一種超聲波輔助加壓堿浸回收鋁電解廢槽襯中電解質(zhì)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超聲波輔助加壓堿浸回收鋁電解廢槽襯中電解質(zhì)的方法，屬于鋁電解固廢資源回收技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將鋁電解廢槽襯破碎粉磨至粒徑小于0.074mm，將廢槽襯粉體與水配成漿體后采用超聲波預處理，處理后的漿體通過堿液加壓浸出，過濾分離；濾渣填埋，濾液通入CO2析出電解質(zhì)沉淀。本發(fā)明超聲波處理和加壓浸出的協(xié)同作用，使得廢槽襯中的可溶物最大程度地溶解于堿液中得到回收，該工藝流程簡單、處理周期短、不產(chǎn)生二次污染，適于處理含碳量低的鋁電解廢槽襯。本發(fā)明整個處理過程電解質(zhì)回收率為96.84％，工藝周期為90min。
【專利說明】
一種超聲波輔助加壓堿浸回收鋁電解廢槽襯中電解質(zhì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲波輔助加壓堿浸回收鋁電解廢槽襯中電解質(zhì)的方法，屬于鋁電解固廢資源回收技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，資源、能源的供應日益緊張，節(jié)能減排已成為21世紀鋁工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的主題。改善生態(tài)環(huán)境，提高資源利用率，促進人與自然的和諧，實施可持續(xù)發(fā)展，構(gòu)建創(chuàng)新型的國家是我國當前經(jīng)濟發(fā)展的戰(zhàn)略。自2001年起。中國成為世界第一大原鋁生產(chǎn)國。
[0003]鋁電解槽內(nèi)襯的最初組成主要為莫來石和碳質(zhì)材料。在鋁電解生產(chǎn)過程中，由于高溫電解質(zhì)對內(nèi)襯材料的滲透、腐蝕，導致電解槽內(nèi)襯結(jié)構(gòu)發(fā)生了變形、破裂，電解槽內(nèi)的鋁液和電解質(zhì)從裂縫漏出，電解槽無法正常生產(chǎn)，于是需要停產(chǎn)進行大修。
[0004]鋁電解生產(chǎn)排出的廢槽襯是極其有害的固體廢物，其可溶氟化物和氰化物含量嚴重超標。受風吹、日曬、雨淋的作用，其毒害物質(zhì)將轉(zhuǎn)移，進入大氣，滲入土壤和地下水，將破壞生態(tài)環(huán)境，嚴重影響人類健康和動植物生長。露天堆存的廢槽襯是潛在的集中危險源，廢槽襯會因淋雨或吸收空氣中的水分而產(chǎn)生危險。
[0005]專利CN105062460A公開了一種利用廢電解槽的絕緣側(cè)壁制備石油支撐劑的方法，涉及電解鋁廢電解槽的再利用制備石油支撐劑的方法，所述方法包括以下過程:將廢電解槽的絕緣側(cè)壁從電解槽中拆分后，經(jīng)揀選、分離、用次氯酸鈉的水溶性處理后，消除廢側(cè)壁中的F——和Cf，然后進行粗破碎，經(jīng)過酸洗，回收其中的AIF3，然后進行細破碎，整形、篩分水洗和烘干處理，制備出石油支撐劑。
[0006]專利CN公開了105327933A—種基于化學沉淀和氧化還原反應的鋁電解槽廢槽襯處理方法，將廢槽襯破碎、磨細至粒度1-1Omm后，加入氧化反應池中；按理論反應值的1.2-2.0倍加入次氯酸鈉溶液，控制弱堿性的pH值7.0-8.5，危險元素氰化物與次氯酸鈉溶液發(fā)生氧化還原反應而被除去，反應時間為0.5-1.0小時;通過防腐篩網(wǎng)過濾氧化反應后的殘渣，置于沉淀反應池中；將濃度為飽和濃度值0.8-1.0倍的石灰水加入沉淀反應池中，浸泡殘渣1.0-1.5小時，使之結(jié)合氟化物反應生成難溶的CaF2,沉淀反應后通過防腐篩網(wǎng)過濾，所得濾液可作為純堿工業(yè)和氧化鋁工業(yè)的原料;濾后的最終殘渣，己經(jīng)實現(xiàn)了無害化，可作為原料回用于修路、建筑、水泥、耐火等行業(yè)。
[0007]專利CNl320491A公開了一種鋁電解槽廢內(nèi)襯的綜合回收方法:將鋁電解槽廢內(nèi)襯粉碎后投入注入水和濃硫酸的酸解罐中進行酸解，產(chǎn)生的氣體用水反復淋洗，回收氫氟酸；酸解罐中酸解后經(jīng)過濾產(chǎn)生濾渣和濾液，其濾渣可制取石墨粉和工業(yè)氫氧化鋁、氧化鋁;其濾液可生產(chǎn)多種氟化鹽、硫酸鹽產(chǎn)品。
[0008]專利CN10130268A公開了一種鋁電解槽廢舊陰極炭塊的綜合利用方法，主要是將其應用于鋁電解槽電熱焙燒中陰陽兩極導電和發(fā)熱材料，屬于電解槽焙燒用材料技術(shù)領(lǐng)域。應用方法:1.將鋁電解槽廢舊陰極炭塊粗碎，分離其中鋼棒、耐火材料、電解質(zhì)等;2.將經(jīng)過分離的廢舊陰極炭塊進行破碎，成為l-5mm粒度顆粒;3.采用不同導電率的廢舊陰極破碎料在鋁電解槽內(nèi)鋪設，調(diào)整通電后的電流分布;4.廢舊陰極顆粒通過氧化或撈炭渣方式消除。
[0009]碳含量較低的鋁電解廢槽襯一般是進行無害化處理后進行填埋或作為路基材料，現(xiàn)有處理工藝不能高效回收碳含量低的廢槽襯中的電解質(zhì)成分，或者由于工藝流程復雜、生產(chǎn)效率低下、電解質(zhì)回收率低等原因使得一些回收工藝不能合理有效地應用于廢槽襯回收處理中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種超聲波輔助加壓堿浸回收鋁電解廢槽襯中電解質(zhì)的方法。
[0011]本發(fā)明一種超聲波輔助加壓堿浸回收鋁電解廢槽襯中電解質(zhì)的方法，包括下述步驟:
[0012]步驟一
[0013]將鋁電解廢槽襯破碎粉磨，得到備用粉料；
[0014]步驟二
[0015]將步驟一得到的備用粉料與水混合配成漿體，采用超聲波預處理；
[0016]步驟三
[0017]步驟二得到的預處理漿體加入堿液中加壓浸出，浸出后過濾，得到濾渣和濾液；
[0018]步驟四
[0019]向步驟三得到的濾液中通入⑶2，產(chǎn)生沉淀，過濾分離，得到電解質(zhì)和尾液，尾液返回步驟三。
[0020]本發(fā)明一種超聲波輔助加壓堿浸回收鋁電解廢槽襯中電解質(zhì)的方法，步驟一中，粒徑小于0.074臟的粉料占備用粉料總質(zhì)量的50%-100%。
[0021]本發(fā)明一種超聲波輔助加壓堿浸回收鋁電解廢槽襯中電解質(zhì)的方法，步驟二中，備用粉料與水混合配成漿體，液固質(zhì)量比為1-3:1。
[0022]本發(fā)明一種超聲波輔助加壓堿浸回收鋁電解廢槽襯中電解質(zhì)的方法，步驟二中，超聲波預處理過程，超聲波頻率25-40KHZ、優(yōu)選40KHz，功率50-600W、優(yōu)先150-300W，超聲波預處理時間5_30min、優(yōu)先10_20min。
[0023]本發(fā)明一種超聲波輔助加壓堿浸回收鋁電解廢槽襯中電解質(zhì)的方法，步驟三中，堿液溶質(zhì)為Na0H、K0H、Li0H、Rb0H中的至少一種，優(yōu)選NaOH。
[0024]本發(fā)明一種超聲波輔助加壓堿浸回收鋁電解廢槽襯中電解質(zhì)的方法，步驟三中，加壓浸出溫度100-300°C、優(yōu)選150-200°C，時間30-180min、優(yōu)選60-90min，液固質(zhì)量比5-10:1，堿液中0『濃度1-511101/1，攪拌速率200-100(^/111丨11、優(yōu)選500-80(^/11^11。
[0025]本發(fā)明一種超聲波輔助加壓堿浸回收鋁電解廢槽襯中電解質(zhì)的方法，CO2通氣量10-100L/h，通氣時間 5-30min。
[0026]本發(fā)明一種超聲波輔助加壓堿浸回收鋁電解廢槽襯中電解質(zhì)的方法，電解質(zhì)的回收率最尚可達96.84 %。
[0027]本發(fā)明一種超聲波輔助加壓堿浸回收鋁電解廢槽襯中電解質(zhì)的方法，整個工藝的周期為90min。
[0028]本發(fā)明一種超聲波輔助加壓堿浸回收鋁電解廢槽襯中電解質(zhì)的方法，適于處理含碳量低的鋁電解廢槽襯。特別適用于碳的質(zhì)量百分含量小于等于30%的鋁電解廢槽襯。
[0029]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0030]1.超聲波處理增大了廢槽襯中電解質(zhì)與其他物質(zhì)的分離效果，有效縮短了堿浸時間、增大了溶出物質(zhì)量。
[0031]2.加壓浸出技術(shù)的應用，加快了工序反應速度，提高了浸出液中電解質(zhì)的溶解度。
[0032]3.超聲波處理和加壓浸出的協(xié)同作用，使得廢槽襯中的可溶電解質(zhì)最大程度地溶解于堿液中得到回收，該工藝流程簡單、生產(chǎn)周期短、不產(chǎn)生二次污染，適于處理含碳量低的鋁電解廢槽襯。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合具體實施例作進一步說明，但本發(fā)明并不因此而受到任何限制。
[0034]實施例1
[0035]取國內(nèi)某廠鋁電解槽廢槽襯10g，測得主要成分含量為(wt%):C28.14,S1227.45^Fe2O3 7.84^Na2O 13.27、A1203 7.19、F 8.04。
[0036]步驟一
[0037]將鋁電解槽廢舊陰極炭塊破碎，得到備用顆粒，備用顆粒中粒徑小于0.074mm的顆粒占備用顆?？傎|(zhì)量的90% ；
[0038]步驟二
[0039]將步驟一所得備用顆粒與水按液固比2:1配成漿體，漿體在超聲波中處理15min，超聲波頻率40KHz，功率200W;
[0040]步驟三
[0041 ]將步驟二所得超聲波處理后礦漿按液固比8:1加入NaOH濃度2mol/L的堿液中，堿浸過程在高壓釜中加壓條件下進行，恒溫180°C，攪拌速度600rpm，反應時間60min，過濾得到濾渣和濾液。
[0042]步驟四
[0043]向步驟三所述濾液中按25L/h通入⑶2氣體，通氣15min，過濾得到電解質(zhì)粉體，尾液回用。
[0044]計算電解質(zhì)回收率:
[0045]將步驟三所得濾液蒸發(fā)結(jié)晶后得晶體9.16g，去除NaOH量，整個處理過程電解質(zhì)回收率為96.84%，工藝周期為90min(不包括破碎備料和干燥時間)。
[0046]對比例I
[0047]取國內(nèi)某廠鋁電解槽廢槽襯10g，測得主要成分含量為(wt%):C28.14,S1227.45^Fe2O3 7.84^Na2O 13.27、A1203 7.19、F 8.04。
[0048]步驟一
[0049]將鋁電解槽廢舊陰極炭塊破碎，得到備用顆粒，備用顆粒中粒徑小于0.074mm的顆粒占備用顆?？傎|(zhì)量的90% ；
[0050]步驟二[0051 ] 將步驟一所述備用顆粒按液固比8:1加入NaOH濃度2mol/L的堿液中，堿浸過程在高壓釜中加壓條件下進行，恒溫180°C，攪拌速度600rpm，反應時間150min，過濾得到濾渣和濾液。
[0052]步驟三
[0053]向步驟二所述濾液中按25L/h通入⑶2氣體，通氣15min，過濾得到電解質(zhì)粉體，尾液回用。
[0054]計算電解質(zhì)回收率:
[0055]將步驟三所得濾液蒸發(fā)結(jié)晶后得晶體8.58g，去除NaOH量，整個處理過程電解質(zhì)回收率為76.49%，工藝周期為165min(不包括破碎備料和干燥時間)。
[0056]對比例2
[0057]取國內(nèi)某廠鋁電解槽廢槽襯10g，測得主要成分含量為(wt%):C28.14,S1227.45^Fe2O3 7.84^Na2O 13.27、A1203 7.19、F 8.04。
[0058]步驟一
[0059]將鋁電解槽廢舊陰極炭塊破碎，得到備用顆粒，備用顆粒中粒徑小于0.074mm的顆粒占備用顆?？傎|(zhì)量的90% ；
[0060]步驟二
[0061]將步驟一所得備用顆粒與水按液固比2:1配成漿體，漿體在超聲波中處理15min，超聲波頻率40KHz，功率200W;
[0062]步驟三
[0063]將步驟二所得超聲波處理后礦漿按液固比8:1加入NaOH濃度2mol/L的堿液中，堿浸過程在水浴鍋中加壓條件下進行，恒溫100°c，攪拌速度600rpm，反應時間150miη，過濾得到濾渣和濾液。
[0064]步驟四
[0005]向步驟三所述濾液中按25L/h通入⑶2氣體，通氣15min，過濾得到電解質(zhì)粉體，尾液回用。
[0066]計算電解質(zhì)回收率:
[0067]將步驟三所得濾液蒸發(fā)結(jié)晶后得晶體8.67g，去除NaOH量，整個處理過程電解質(zhì)回收率為79.65%，工藝周期為180min(不包括破碎備料和干燥時間)。
[0068]實施例2
[0069]取國內(nèi)某廠鋁電解槽廢槽襯20g，測得主要成分含量為(wt%):C28.14、S1227.45^Fe2O3 7.84^Na2O 13.27、A1203 7.19、F 8.04。
[0070]步驟一
[0071]將鋁電解槽廢舊陰極炭塊破碎，得到備用顆粒，備用顆粒中粒徑小于0.074mm的顆粒占備用顆?？傎|(zhì)量的100% ；
[0072]步驟二
[0073]將步驟一所得備用顆粒與水按液固比2:1配成漿體，漿體在超聲波中處理5min，超聲波頻率40KHz，功率600W;
[0074]步驟三
[0075]將步驟二所得超聲波處理后礦漿按液固比8:1加入NaOH濃度lmol/L的堿液中，堿浸過程在高壓釜中加壓條件下進行，恒溫100°c，攪拌速度200rpm，反應時間180min，過濾得到濾渣和濾液。
[0076]步驟四
[0077]向步驟三所述濾液中按100L/h通入C02氣體，通氣15min，過濾得到電解質(zhì)粉體，尾液回用。
[0078]計算電解質(zhì)回收率:
[0079]將步驟三所得濾液蒸發(fā)結(jié)晶后得晶體5.95g，去除NaOH量，整個處理過程電解質(zhì)回收率為96.49%，工藝周期為200min(不包括破碎備料和干燥時間)。
[0080]實施例3
[0081 ]取國內(nèi)某廠鋁電解槽廢槽襯30g，測得主要成分含量為(wt%):C 28.14,S1227.45^Fe2O3 7.84^Na2O 13.27、A1203 7.19、F 8.04。
[0082]步驟一
[0083]將鋁電解槽廢舊陰極炭塊破碎，得到備用顆粒，備用顆粒中粒徑小于0.074mm的顆粒占備用顆?？傎|(zhì)量的80% ；
[0084]步驟二
[0085]將步驟一所得備用顆粒與水按液固比3:1配成漿體，漿體在超聲波中處理20min，超聲波頻率25KHz，功率400W;
[0086]步驟三
[0087]將步驟二所得超聲波處理后礦漿按液固比8:1加入NaOH濃度5mol/L的堿液中，堿浸過程在高壓釜中加壓條件下進行，恒溫150°C，攪拌速度400rpm，反應時間90min，過濾得到濾渣和濾液。
[0088]步驟四
[0089]向步驟三所述濾液中按25L/h通入⑶2氣體，通氣30min，過濾得到電解質(zhì)粉體，尾液回用。
[0090]計算電解質(zhì)回收率:
[0091]將步驟三所得濾液蒸發(fā)結(jié)晶后得晶體18.74g，去除NaOH量，整個處理過程電解質(zhì)回收率為96.14%,工藝周期為140min(不包括破碎備料和干燥時間)。
[0092]實施例4
[0093]取國內(nèi)某廠鋁電解槽廢槽襯10g，測得主要成分含量為(wt%):C29.42,S1228.25^Fe2O3 6.64^Na2O 12.67、A1203 7.45、F 7.88。
[0094]步驟一
[0095]將鋁電解槽廢舊陰極炭塊破碎，得到備用顆粒，備用顆粒中粒徑小于0.074mm的顆粒占備用顆?？傎|(zhì)量的50% ；
[0096]步驟二
[0097]將步驟一所得備用顆粒與水按液固比2:1配成漿體，漿體在超聲波中處理30min，超聲波頻率40KHz，功率50W;
[0098]步驟三
[0099]將步驟二所得超聲波處理后礦漿按液固比5:1加入NaOH濃度4mol/L的堿液中，堿浸過程在高壓釜中加壓條件下進行，恒溫200 V，攪拌速度600rpm，反應時間90min，過濾得到濾渣和濾液。
[0100]步驟四
[0? 01 ]向步驟三所述濾液中按50L/h通入⑶2氣體，通氣5min，過濾得到電解質(zhì)粉體，尾液回用。
[0102]計算電解質(zhì)回收率:
[0103]將步驟三所得濾液蒸發(fā)結(jié)晶后得晶體10.71g，去除NaOH量，整個處理過程電解質(zhì)回收率為96.78%，工藝周期為125min(不包括破碎備料和干燥時間)。
[0104]實施例5
[0105]取國內(nèi)某廠鋁電解槽廢槽襯20g，測得主要成分含量為(wt%):C29.42,S1228.25^Fe2O3 6.64^Na2O 12.67、A1203 7.45、F 7.88。
[0106]步驟一
[0107]將鋁電解槽廢舊陰極炭塊破碎，得到備用顆粒，備用顆粒中粒徑小于0.074mm的顆粒占備用顆?？傎|(zhì)量的90% ；
[0108]步驟二
[0109]將步驟一所得備用顆粒與水按液固比1:1配成漿體，漿體在超聲波中處理15min，超聲波頻率40KHz，功率200W;
[0110]步驟三
[0111]將步驟二所得超聲波處理后礦漿按液固比7:1加入NaOH濃度2mol/L的堿液中，堿浸過程在高壓釜中加壓條件下進行，恒溫250 V，攪拌速度SOOrpm，反應時間120min，過濾得到濾渣和濾液。
[0112]步驟四
[0?13]向步驟三所述濾液中按20L/h通入⑶2氣體，通氣15min，過濾得到電解質(zhì)粉體，尾液回用。
[0114]計算電解質(zhì)回收率:
[0115]將步驟三所得濾液蒸發(fā)結(jié)晶后得晶體8.3g，去除NaOH量，整個處理過程電解質(zhì)回收率為96.43%，工藝周期為150min(不包括破碎備料和干燥時間)。
[0116]實施例6
[0117]取國內(nèi)某廠鋁電解槽廢槽襯30g，測得主要成分含量為(wt%):C29.42,S1228.25^Fe2O3 6.64^Na2O 12.67、A1203 7.45、F 7.88。
[0118]步驟一
[0119]將鋁電解槽廢舊陰極炭塊破碎，得到備用顆粒，備用顆粒中粒徑小于0.074mm的顆粒占備用顆粒總質(zhì)量的90% ；
[0120]步驟二
[0121]將步驟一所得備用顆粒與水按液固比2:1配成漿體，漿體在超聲波中處理15min，超聲波頻率40KHz，功率300W;
[0122]步驟三
[0123]將步驟二所得超聲波處理后礦漿按液固比10:1加入NaOH濃度3mol/L的堿液中，堿浸過程在高壓釜中加壓條件下進行，恒溫300°C，攪拌速度lOOOrpm，反應時間30min，過濾得到濾渣和濾液。
[0124] 步驟四
[0? 25]向步驟三所述濾液中按10L/h通入⑶2氣體，通氣25min，過濾得到電解質(zhì)粉體，尾液回用。
[0126]計算電解質(zhì)回收率:
[0127]將步驟三所得濾液蒸發(fā)結(jié)晶后得晶體14.55g，去除NaOH量，整個處理過程電解質(zhì)回收率為91.07%，工藝周期為70min(不包括破碎備料和干燥時間)。
【主權(quán)項】
1.一種超聲波輔助加壓堿浸回收鋁電解廢槽襯中電解質(zhì)的方法，其特征在于;包括以下步驟: 步驟一 將鋁電解廢槽襯破碎粉磨，得到備用粉料； 步驟二 將步驟一得到的備用粉料與水混合配成漿體，采用超聲波預處理； 步驟三 步驟二得到的預處理漿體加入堿液中進行加壓浸出，浸出后過濾，得到濾渣和濾液； 步驟四 向步驟三得到的濾液中通入co2，產(chǎn)生沉淀，過濾分離，得到電解質(zhì)和尾液，尾液返回步驟三重復利用。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波輔助加壓堿浸回收鋁電解廢槽襯中電解質(zhì)的方法;其特征在于:步驟一中，粒徑小于0.074mm的粉料占備用粉料總質(zhì)量的50%-100%。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種超聲波輔助加壓堿浸回收鋁電解廢槽襯中電解質(zhì)的方法;其特征在于:步驟二中，備用粉料與水混合配成漿體，液固比為1-3:1。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超聲波輔助加壓堿浸回收鋁電解廢槽襯中電解質(zhì)的方法;其特征在于:步驟二中，超聲波預處理過程，超聲波頻率25-40KHZ，功率50-600W，超聲波預處理時間5_30min。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種超聲波輔助加壓堿浸回收鋁電解廢槽襯中電解質(zhì)的方法;其特征在于:步驟三中堿液中溶質(zhì)為NaOH、KOH、L1H、RbOH中的至少一種。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種超聲波輔助加壓堿浸回收鋁電解廢槽襯中電解質(zhì)的方法;其特征在于:步驟三中，堿浸溫度100-300°C，堿浸時間30-180min，堿浸液固比5-10:1，堿液中MT濃度l-5mol/L，攪拌速率200-1000r/min。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種超聲波輔助加壓堿浸回收鋁電解廢槽襯中電解質(zhì)的方法;其特征在于:CO2通氣量10-100L/h，通氣時間5-30min。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種超聲波輔助加壓堿浸回收鋁電解廢槽襯中電解質(zhì)的方法;其特征在于:電解質(zhì)的回收率大于等于96.14 %。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種超聲波輔助加壓堿浸回收鋁電解廢槽襯中電解質(zhì)的方法;其特征在于:整個工藝的周期為90min。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種超聲波輔助加壓堿浸回收鋁電解廢槽襯中電解質(zhì)的方法;其特征在于:所述方法適于碳的質(zhì)量百分含量小于等于30 %的鋁電解廢槽襯。
【文檔編號】C25C3/18GK106086938SQ201610497500
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】肖勁, 袁杰, 田忠良, 楊凱, 黃金堤, 余柏烈, 仲奇凡, 賴延清, 李劼
【申請人】中南大學