熔盐电解处置废旧含锆/铬耐火材料实现资源化利用方法技术

一种熔盐电解处置废旧含锆/铬耐火材料实现资源化利用方法，属于熔盐电解技术领域。该方法是以氟化物熔盐体系作为熔剂，破碎研磨后的废旧含锆耐火材料或废旧含铬耐火材料粉末作为原料，铝液作为液体阴极，石墨作为阳极，在高温条件下进行电解制备铝基合金。该方法结合了废旧含锆耐火材料或废旧含铬耐火材料的化学成分，提供了一种能够腐蚀该耐火材料的熔剂，并采用熔盐电解法实现了废旧含锆或铬耐火材料中的锆/铬元素的价态转化并回收利用，为废旧耐火材料的再利用提供思路。废旧耐火材料的再利用提供思路。废旧耐火材料的再利用提供思路。

【技术实现步骤摘要】
熔盐电解处置废旧含锆/铬耐火材料实现资源化利用方法


[0001]本专利技术涉及熔盐电解
，具体涉及一种熔盐电解处置废旧含锆/铬耐火材料实现资源化利用方法。

技术介绍

[0002]耐火材料广泛用于钢铁、有色金属、建材、化工等领域的高温过程，是所有高温工业新工艺和新技术实施的重要基础和支撑材料，属于资源型产品。我国虽然耐火原料资源比较丰富，但人均占有率低，加之我国经济的快速发展，开采量不断增加，且私采乱挖现象严重，造成资源大量浪费，一些耐火原料资源日益枯竭。若能是废旧耐火材料循环利用，必将明显缓解资源危机。
[0003]耐火材料制品的生产、制备及使用过程中会产生大量的废品和耐火材料废料，目前我国废旧耐火材料再处理应用还是采用比较粗放的方式，比如当做垃圾进行掩埋，降级利用等。一方面低级的处理方式会占用大量的土地资源，造成严重的环境污染；另一方面也造成了废旧耐火材料中有价值的金属元素的浪费。目前，对废旧耐火材料资源化主要表现在以下两方面：一是限制废旧耐火材料的使用量；二是对废旧耐火材料的再利用。因此充分利用废旧耐火材料，不仅减少天然矿物原料的开采，降低耐火材料的生产、制备过程中的费用和能耗，还可以节约耐火原料的运输成本，有利于节约资源，节能和环保，具有显著的经济与社会效益。
[0004]含锆/铬耐火材料是重要的高温耐火材料。随着高温炉窑设备的更新换代，含锆/铬耐火材料常被废弃，而其中含有有价元素锆/铬具有重要的回收处置价值，并没有被充分重视。并且，含锆/铬耐火材料中，含有的化学成分稳定的锆/铬化合物，不易被腐蚀，很难回收利用。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有废旧含锆/铬耐火材料处置的上述问题，结合废旧含锆耐火材料或废旧含铬耐火材料的化学成分，寻求一种能够腐蚀该耐火材料的熔剂，并采用熔盐电解法为废旧含锆耐火材料或废旧含铬耐火材料回收利用提供了一种熔盐电解处置废旧含锆/铬耐火材料实现资源化利用方法，实现了废旧含锆耐火材料或废旧含铬耐火材料中Zr/Cr的绿色处置和无害化利用。
[0006]本专利技术以氟化物熔盐体系作为熔剂，破碎研磨后的废旧含锆耐火材料或废旧含铬耐火材料粉末作为原料，铝液作为液体阴极，石墨作为阳极，在高温条件下进行电解制备铝基合金，实现废旧含锆或铬耐火材料中的锆/铬元素的价态转化并回收利用，为废旧耐火材料的再利用提供思路。
[0007]为了实现本专利技术的目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种熔盐电解处置废旧含锆/铬耐火材料实现资源化利用方法，包括以下步骤：
[0009]S1：原料预处理
[0010]将废旧含锆耐火材料或废旧含铬耐火材料，研磨，得到废旧耐火材料粉末；
[0011]并根据配比，称量钾冰晶石混合物，其中，钾冰晶石混合物包括KF和AlF3，按物质的量比，KF：AlF3＝(2.1～2.8):1；
[0012]S2：高温溶解
[0013]将铝锭、钾冰晶石混合物和废旧耐火材料粉末，加入电解槽中，加热至钾冰晶石混合物熔解，得到电解体系；
[0014]S3：电解提取
[0015]以石墨作为阳极，铝液作为阴极，通电进行电解，控制阴极电流密度为0.5～1.5A/cm2，电解3～10h，得到铝基合金。
[0016]所述的S1中，耐火材料粉末的粒径为0.07mm以下。
[0017]所述的S2中，按质量比，钾冰晶石混合物：废旧耐火材料粉末＝(5～20)：1；
[0018]按质量比，铝锭：废旧耐火材料粉末＝(7～10)：1。
[0019]所述的S2中，加热至冰晶石混合物熔解的温度为800～900℃。
[0020]所述的S3中，在电解过程中，每间隔20～40min，向电解体系中，加入废旧耐火材料粉末；加入的废旧耐火材料粉末为原始加入废旧耐火材料粉末质量的10％～50％。
[0021]所述的S2中，采用的电解槽中，石墨坩埚内壁设置有绝缘的BN内衬，用于控制电流的方向，隔绝侧壁电流，确保在坩埚下层稳定形成铝基合金。
[0022]所述的熔盐电解处置废旧含锆/铬耐火材料实现资源化利用方法中，制备的铝基合金为铝锆合金或铝铬合金；
[0023]所述的铝锆合金中，Zr的质量百分比为5％～10％；
[0024]所述的铝铬合金中，Cr的质量百分比为4％～8％；
[0025]所述的熔盐电解处置废旧含锆/铬耐火材料实现资源化利用方法中，废旧含锆耐火材料或废旧含铬耐火材料的回收率为92％～98％。
[0026]本专利技术的熔盐电解处置废旧含锆/铬耐火材料实现资源化利用方法，其有益效果是：
[0027]通过本专利技术技术方案的实施，能够利用钾冰晶石对难溶解难腐蚀的耐火材料进行溶解，并且，实现了废旧含锆耐火材料或含铬耐火材料中的锆元素或铬元素价态转化并回收利用，得到了价值较高的Al
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Zr/Al
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Cr合金。废旧含锆/铬耐火材料中Zr/Cr得到了绿色处置和利用。本专利技术找到了废旧含锆耐火材料或含铬耐火材料的环境友好处置方法，而且具有流程短，操作简便，节约成本，附加值高等优点，对于节约耐火材料原料资源和能源消耗，实现资源化无害化再利用具有重要的借鉴价值。
附图说明
[0028]图1为本专利技术熔盐电解处置废旧含锆/铬耐火材料实现资源化利用方法中采用的电解槽示意图：1
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石墨坩埚；2
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BN内衬；3
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石墨阳极；4
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阳极导杆；5
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阴极导杆；6
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熔盐电解质；7
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铝液；
具体实施方式
[0029]下面结合实施例对本专利技术作进一步的详细说明。
[0030]实施例1
[0031]一种熔盐电解处置废旧含锆耐火材料实现资源化利用方法，其采用的装置见图1，包括以下步骤：
[0032](1)原料预处理：将废旧含锆耐火材料初步拣选并与钾冰晶石混合物，混合均匀并研磨至200目以下，得到混合物粉末；其中，钾冰晶石混合物中含有的成分，及其摩尔比为：KF/AlF3＝2.1；，按质量比，钾冰晶石混合物：废旧含锆耐火材料粉末＝10：1；
[0033](2)高温溶解：按质量比，铝锭：废旧含锆耐火材料粉末＝7：1，将铝块和磨好的混合物粉末一起放入电解槽中，带有BN内衬2的石墨坩埚1中，加热至800℃，使钾冰晶石熔解；
[0034]每间隔30分钟，向电解槽内添加一次废旧含锆耐火材料粉末，添加量为初始加入废旧含锆耐火材料的10％；
[0035](3)电解提取：从电解槽内上部插入石墨阳极3，石墨阳极3上连接有阳极导杆4，阴极导杆5插入铝液7中，以钾冰晶石作为熔盐电解质6，通电进行电解。控制阴极电流密度为1A/cm2，电解时间为6小时，得到铝锆合金。
[0036]在阴极获得的铝锆合金中，Zr的质量百分比为8％，余量为Al，还含有不可避免的杂质如Fe、Ti、Si等；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种熔盐电解处置废旧含锆/铬耐火材料实现资源化利用方法，其特征在于，以氟化物熔盐体系作为熔剂，破碎研磨后的废旧含锆耐火材料或废旧含铬耐火材料粉末作为原料，铝液作为液体阴极，石墨作为阳极，进行电解制备铝基合金。2.一种熔盐电解处置废旧含锆/铬耐火材料实现资源化利用方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：原料预处理将废旧含锆耐火材料或废旧含铬耐火材料，研磨，得到废旧耐火材料粉末；并根据配比，称量钾冰晶石混合物，其中，钾冰晶石混合物包括KF和AlF3，按物质的量比，KF：AlF3＝(2.1～2.8):1；S2：高温溶解将铝锭、钾冰晶石混合物和废旧耐火材料粉末，加入电解槽中，加热至钾冰晶石混合物熔解，得到电解体系；S3：电解提取以石墨作为阳极，铝液作为阴极，通电进行电解，控制阴极电流密度为0.5～1.5A/cm2，电解3～10h，得到铝基合金。3.根据权利要求2所述的熔盐电解处置废旧含锆/铬耐火材料实现资源化利用方法，其特征在于，所述的S1中，耐火材料粉末的粒径为0.07mm以下。4.根据权利要求2所述的熔盐电解处置废旧含锆/铬耐火材料实现资源化利用方法，其特征在于，按质量比，钾冰晶石混合物：废旧耐火材料粉末＝(5～20)：1。5.根据权利要求2所述的熔盐电解处置废旧含锆/铬耐...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘风国，陶文举，高炳亮，石忠宁，王兆文，胡宪伟，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：