电解铝碳渣脱碳脱钠制备氟化铝和氧化铝的方法技术

本发明专利技术属于电解铝火眼碳渣回收利用技术领域，公开了一种电解铝碳渣脱碳脱钠制备氟化铝和氧化铝的方法，包括以下步骤：将电解铝碳渣破碎成3mm以下的细颗粒，在碳渣中添加脱碳药剂，混合均匀得到1#混合料，将1#混合料加入高温炉，在空气气氛内进行I段加热处理，得到粗氟化盐A；在粗氟化盐A中添加脱钠药剂，混合均匀得到2#混合料，将2#混合料加入高温炉进行II段加热处理，得到粗氟化盐B；将粗氟化盐B加入搅拌槽，添加工业纯水，使钠盐充分溶解进入水中，固液分离，得到沉淀C和钠盐溶液D；将沉淀C烘干得到氟化铝和氧化铝产品。本发明专利技术整个工艺流程没有废渣、废水产生，脱碳药剂和脱钠药剂来源广，生产成本低，容易工业化实施。容易工业化实施。

【技术实现步骤摘要】
电解铝碳渣脱碳脱钠制备氟化铝和氧化铝的方法


[0001]本专利技术属于电解铝火眼碳渣回收利用
，具体涉及一种电解铝碳渣脱碳脱钠制备氟化铝和氧化铝的方法。

技术介绍

[0002]在铝电解生产过程中，由于发生炭阳极的选择性氧化，未燃烧的骨料颗粒从阳极表面脱落掉入电解槽，继而进入电解质溶液中形成碳渣。碳渣长时间浸泡在电解质中、其微孔中充满了电解质，碳渣含有约30%碳粉和约70%氟化盐，是高附加值的二次氟资源。目前工业上主要采用浮选法或者焚烧法分离碳渣中的碳和氟化盐，得到粗电解质和碳粉，实现对电解铝碳渣的回收再利用。
[0003]专利CN104499000A公开了一种电解铝碳渣的选矿处理方法，包括从电解铝的电解槽中捞出碳渣，并破碎、粉磨至20~60目，向粉磨过的碳渣颗粒中加水、捕收剂、起泡剂制得矿浆料；将矿浆料依次置于粗选浮选机和两台扫选浮选机中浮选，其中粗选浮选机刮得的泡沫产品为碳粉末，第二台扫选浮选机扫选刮除泡沫产品后的物料经过滤、烘干及煅烧后即为冰晶石产品。
[0004]专利CN109759423A公开了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：将碳渣经粗碎、球磨和筛分后，得到碳渣粉；（2）浮选：将碳渣粉放入浮选槽，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：在滤出物中加入浓度为0.01~0.05 mol/L HNO3和0.3~0.36 mol/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：将固液混合物进行固液分离，得到滤渣，滤渣的主要成分为AlF2(OH)；（6）酸浸：将滤渣和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：将固液混合物进行固液分离得到AlF3。该方法采用硝酸铝制备氟化铝是因为硝酸铝溶于水后水解成硝酸和氢氧化铝，硝酸铝为危险品且其价格较高，并且使用硝酸铝同时作为浸出剂和沉氟剂，得到的氟化铝纯度并不高。
[0005]专利CN110144602A公开了一种铝电解碳渣处理工艺，具体为：在反应炉中放置倾斜的焚烧床，焚烧床底部设置电解质收集槽；先将铝电解碳渣粉碎，与助燃剂混合并称量后，均匀散布在焚烧床上；然后从焚烧床上方向反应炉中持续通入高温空气，使铝电解碳渣中的单质碳和助燃剂与空气中的O2充分反应；将反应过程中产生的高温烟气通入热交换器中，与通入热交换器中的常温空气热交换后，进入铝电解烟气净化系统进行处理，达标后排放；反应过程中产生的液态电解质从倾斜的焚烧床上流入电解质收集槽，达到预定液位后从电解质收集槽中放出，并注入凝固用模具中。
[0006]专利CN107604383A公开了一种熔炼法提取碳渣中电解质的方法，其操作过程如下：将碳渣在熔炼炉中加热到1250~1300℃，碳渣中的电解质熔炼成液态后，碳漂浮于电解质液体表面，将漂浮的碳扒出后将电解质放出，冷却后返回电解铝生产使用。
[0007]然而，采用浮选的方式将碳粉与滤出物分离，碳粉中仍含有部分氟，并未得到无害化的碳粉，浮选后的碳粉仍然属于危废、需要二次处理，浮选后得到的氟化物沉淀含有的杂质较多，不能作为产品，即浮选法没有实现对碳渣的彻底无害化处理。采用焚烧法处理碳渣，得到的电解质质量好于浮选法，但是得到的碳粉与浮选法类似，也不能得到无害化的碳粉。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种电解铝碳渣脱碳脱钠制备氟化铝和氧化铝的方法，以解决现有的方法不能实现对碳粉的无害化处理且氟化铝生产成本较高的技术问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种电解铝碳渣脱碳脱钠制备氟化铝和氧化铝的方法，包括以下步骤：1）将电解铝碳渣破碎成3mm以下的细颗粒，在碳渣中添加脱碳药剂，混合均匀得到1#混合料，将1#混合料加入高温炉，在空气气氛内进行I段加热处理，得到粗氟化盐A；2）在粗氟化盐A中添加脱钠药剂，混合均匀得到2#混合料，将2#混合料加入高温炉进行II段加热处理，得到粗氟化盐B；3）将粗氟化盐B加入搅拌槽，添加工业纯水，使钠盐充分溶解进入水中，固液分离，得到沉淀C和钠盐溶液D；4）将沉淀C烘干得到氟化铝和氧化铝产品，钠盐溶液D浓缩蒸发得到钠盐，蒸发冷凝水返回搅拌槽循环使用。
[0010]进一步地，还包括以下步骤：收集I段加热和II段加热处理产生的烟气，烟气进入氢氧化铝反应器，烟气中的HF与氢氧化铝反应生成氟化铝，得到氟化铝产品。
[0011]进一步地，所述脱碳药剂选自生物质炭、机油或淀粉中的一种或多种。
[0012]进一步地，所述脱碳药剂的添加量是碳渣中碳质量的0.1~0.5倍。
[0013]进一步地，所述脱钠药剂选自硫酸铝、乙酸铝、草酸铝或氢氧化铝中的一种或多种。
[0014]进一步地，所述脱钠药剂的添加量是碳渣中钠质量的1~3倍。
[0015]进一步地，所述工业纯水的添加量是粗氟化盐B的2~5倍。
[0016]进一步地，所述I段加热处理和II段加热处理的温度至少700℃、且低于氟盐和钠盐的熔点。
[0017]进一步地，所述I段加热处理的加热保温时间至少2h，所述II段加热处理的加热保温时间至少1~3h。
[0018]相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术电解铝碳渣脱碳脱钠制备氟化铝和氧化铝的方法，采用两段加热联合处理工艺，先将电解铝碳渣进行脱碳处理，碳氧化燃烧，得到粗氟化盐A；继而进行脱钠处理，粗氟化盐A与脱钠药剂发生化学反应，得到粗氟化盐B；进一步水浸分离氧化铝和钠盐，最终产品是纯净的氟化铝和氧化铝，副产品是钠盐，实现了碳渣的全量回收，而且产品纯度高。本专利技术整个工艺流程没有废渣、废水产生，脱碳药剂和脱钠药剂来源广，生产成本低，容易工业化实施。
具体实施方式
[0019]以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限定本专利技术的保护范围。若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。下述实施例中的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。
[0020]本专利技术实施例中所用电解铝碳渣来自国内某铝厂的铝电解槽，主要是预焙阳极氧化燃烧过程中表面碳粒脱落产生的碳渣。脱碳药剂为燃点低于碳渣，组成为C、C
‑
H或C
‑
H
‑
O、常温下为固体或者液体、无毒无害的、而且硅、铁、磷、硫杂质含量低于2%的化合物或混合物，优选生物质炭、机油或淀粉。脱钠药剂为常温下稳定的铝盐，优选自硫酸铝、乙酸铝、草酸铝或氢氧化铝。
[0021]实施例一（1）将1000g碳渣破碎成3mm以下的细颗粒，分析其C含量为35.4%，添加35.4g脱碳药剂（其中机油7.08g，生物质炭28.32g），混合均匀，得到1#混合料，将1#混合料加入高温炉，在700℃条件下加热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解铝碳渣脱碳脱钠制备氟化铝和氧化铝的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）将电解铝碳渣破碎成3mm以下的细颗粒，在碳渣中添加脱碳药剂，混合均匀得到1#混合料，将1#混合料加入高温炉，在空气气氛内进行I段加热处理，得到粗氟化盐A；2）在粗氟化盐A中添加脱钠药剂，混合均匀得到2#混合料，将2#混合料加入高温炉进行II段加热处理，得到粗氟化盐B；3）将粗氟化盐B加入搅拌槽，添加工业纯水，使钠盐充分溶解进入水中，固液分离，得到沉淀C和钠盐溶液D；4）将沉淀C烘干得到氟化铝和氧化铝产品，钠盐溶液D浓缩蒸发得到钠盐，蒸发冷凝水返回搅拌槽循环使用。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：收集I段加热和II段加热处理产生的烟气，烟气进入氢氧化铝反应器，烟气中的HF与氢氧化铝反应生成氟化铝，得到氟化铝产品。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈喜平，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：