[发明专利]一种用电解铝废阴极炭制备膨胀石墨或石墨烯的方法

说明书

一种用电解铝废阴极炭制备膨胀石墨或石墨烯的方法：包括以下步骤：（1）粉碎，再与强氧化剂加水搅拌、辗混或湿磨并水热氧化反应；（2）控温加压，将超临界或液态二氧化碳压送入，搅拌混合，静置，调温调压分离，得水性浆料和氧化石墨浆流体，氧化石墨浆流体水洗脱除杂质；（3）方法1：雾化膨胀剥离脱除二氧化碳，即成；方法2：或加入还原剂还原应，再雾化膨胀剥离脱除二氧化碳，即成；或进一步脱氮脱氧处理；方法3：或加入氟化剂，加热氟化反应，雾化膨胀剥离脱除二氧化碳，即成。本发明方法所得膨胀石墨粉、石墨烯粉、脱氮脱氧石墨烯粉或氟化石墨烯粉性能优异；本发明方法简单，高效，清洁、无二次污染，低耗，适应于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种制备膨胀石墨或石墨烯的方法，具体涉及一种用电解铝废阴极炭制备膨胀石墨或石墨烯的方法。

背景技术

目前，我国及世界的电解铝产量发展迅猛。据统计，至2016年12月底，我国电解铝的铝冶炼企业已建成产能达4369.8万吨，已运行产能达3673.9万吨。随着电解铝产量的增加，电解过程中产生的固体废弃物，如废阴极炭块、废阳极炭粒、废耐火砖、废保温砖、废保温炉渣的产量也迅速增加，其中仅我国电解铝行业每年产生的废阴极已达25万吨，近年尚有400多万吨的累计堆存量无合适场地填埋，而全世界堆存的废阴极炭块实际量已达千万吨。

铝电解槽炭质废料包括电解铝过程中产生的废阴极炭块和废阳极炭粒等，主要为废阴极炭块。铝电解槽废阴极炭块的主要成分为C，还含有Na₃AlF₆、CaF₂、NaF、AlF₃、α-Al₂O₃等，其中碳含量为50～70%，电解质氟化物为30～50%，氰化物约为0.2%。铝电解过程中没有参与电解并吸收电解液中电解质的阳极炭粒（又称阳极炭渣）的主要成分是以Na₃AlF₆为主的钠铝氟化物、α-Al₂O₃和C，其余为电解质氟化物，其中，碳含量为40～60%。

电解铝废阴极炭块属于石墨化程度高的人造材料，众所周知，电解铝阴极是以煅烧的无烟煤、冶金焦、石墨等为骨料，煤沥青等为粘结剂成型焙烧制成，用于含铝电解槽炭质内衬的块类或糊类碳素制品，为石墨化或石墨类碳素材料，具有硬度大、摩擦系数小、不易破碎、极难燃（相对于燃煤）的特点。现代大型铝电解预焙槽的电解温度在950～970℃之间，每生产1吨铝消耗约50kg冰晶石、氟化铝、氟化镁等电解质，由于热作用、化学作用、机械冲蚀作用、电作用、钠和电解质的渗透等引起的熔盐反应、化学反应，铝电解槽中的阴极炭块使用一定时间后会破损，一般运行4～7年后需进行大修，拆除下来的主要是废阴极炭块、废耐火材料、废保温材料等，同时在电解过程中还产生一定量的阳极炭粒。

另外，电解铝固体废弃物由于含有大量的可溶性的氟化物和少量氰化物（主要为氰化钠和铁氰化钠），属于危险废弃物，须进行妥善处理。而现有技术条件下，电解铝厂普遍采用的填埋、堆存方法处理这些固体废弃物，所含的可溶性氟化物及氰化物会通过风吹、日晒、雨淋的作用转移或挥发进入大气，或随雨水混入江河、渗入地下污染土壤和地下水，对动植物及人体产生很大损害，破坏生态环境，影响农业生态平衡，使农作物减产，其危害将是长期的。对于废阴极炭块中氰化物的处理，处理技术主要有弱酸溶解+聚硫化物转化为硫代氰酸盐和金属硫代物的方法，锰离子+紫外光催化氧化方法、臭氧和次氯酸钠联合氧化方法、高温氯化处理方法、高温氧化方法、生化法处理氰化物技术。但是，现有的这些氰化物处理技术方法繁琐、成本高，且存在二次污染。