[发明专利]一种超声波碱浸和微波消解联合处理电解铝废阴极炭块的方法

说明书

技术领域

本发明属于铝电解固废资源综合利用技术领域，具体涉及一种超声波碱浸和微波消解联合处理电解铝废阴极炭块的方法。

背景技术

在铝电解生产过程中，高温电解质对内衬材料的渗透、腐蚀，导致电解槽内衬结构发生变形、破裂，电解槽内的铝液和电解质从裂缝漏出，一般电解槽使用5～6年后就需停槽进行大修，取出的所有废旧内衬材料简称为大修渣，大修渣主要包括阴极炭块、阴极糊、耐火砖、保温砖、防渗料及绝热板等。

电解铝大修渣中主要废料是废阴极炭块，据统计，每电解生产一吨原铝会产生10kg左右废阴极材料。2016年中国废阴极排放量超30万吨，并有400多万吨的累积堆存。由于目前国内外缺乏先进的废阴极炭块无害化处置及资源化利用技术，电解铝企业普遍采用的掩埋或堆存处理方法，但这样既严重污染环境又造成大量资源浪费。

铝电解槽废阴极炭块中可溶F^-的溶出率约为3000～6000mg/L，CN^-溶出率约为10～ 40mg/L，远超《危险废物鉴别标准腐蚀性鉴别》(GB 5085.1-2007)与《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)中F^-和CN^-浸出毒性鉴别标准，属于危险固体废弃物。如废阴极炭块不能得到无害化处理和综合性利用，将可能长期污染周边区域的土壤和地下水。

目前，国内外现有技术中，对电解铝废阴极炭块的处置方法如下：

1、作为水泥制造的燃料和溶剂：废阴极炭块的主要成分为炭和氟化物，炭可作为燃料，氟化物可作为溶剂，废阴极炭块成分与水泥的成分CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₃O₄相似，用废阴极炭块作为水泥制造中的补充燃料，碱金属氟化物作为炉料烧结反应的催化剂，可降低熟料烧结温度减少燃料用量，同时废阴极炭块中的有害物质在高温环境中进行分解置换，并最终固化在水泥熟料中。

2、通过浮选回收废阴极炭块中氟盐和炭：电解质浸入废阴极炭块后，主要分布在炭块的裂缝和孔洞之中，电解质与炭有明显的分界面，通过物理破碎将二者解离开，采用浮选工艺分离炭与电解质，浮选得到的炭精粉可回用于铝电解槽阴极炭块的制作，浮选电解质可与少量新冰晶石混合加入铝电解槽中使用。

3、通过超高温煅烧回收废阴极炭块中的石墨质炭素材料：根据电解铝废阴极炭块中氟化物、氰化物及炭素的物理化学性质，采用超高温(2000℃～3000℃)煅烧法挥发出其中的氟化物、分解其中的氰化物，而在真空的条件下阴极中的炭素不能燃烧，从而实现废阴极中炭素和氟化物、氰化物的有效分离。同时，超高温处理能大大提高废阴极炭块的石墨化度，得到高纯度的石墨质炭素材料。超高温处理过程中的废气通过水喷淋法吸附回收其中的氟化物，实现电解铝废阴极炭块的无害化处置及资源化利用。

虽然目前有关铝电解废阴极炭块的回收处理工艺较多，但大多未能得到广泛工业化应用，主要是因为这些工艺都存在一些弊端，如处理成本高、工艺复杂、设备腐蚀严重、产品附加值低、环保压力大、能耗高等。因此，国内电解铝废阴极炭块主要还是以填埋或堆存为主，电解铝废阴极炭块的环境污染问题依然没有得到有效解决。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种超声波碱浸和微波消解联合处理电解铝废阴极炭块的方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种超声波碱浸和微波消解联合处理电解铝废阴极炭块的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)破碎粉磨：将电解铝废阴极炭块进行破碎粉磨，获得废阴极炭粉；

(2)超声波碱浸：首先将步骤(1)中获得的废阴极炭粉加入质量分数为5～20％的碱性溶液中制得碱性浆液，然后将所述碱性浆液在超声波频率为27～100kHz，功率为300～750W，温度为20～100℃条件下超声波处理30～120min，最后将所述碱性浆液过滤获得滤饼Ⅰ和滤液Ⅰ，将所述滤饼Ⅰ水洗至中性，获得炭精粉；

(3)微波消解：首先将步骤(2)中获得的炭精粉加入质量分数为20～50％的酸性溶液中制得酸性浆液，然后将所述酸性浆液在10～40min升温至150～210℃，压力为0.1～2MPa 条件下微波消解10～60min，最后将所述酸性浆液过滤获得滤饼Ⅱ和滤液Ⅱ，将所述滤饼Ⅱ干燥后获得石墨粉。

进一步，所述方法还包括将步骤(2)中获得的滤液Ⅰ进行蒸发结晶处理，获得氟化物产品。