[发明专利]一种电解铝电解槽废旧阴极炭块的回收利用方法

说明书

本发明公开一种铝电解槽废旧阴极炭块的回收利用方法，该方法将铝电解槽废旧阴极炭块原料经过破碎、色选、粉碎、球磨后得到炭粉，然后配入占炭粉质量5～20wt％且粒度小于2mm的5A型或10X型沸石分子筛并于800～1600℃温度下热处理30～120min，在得到的含氟固体产物中加入98wt％，80～120℃热的浓硫酸，将生成的HF气体通入去离子水进行吸收冷凝后得到氢氟酸产品。本发明以沸石分子筛作为热处理反应物料，同时起到催化剂和分散剂的作用，工艺先进，优势明显，在实现有害气体“零排放”的前提下获得高附加值氢氟酸产品，环境效益和经济效益显著。

技术领域

本发明属于电解铝工业固废综合利用技术领域。具体是一种电解铝电解槽废旧阴极炭块无害化处理以及有效回收其中炭及氟资源的方法。

背景技术

我国的电解铝工业自进入21世纪以来一直保持较高的增长速度。氧化铝电解的电解槽寿命有限，每3～5年就要进行一次大修，废阴极炭块是电解槽大修产生的主要废弃物之一，是电解过程中产生的含氟危险固体废弃物。

至2017年我国已建成铝电解产能约4500万吨、实际产量超过3600万吨、占全球电解铝产能的50％以上。在铝电解生产过程中，炭阴极由于含氟盐的渗透而膨胀、进一步引起电解槽的破损报废。铝电解槽一般使用4～6年左右就需要停槽大修，取出所有的废槽衬材料(简称为大修渣)，废阴极炭块约占大修渣的50％。大修渣是电解铝生产过程中不可避免的固体废弃物，每生产1吨电解铝大约产生10～30kg的大修渣。电解铝大修渣在《国家危险废物名录》中规定为危险固体废弃物(类别为：HW48)，废槽衬已被列入《国家危险废物名录》HW32无机氟化物废物、HW33无机氰化物废物。铝电解废旧阴极炭块中、碳素材料占30％～70％，其余为电解质、主要是Na3[AlF6]、NaF、CaF2、MgF2、LiF、AlF3、NaCN、Na4[Fe(CN)6]等，还有少量的Al、Al4C3、AlN、Na等，这些物质与水具有可溶性以及反应活性、会产生HF、HCN、H2、CH4、NH3等有害或可燃性气体，含氟、含氰化合物进入环境会对人类及动植物的健康与生长构成极大的危害。因此，研究铝电解槽废旧阴极炭块的综合利用技术，既是资源回收的内容，也是环境保护的要求，符合我国可持续发展战略的要求。

废阴极炭块是一种富含高度石墨化碳和含氟电解质的有价资源。因此、如何彻底解除铝电解废阴极炭块中氟化物和氰化物的危害，实现铝电解废阴极炭块的无害化和资源化回收利用是亟需攻克的行业难关，业内专家学者和生产一线人员针对这一难题进行了多年不懈的探索研究，如采用碱浸或者超声波辅助浮选加压碱浸取(CN106745137A、CN106077038A、CN106077040A、CN106587122A、CN101817521A、CN106086938A、CN105821445A)、酸处理或者超声波辅助浮选加压酸处理(CN106077037A、CN106077036A、CN106180118A、CN101984984A)、碱浸出与酸浸出以及粉煤灰联合(CN107162061A)、保温除氰结合浮选得炭渣和电解质渣并加热去炭(CN106064813A、CN105964659A、CN107313073A)、高温煅烧(CN102989744A、CN105964660A、CN106517209A、CN107904621A、CN106147910A、CN100542702C、CN101054693A、CN107628614A、CN105642649A、CN106185818A、CN106269787A)、水浸(CN105772486A、CN107377592A、CN105728440A、CN106166560A)以及化学沉淀(CN105327933A)等方法进行处理。

从已有的技术成果来看，对铝电解槽废阴极炭块的无害化、资源化处理利用分成水溶液的湿法处理和高温处理二大类。湿法处理又涉及到水洗(浸)、碱处理、酸处理、酸-碱联合以及结合浮选工艺等，主要以回收电解质及碳素为目的，湿法处理中采用氧化剂将氰化物分解成无害的气体物质。高温处理技术主要以无害化为目的，将废阴极作为燃料燃烧，或采用高温、真空等技术结合，将电解质或碳素材料分别回收利用，含氰化合物在高温下被氧化分解成无害的气体物质。