质进行分离。但是这些工艺大多工艺流程复杂、处理成本高以及设备严重腐蚀等原因未实现工业化。石忠宁，李伟等(《酸碱法处理铝电解废旧阴极的研究》，东北大学硕士学位论文)利用酸碱浸出两步法，即先在60～100℃下用碱浸、再在60～100℃下酸浸提取废阴极炭块中的石墨，该方法的提取过程对温度和设备都具有较高的要求，成本也偏高，而且容易对设备和厂房造成严重腐蚀，也不符合工业化生产的要求。申请公布号为CN107902649A的中国专利技术专利申请公开了一种超声波碱浸和微波消解联合处理电解铝废阴极炭块的方法，该方法的技术方案是先采用碱浸同时超声获得炭清粉，然后在酸性、150～210℃、压力为0.1～2MPa条件下微波消解得到石墨粉。该方法在碱浸后还需要酸浸，且需要较高的温度和压力，容易对设备造成腐蚀，且成本高，得到的石墨纯度较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种从废阴极炭块中提纯石墨的方法。通过该方法得到的石墨纯度高。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种从废阴极炭块中提纯石墨的方法，包括如下步骤：1)将废阴极炭块样品与第一溶剂、第二溶剂、碱混合后超声浸出0.5～1h；所述第一溶剂为水、乙二醇、乙醇中的至少一种，所述第二溶剂为石油醚、乙腈中的至少一种，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种；2)离心分离、洗涤、干燥，即得。第一溶剂为极性较强的溶剂，能够溶解废阴极炭块样品中的极性电解质成分如氟化物；第二溶剂为极性较低的溶剂，能够溶解废阴极炭块样品中的有机成分，同时碱可以去除一些其他杂质。该方法操作简单，在常温常压下进行即可，成本低，经济节约，通过该方法得到的石墨纯度也较高。优选的，第一溶剂为水，第二溶剂为石油醚。采用上述溶剂时浸出效果较好，并且石油醚的毒性较小且成本较低。步骤1)所述的废阴极炭块样品的粒径为0.075～0.15mm。粒径在0.075～0.15mm可以保证废阴极炭块样品和水、石油醚及氢氧化钠的充分接触，进而可以使杂质更容易浸出。从经济效益的角度考虑，在所用溶剂较少的情况下可以保证氟化物完全浸出，是符合高效低成本的工业生产要求的，因此每1kg废阴极炭块样品对应采用的第一溶剂的体积为20～50L。为保证浸出效果同时减少浪费，每1kg废阴极炭块样品对应采用的第二溶剂的体积为9～11L。每1kg废阴极炭块样品对应采用碱中氢氧根的量为14～20mol。加入少量的碱的条件下不能达到最好的碱浸处理效果，同时，加入过量的碱后也并不能更好地去除废阴极炭块中的杂质。步骤2)所述的洗涤为先采用无水乙醇洗涤后再采用石油醚洗涤。先经过无水乙醇洗涤再采用石油醚进行洗涤可以提高石墨回收的纯度及提纯效率。附图说明图1为本专利技术采用水作为溶剂时的废阴极炭块的浸出液的紫外可见吸收曲线；图2为本专利技术采用乙二醇作为溶剂时的废阴极炭块的浸出液的紫外可见吸收曲线；图3为本专利技术采用乙腈作为溶剂时的废阴极炭块的浸出液的紫外可见吸收曲线；图4为本专利技术采用乙醇作为溶剂时的废阴极炭块的浸出液的紫外可见吸收曲线；图5为本专利技术采用石油醚作为溶剂时的废阴极炭块的浸出液的紫外可见吸收曲线；图6为本专利技术采用丙酮作为溶剂时的废阴极炭块的浸出液的紫外可见吸收曲线；图7为本专利技术采用氯仿作为溶剂时的废阴极炭块的浸出液的紫外可见吸收曲线；图8为本专利技术采用N,N-二甲基甲酰胺作为溶剂时的废阴极炭块的浸出液的紫外可见吸收曲线；图9为本专利技术采用四氯化碳作为溶剂时的废阴极炭块的浸出液的紫外可见吸收曲线；图10为本专利技术采用不同固液比时的废阴极炭块的浸出液中氟离子的变化曲线；图11为本专利技术采用不同碱量时的提纯得到的石墨样品的XRD谱图；图12为本专利技术的实施例1与对比例2的提纯方法提纯得到的石墨样品以及废阴极炭块样品的XRD谱图。具体实施方式本专利技术的一种从废阴极炭块中提纯石墨的方法，包括如下步骤：1)将废阴极炭块样品与第一溶剂、第二溶剂、碱混合后超声浸出0.5～1h；所述第一溶剂为水、乙二醇、乙醇中的至少一种，所述第二溶剂为石油醚、乙腈中的至少一种，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种；2)离心分离、洗涤、干燥，即得。优选的，每1kg废阴极炭块样品对应采用的第一溶剂的体积为20～30L。下面结合具体实施例以及附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。实施例1本实施例的从废阴极炭块中提纯石墨的方法，包括如下步骤：1)将废阴极炭块采用鄂破机(鄂式破碎机)进行粗碎，得到粒径为10～20mm的样品；再将粗碎后的样品采用球磨机进行细碎，细碎后筛分得到粒径为0.075～0.15mm的细样品，未通过筛网的样品再次细碎、筛分得到细样品；2)每1kg细样品中加入30L水、10L石油醚和0.58kg氢氧化钠，超声(超声频率为40Hz)常温浸出1h后离心(离心时的转速为8000r/min、时间为10min)，取沉淀；3)向离心后的沉淀物中加入5L无水乙醇，充分混合后离心取沉淀物，再向沉淀物中加入5L石油醚，经离心(离心速率为8000r/min，时间10min)、烘干，得到纯度88.4％的石墨产品(纯度按照《GB/T3521-2008石墨化学分析方法》计算)。实施例2本实施例的从废阴极炭块中提纯石墨的方法，包括如下步骤：1)将废阴极炭块采用鄂破机进行粗碎，得到粒径为10～20mm的样品；再将粗碎后的样品采用球磨机进行细碎，细碎后筛分得到粒径为0.1～0.15mm的细样品，未通过筛网的样品再次细碎、筛分得到细样品；2)每1kg细样品中加入20L水、10L石油醚和0.58kg氢氧化钠，超声(超声频率为40Hz)常温浸出30min后离心(离心时的转速为8000r/min、时间为10min)，取沉淀；3)向离心后的沉淀物中加入5L无水乙醇，充分混合后离心取沉淀物，再向沉淀物中加入5L石油醚，经离心(离心速率为8000r/min，时间10min)、烘干，得到纯度87.9％的石墨产品。实施例3本实施例的从废阴极炭块中提纯石墨的方法，包括如下步骤：1)将废阴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从废阴极炭块中提纯石墨的方法，其特征在于：包括如下步骤：/n1)将废阴极炭块样品与第一溶剂、第二溶剂、碱混合后超声浸出0.5～1h；所述第一溶剂为水、乙二醇、乙醇中的至少一种，所述第二溶剂为石油醚、乙腈中的至少一种，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种；/n2)离心分离、洗涤、干燥，即得。/n

【技术特征摘要】
1.一种从废阴极炭块中提纯石墨的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将废阴极炭块样品与第一溶剂、第二溶剂、碱混合后超声浸出0.5～1h；所述第一溶剂为水、乙二醇、乙醇中的至少一种，所述第二溶剂为石油醚、乙腈中的至少一种，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种；
2)离心分离、洗涤、干燥，即得。


2.根据权利要求1所述的从废阴极炭块中提纯石墨的方法，其特征在于，所述第一溶剂为水，第二溶剂为石油醚。


3.根据权利要求1所述的从废阴极炭块中提纯石墨的方法，其特征在于：步骤1)所述的废阴极炭块样品的粒径为0.075～0.15mm。
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【专利技术属性】
技术研发人员：张宏忠，张逸飞，魏明宝，马闯，王兰，庞龙，刘楠，
申请(专利权)人：郑州轻工业学院，
类型：发明
国别省市：河南;41