一种利用铝电解废槽衬制备掺杂Yb制造技术

本发明专利技术涉及一种利用铝电解废槽衬制备掺杂Yb

【技术实现步骤摘要】
一种利用铝电解废槽衬制备掺杂Yb
3+
的光学材料的方法


[0001]本专利技术涉及固废资源化利用
，具体涉及一种利用铝电解废槽衬制备掺杂Yb
3+
的光学材料的方法。

技术介绍

[0002]铝电解槽碳衬在原铝生产过程中，由于高温熔体的化学侵蚀和机械冲击而发生开裂和损坏，为保持铝液的持铝能力，每隔5~8年必须更换一次。根据电解槽的结构分析，大修渣的主要分为阴极炭块废渣、阴极糊料废渣、防渗料废渣、耐火砖废渣、浇注料废渣、硅酸钙板废渣等，一般含有13%
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69%的碳和7.5%
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22%的氟化物，由于废槽衬中各组分性质的不同，往往没有合理的处理方法，所以过去常用的处理方法是填埋和抛渣。然而，可溶性的或者液化气中的水解氟在遇到地下水时会对生态环境造成严重的危害，2016年，《国家危险废物清单》将电解槽在电解铝加工过程中修复处置产生的废渣定义为危险废物，危险代码为HW48
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321
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023
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48，此外，2018年1月1日生效的《中华人民共和国环境保护税法》规定，每吨危险废物征收1000元的环境保护税。对于电解铝生产企业来说，废槽衬的无害化、资源化处理刻不容缓。
[0003]氟元素是最活泼的化学元素，是几乎完全不参与自然界生命活动的一种元素，也是一种可以为化合物带来无限可能的化学元素。且含氯化合物自从在航空航天、军用领域发现以来因其优异的综合性能而得到了广泛的应用。所以含氟材料的研究具有光明的前景，含氟材料也能获得更广泛的利用。如果能将废槽衬或者其他成分通过适当的处理方法转化为另外一种具有高利用价值的材料，带来经济效益的同时避免环境污染，这既有利于可持续发展，也有利于环境保护。然而，现有研究和技术还普遍以强酸强碱或者高能耗的焙烧来资源化大修渣或其他金属。林宏飞（专利公开号CN113072089A）将大修渣酸浸和铝灰碱浸混合复配合成冰晶石，但缺点在于该方法将消耗大量的酸和碱，容易产生二次污染。罗洪杰（专利公开号CN110029227A）公开了一种以废耐火材料为原料等离子体射流送料制取铝硅铁的方法，在电弧炉内高温还原以氧化铝和氧化硅为主的物料进而制备一定成分铝硅铁合金，但缺点在于该方法需要1700
‑
2100 ℃的高温环境，高温耗费大量的能量，极大的增加了生产成本。
[0004]综上，目前还没有一种能够低污染脱氟并转化为高利用价值的产品，使大修渣资源化。回收大修渣并应用到光学材料中，不仅能够有效地实现大修渣资源化利用，所得的产品附加值也比较高，虽然目前未有大量研究进展，但有着较大的应用和市场前景。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种利用铝电解废槽衬制备掺杂Yb
3+
的光学材料的方法，以解决在回收利用铝电解废槽衬中氟的过程中容易产生二次污染和成本较高的问题。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：一种利用铝电解废槽衬制备掺杂Yb
3+
的光学材料的方法，包括以下步骤：
（1）将铝电解过程中产生的大修渣废料破碎和球磨后过筛，然后将大修渣废料在水中溶解并加热搅拌，使大修渣废料化钠充分溶解浸出，然后通过固液分离得到氟化钠滤液A；（2）配置掺杂Yb
3+
的镁盐溶液B；（3）将A以10 mL/min的速度均匀地滴入B中，在搅拌20 min后静置陈化；（4）将步骤（3）中获得的混合物用去离子水离心洗涤3
‑
5次，然后烘干12 h得到掺杂Yb
3+
的MgF2材料；（5）步骤（4）中得到的物质经球磨和过筛后倒入石墨模具中，然后压实，在管式炉中真空焙烧后即可得到具有光学性能的材料。
[0007]优选的，步骤（1）中大修渣废料过筛的筛网目数为100
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300目。
[0008]优选的，步骤（1）中大修渣废料在水中的加热温度为50
‑
80℃，加热搅拌时间为1
‑
2 h，可充分使大修渣废料化钠充分溶解浸出。
[0009]优选的，步骤（2）中含有Yb
3+
的溶液为六水氯化镱或硫酸镱，与镁盐具有相同的阴离子，避免产生其他杂质。
[0010]优选的，镁盐为1
ꢀ‑
3mol/L的无水氯化镁、碳酸氢镁、硫酸镁、草酸镁、硝酸镁或磷酸铵镁中的至少一种。
[0011]优选的，步骤（2）中镁盐溶液中Yb
3+
的掺杂量为0%、1%、3%或5%，以生产含不同Yb
3+
的透光性材料。
[0012]优选的，步骤（3）中的陈化时间为3
‑
5 h，使溶液静止存放一段时间，目的是为了使溶液中的组份得到充分的反应。
[0013]优选的，步骤（4）中烘干的温度为50
‑
70℃，去除溶液中的水分。
[0014]优选的，步骤（5）中在0
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60 MPa压力下保持10
‑
60min压实石墨模具。
[0015]优选的，步骤（5）中焙烧温度为800
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1000℃，可使材料中的水分和气体都蒸发扩散出去，使材料结晶度提高。
[0016]本专利技术原理为：大修渣的主要成分为Al2O3、CaF2、NaF2和SiO2，其中氟化钠易溶于水，在水中的溶解度为5g/100g，而不慎流入水体环境对人体和环境会造成严重的危害，因此我们利用氟化钠这一特性通过加热处理水浸，将大修渣化钠充分浸出到水溶液中加以利用。
[0017]配置含有Yb
3+
和Mg
2+
的镁盐溶液B，将氟化钠滤液A快速滴定入镁盐溶液B中，搅拌一定时间后再静置陈化一定时间，即可生成掺杂Yb
3+
的氟化镁沉淀，反应方程式如下：Mg
2+
+2F
‑
→
MgF2↓
镱元素属于镧系稀土，具有有丰富的能级结构，4f 层电子在不同能级之间会发生跃迁从而得到丰富的吸收和荧光信息，镱离子掺入氟化镁是通过进入晶格中取代镁离子的位置，形成的是置换型固溶体进而获得具有优异光学性能的化合物材料前驱体。
[0018]最后将所得粉体在一定压力按压并真空焙烧。在外力作用下，掺杂镱的氟化镁发生变形，而高温使材料中的水分和气体都蒸发扩散出去，材料结晶度提高，此外，镱的掺杂也增加了材料的透光性，从而获得了具有优异透光性的材料。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术首先通过加热水浸将氟化钠从大修渣废料中充分浸出，获得制备氟化镁的原料，通过和掺杂Yb
3+
的镁盐溶液反应以及真空焙
烧的手段，获得了具有高经济效益的透光性材料，真正达到变废为宝的目标，使大修渣不再对环境具有毒性，并且处理过程不会产生二次污染，降低了大修渣无害化处理的成本。
具体实施方式
[0020]为了对本专利技术的技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用铝电解废槽衬制备掺杂Yb
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的光学材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将铝电解过程中产生的大修渣废料破碎和球磨后过筛，然后将大修渣废料在水中溶解并加热搅拌，使大修渣废料化钠充分溶解浸出，然后通过固液分离得到氟化钠滤液A；（2）配置掺杂Yb
3+
的镁盐溶液B；（3）将A以10 mL/min的速度均匀地滴入B中，在搅拌20 min后静置陈化；（4）将步骤（3）中获得的混合物用去离子水离心洗涤3
‑
5次，然后烘干12 h得到掺杂Yb
3+
的MgF2材料；（5）步骤（4）中得到的物质经球磨和过筛后倒入石墨模具中，然后压实，在管式炉中真空焙烧后即可得到具有光学性能的材料。2.根据权利要求1所述的一种利用铝电解废槽衬制备掺杂Yb
3+
的光学材料的方法，其特征在于，步骤（1）中大修渣废料过筛的筛网目数为100
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300目。3.根据权利要求2所述的一种利用铝电解废槽衬制备掺杂Yb
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的光学材料的方法，其特征在于，步骤（1）中大修渣废料在水中的加热温度为50
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80℃，加热搅拌时间为1
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2 h。4.根据权利要求1所述的一种利用铝电解废槽衬制备掺杂Yb
3+
的光学材料的方法，其特征在于，步骤（2）中含有Yb
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【专利技术属性】
技术研发人员：宿新泰，侯志炎，张明杰，曾波，曾百言，张琦，蒋勇军，赵文新，杨欢，李雪，赵晨曦，陈东玖，李冀民，焦鹏，李红，钱立坤，黄凤，
申请(专利权)人：新疆新能源集团环境发展有限公司华南理工大学，
类型：发明
国别省市：