專利名稱：鋁電解槽廢內(nèi)襯的綜合回收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種利用鋁電解槽廢內(nèi)襯綜合回收有價(jià)值材料的方法。
目前，世界上金屬鋁的工業(yè)化生產(chǎn)仍然是以熔鹽電解法為主，鋁電解槽的碳素內(nèi)襯長期在電解質(zhì)的浸蝕滲透作用下經(jīng)五年左右就需刨碎取出，進(jìn)行大修更新，平均每生產(chǎn)一噸鋁約產(chǎn)生35kg廢內(nèi)襯，一個(gè)年產(chǎn)十萬噸鋁的中型鋁廠，每年將有三千五百噸鋁電解槽廢內(nèi)襯需要處理。經(jīng)分析，鋁電解槽廢內(nèi)襯中含石墨碳素54％，氟化鹽24％，氧化鋁等22％，由于無合適的處理方法，只能當(dāng)作工業(yè)垃圾排放，不僅污染環(huán)境，而且浪費(fèi)了大量人力和運(yùn)力。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員已將鋁電解槽廢內(nèi)襯的回收利用做為研究課題。目前，在公知技術(shù)中處理鋁電解槽廢內(nèi)襯的方法主要有三種一、高溫水解法該法工藝復(fù)雜，對設(shè)備的技術(shù)條件要求高，雖工業(yè)試驗(yàn)已取得一定成果，但推廣應(yīng)用卻受種種條件限制。而且該法還要以廢槽襯中的石墨碳素做為燃料燒掉。因而不是一種全面回收方法。
二、苛性鈉溶液浸出法該法目前雖在澳大利亞某些鋁廠被采用，但該法僅能回收廢槽襯中50％的冰晶石，不但回收產(chǎn)品單一，回收效率低，而且仍有大量廢渣需排放。
三、浮選法該法回收含碳的電解質(zhì)，只能用于鋁電解的臟料槽中，而回收的碳粉又含較多的氟化物等雜質(zhì)，只能少量用于配制鋁電解槽底糊。該法回收的產(chǎn)品質(zhì)量較差，使用受到限制，因而回收量小，故未能得到推廣應(yīng)用。
本發(fā)明的目的就是提供一種工藝簡單，便于操作應(yīng)用，能全面有效回收鋁電解槽廢內(nèi)襯中有價(jià)值材料的新方法。
本發(fā)明的綜合回收方法是這樣實(shí)現(xiàn)的先將干燥的鋁電解槽廢內(nèi)襯加工成粉料待用；將一定量的水注入有保溫設(shè)施的酸解罐中，然后注入濃硫酸，使之稀釋并升溫，乘熱將鋁電解槽廢內(nèi)襯粉料加入酸解罐中進(jìn)行酸解；將酸解罐中反應(yīng)產(chǎn)生的氣體引出用水反復(fù)淋洗吸收氟化氫氣體，回收氫氟酸；同時(shí)酸解罐中因化學(xué)反應(yīng)，罐內(nèi)溫度繼續(xù)上升至120-150℃時(shí)，保溫2-5小時(shí)，再用水稀釋罐內(nèi)產(chǎn)物，經(jīng)過濾后得濾渣和濾液，濾渣為生產(chǎn)石墨粉和氫氧化鋁、氧化鋁的原料，濾液為含有酸性硫酸鈉、酸性氟化鈉和氫氟酸的酸溶液，做為生產(chǎn)多種氟化鹽和硫酸鹽產(chǎn)品的原料。
上述步驟中，開始時(shí)加入酸解罐中的水、濃硫酸及廢內(nèi)襯粉料的配比為(按重量份數(shù)比計(jì)，取廢內(nèi)襯粉料為1份，下同)廢內(nèi)襯粉料∶水∶濃硫酸(含量為98％)＝1∶(0.1-0.26)∶(0.3-0.8)；酸解罐中升溫并保溫2-5小時(shí)后，再用水稀釋的水用量為0.1-0.5份。
在上述產(chǎn)生的酸溶液原料中，加入燒透的稻殼灰和輕質(zhì)二氧化硅、緩緩攪拌10-40分鐘后加入氫氧化鈉(或碳酸鈉)再攪拌10-30分鐘后靜置10-40分鐘可制得氟硅酸鈉和硫酸鈉。在酸溶液原料中加入的稻殼灰為0.005-0.03份、輕質(zhì)二氧化硅為0.07-0.15份、氫氧化鈉為0.1-0.35份。如用碳酸鈉代替氫氧化鈉，碳酸鈉的加入量為0.2-0.4份。
在上述產(chǎn)生的酸溶液原料中，加入氫氧化鈉(或碳酸鈉)攪拌全溶后加入無水硫酸鋁粉，反應(yīng)生成固狀物質(zhì)，經(jīng)過濾后，濾渣用水沖洗烘干，可制取冰晶石(工業(yè)氟鋁酸鈉)；濾液經(jīng)濃縮結(jié)晶制取工業(yè)硫酸鈉。在酸溶液原料中加入的氫氧化鈉為0.2-0.6份，無水硫酸鋁粉為0.08-0.2份。如用碳酸鈉代替氫氧化鈉，碳酸鈉的加入量為0.3-0.7份。
在上述產(chǎn)生的酸溶液原料中，加入氫氧化鈉或碳酸鈉，經(jīng)攪拌充分溶解，產(chǎn)生絮狀沉淀，靜置2-6小時(shí)后排出上清液，沉淀物經(jīng)沖洗、烘干、粉碎，制取工業(yè)氟化鈉；排出的上清液及沖洗液合并經(jīng)濃縮結(jié)晶后，制取工業(yè)硫酸鈉。制取工業(yè)氟化鈉時(shí)，在酸溶液原料中加入的氫氧化鈉為0.3-0.6份。如用碳酸鈉代替氫氧化鈉，碳酸鈉的加入量為0.4-0.8份。
將上述產(chǎn)生的濾渣原料沖洗至中性，加入氫氧化鈉，在隔火條件下，加熱到450-550℃，恒溫10-40分鐘后取出，冷卻并加以粉碎，然后投入浸出槽中，加入50-100℃熱水?dāng)嚢?0-40分鐘后進(jìn)行過濾，其濾渣用30-60℃熱水部洗至中性，將濾渣烘干，制取石墨粉。
將上述制取石墨粉過程中產(chǎn)生的鋁酸鈉濾液加入濃度為10-50％的硫酸鋁溶液0.7-0.9份，產(chǎn)生的沉淀物用水沖洗近中性PH＝5-7，烘干粉碎制取工業(yè)氫氧化鋁。將此氫氧化鋁經(jīng)500-1000℃煅燒，即可得到工業(yè)氧化鋁。以上各組份的加入量均為重量份。
綜上所述，本發(fā)明的鋁電解槽廢內(nèi)襯綜合回收方法，通過一般的酸解、堿解等化工操作，可回收純度較高的多種氟化鹽和硫酸鹽、氫氧化鋁及石墨粉等，充分回收利用了廢內(nèi)襯中各種有價(jià)值材料，做到物盡其用，從而實(shí)現(xiàn)無渣無污排放。本發(fā)明具有明顯的工藝簡單、便于應(yīng)用、回收量大等特點(diǎn)，將使鋁電解槽廢內(nèi)襯全部回收利用成為現(xiàn)實(shí)。
附圖
為本發(fā)明的工藝流程圖。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例做如下說明實(shí)施例一回收稀工業(yè)氫氟酸，制取生產(chǎn)石墨粉、氫氧化鋁、氧化鋁的濾渣原料和生產(chǎn)多種氟化鹽、硫酸鹽產(chǎn)品的酸溶液原料。其具體步驟是1、將干燥的鋁電解槽廢內(nèi)襯粉碎加工成-100目粉料備用。
2、在有保溫設(shè)施的酸解罐中注入水90公斤，然后加入濃度為98％的工業(yè)濃硫酸310公斤，待罐內(nèi)稀釋發(fā)熱升溫至70℃時(shí)，將500公斤廢內(nèi)襯粉料投入酸解罐中，開動攪拌器攪拌均勻，酸解罐中物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
3、將酸解罐中反應(yīng)產(chǎn)生的氣體引入淋洗吸收塔中用水進(jìn)行反復(fù)淋洗吸收后排出的液體為稀工業(yè)氫氟酸。
4、酸解罐中化學(xué)反應(yīng)使溫度繼續(xù)上升至140℃時(shí)，保溫3小時(shí)后，再注入水200公斤，攪拌稀釋，然后過濾，產(chǎn)生濾渣和酸性濾液。濾渣經(jīng)沖洗后作為生產(chǎn)石墨粉和氫氧化鋁、氧化鋁的原料酸性濾液作為生產(chǎn)多種氟化鹽產(chǎn)品的原料。
實(shí)施例二生產(chǎn)工業(yè)氟硅酸鈉和工業(yè)硫酸鈉。
將實(shí)施例一中的酸性濾液及沖洗濾渣排出的酸水合并，注入中和罐中，加入燒透稻殼灰5公斤后，再加入輕質(zhì)二氧化硅46公斤，緩緩攪拌30分鐘，加入氫氧化鈉116公斤(或加碳酸鈉154公斤)繼續(xù)攪拌20分鐘、靜置30分鐘后，扒出罐內(nèi)液體表面殘余的稻殼灰，并進(jìn)行過濾，濾液經(jīng)濃縮結(jié)晶，回收工業(yè)硫酸鈉200公斤，濾渣用水沖洗至PH＝6即可烘干，可制得工業(yè)氟硅酸鈉90公斤。
實(shí)施例三生產(chǎn)冰晶石和工業(yè)硫酸鈉。
將實(shí)施例一中的酸性濾液及沖洗濾渣排出的酸水合并注入中和罐中，加入氫氧化鈉210公斤(或碳酸鈉252公斤)攪拌全溶后，再加入無水硫酸鋁粉料70公斤，攪拌30分鐘后過濾，用水沖洗濾渣至PH≥5后烘干濾渣可制取工業(yè)氟鋁酸鈉(即冰晶石)110公斤。濾液經(jīng)濃縮結(jié)晶，回收工業(yè)硫酸鈉250公斤。
實(shí)施例四生產(chǎn)工業(yè)氟化鈉和工業(yè)硫酸鈉。
將實(shí)施例一中的酸性濾液及沖洗濾渣排出的酸水合并注入中和槽中，加入氫氧化鈉(即苛性鈉)240公斤(或加碳酸鈉318公斤)攪拌充分溶解后即產(chǎn)生大量絮狀沉淀，靜置4小時(shí)后，排出上清液，再加冷水沖洗沉淀三次，后將沉淀物烘干粉碎，制得純度＞94％工業(yè)氟化鈉120公斤，排出的上清液及沖洗液合并并經(jīng)濃縮結(jié)晶后，回收工業(yè)硫酸鈉300公斤。
實(shí)施例五生產(chǎn)石墨粉。
將實(shí)施例一中的濾渣沖洗至中性后，加入氫氧化鈉87公斤，充分?jǐn)嚢杈鶆?，在隔火條件下加熱至500℃，進(jìn)行堿解，恒溫30分鐘后，取出冷卻并加以粉碎，之后投入浸出槽中加80℃熱水200公斤，充分?jǐn)嚢?0分鐘后進(jìn)行過濾，對濾渣用50℃熱水沖洗至PH＝7，將濾渣烘干，可制取C＞95％石墨粉210公斤。
實(shí)施例六生產(chǎn)工業(yè)氫氧化鋁和氧化鋁。
將實(shí)施例五中的濾液及沖洗出的堿性液合并后，加入濃度為30％的硫酸鋁水溶液410公斤后即產(chǎn)生大量沉淀，此沉淀經(jīng)過濾并用水沖洗至PH＝6.5后，即進(jìn)行烘干粉碎，可制取工業(yè)氫氧化鋁215公斤，將此氫氧化鋁經(jīng)800℃煅燒即可得到工業(yè)氧化鋁130公斤。
本發(fā)明方法還可適用于回收廢碳渣、沉淀塊、廢爐底等含電解質(zhì)的其它渣料。
權(quán)利要求
1.一種鋁電解槽廢內(nèi)襯的綜合回收方法，其特征是按下述步驟進(jìn)行a、將干燥的鋁電解槽廢內(nèi)襯加工成粉料；b、將水注入有保溫設(shè)施的酸解罐中，然后注入濃硫酸溶液，使之稀釋并升溫，乘熱將鋁電解槽廢內(nèi)襯粉料投入酸解罐中進(jìn)行酸解；c、將反應(yīng)產(chǎn)生的氟化氫氣體引出用水反復(fù)淋洗吸收，回收工業(yè)氫氟酸；d、同時(shí)，酸解罐中因化學(xué)反應(yīng)，罐內(nèi)溫度繼續(xù)升至120-150℃時(shí)，保溫2-5小時(shí)，再用水稀釋罐內(nèi)產(chǎn)物，經(jīng)過濾后分成濾渣和濾液，濾渣為生產(chǎn)石墨粉和氫氧化鋁、氧化鋁的原料，濾液為生產(chǎn)多種氟化鹽和硫酸鹽產(chǎn)品的原料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解槽廢內(nèi)襯的綜合回收方法，其特征是在權(quán)利1的b步驟中所述的加入酸解罐中的水、濃硫酸及廢內(nèi)襯粉料的重量份數(shù)比為廢內(nèi)襯粉料∶水∶濃硫酸(含量為98％)＝1∶(0.1-0.26)∶(0.3-0.8)；d步驟中所述的用水為0.1-0.5份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁電解槽廢內(nèi)襯的綜合回收入方法，其特征是在所述的酸溶液原料中加入燒透的稻殼灰0.005-0.03份和輕質(zhì)二氧化硅0.07-0.15份、氫氧化鈉0.1-0.35份(或碳酸鈉0.2-0.4份)，即制得氟硅酸鈉和工業(yè)硫酸鈉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁電解槽廢內(nèi)襯的綜合回收方法，其特征是所述的酸溶液原料中，加入氫氧化鈉0.2-0.6份(或碳酸鈉0.3-0.7份)和硫酸鋁粉0.08-0.2份，反應(yīng)生成固狀物質(zhì)，經(jīng)過濾后，濾渣用水沖洗烘干，制取冰晶石；其濾液經(jīng)濃縮結(jié)晶制取工業(yè)硫酸鈉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁電解槽廢內(nèi)襯的綜合回收方法，其特征是所述的酸溶液原料中，加入氫氧化鈉0.2-0.6份或碳酸鈉0.4-0.8份，經(jīng)攪拌溶解，產(chǎn)生絮狀沉淀，靜置后排出上清液，其沉淀物經(jīng)沖洗、烘干、粉碎制取工業(yè)氟化鈉；排出的上清液經(jīng)濃縮結(jié)晶后，制取工業(yè)硫酸鈉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁電解槽廢內(nèi)襯的綜合回收方法，其特征是將所述的濾渣原料沖洗至中性，加入氫氧化鈉0.1-0.3份，在隔火條件下加熱到450-550℃，恒溫10-40分鐘后取出，冷卻并加以粉碎，然后投入浸出槽中，加入50-100℃熱水0.2-0.8份，攪拌10-40分鐘后進(jìn)行過濾，其濾渣用30-60℃熱水沖洗至中性，將濾渣烘干，制取石墨粉。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋁電解槽廢內(nèi)襯的綜合回收方法，其特征是將權(quán)利要求6中制取石墨粉過程中產(chǎn)生的鋁酸鈉濾液，加入濃度為10-50％硫酸鋁溶液0.7-0.9份，產(chǎn)生的沉淀物用水沖洗至PH＝5-7，，烘干粉碎制取工業(yè)氫氧化鋁。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋁電解槽廢內(nèi)襯的綜合回收方法，其特征是將權(quán)利要求7制取的工業(yè)氫氧化鋁經(jīng)500-1000℃煅燒，制得工業(yè)氧化鋁。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁電解槽廢內(nèi)襯的綜合回收方法,是將鋁電解槽廢內(nèi)襯粉碎后投入注入水和濃硫酸的酸解罐中進(jìn)行酸解,產(chǎn)生的氣體用水反復(fù)淋洗,回收氫氟酸;另外,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。本發(fā)明方法充分回收利用了鋁電解槽廢內(nèi)襯中各種有價(jià)值材料,從而實(shí)現(xiàn)了煉鋁行業(yè)的無渣無污排放,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。
文檔編號B09B5/00GK1320491SQ01106228
公開日2001年11月7日 申請日期2001年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月28日
發(fā)明者趙隆昌 申請人:趙隆昌, 王輝