[发明专利]一种铝电解槽废阴极炭块的高值化回收方法

说明书

本发明公开了一种铝电解槽废阴极炭块的高值化回收方法，包括以下步骤：1）将阴极炭块破碎化处理得阴极炭块粉末料；2）对阴极炭块粉末料进行炭提取得到黑色碳粉；3）利用步骤2）中的黑色碳粉制备氧化石墨；4）通过剥离将氧化石墨溶液处理成氧化石墨烯溶液。本发明在以阴极炭块为原料制备氧化石墨烯时，避免使用氢氟酸，使得制备过程更加安全，且原料价格低廉、制备工业非常适合大规模工业化。本发明方案工艺合理，流程简单，具备较高的实用性。

技术领域

本发明属于铝电解槽固废处理技术领域，具体涉及一种铝电解槽废阴极炭块的高值化回收方法，以铝电解槽废阴极为原料利用化学法制备氧化石墨烯及其衍生物（氧化石墨烯气凝胶或薄膜）。

背景技术

伴随着社会的发展与进步，我国的原铝产量逐年增加，在原铝生产过程中产生的废料数量也在不断增加，原铝工业需要处理的主要污染物之一便是铝电解槽的废阴极。据报道，我国铝电解产能已在2019年达到3570万吨，按每吨电解铝产生30kg废阴极计算，单单是2019年便会形成107.1万吨废阴极。废阴极又被称为SPL，是铝电解槽在工作过程中的副产物，因其浸出的氰化物与氟化物超标而被归为危险废料。并于2016年被环保部门列入《国家危险废物名录》，因此，如果对废阴极不加以处理，而直接露天堆放，炭块中的氟化物与氰化物极有可能转移，进入到大气，或者混入河流中，对环境生态以及人们的身体健康构成极大的威胁，因此对废旧阴极的处理十分必要。废阴极由于长期在铝电解槽中工作，受到高温环境的影响，石墨化程度相当高，也在某种程度上增加了废阴极的利用价值。

目前对废阴极处理的主要方式仍然以填埋与堆存为主，此种方式对环境与大气包括周边居民的身体健康都有着比较大的安全隐患，并且无法使废阴极的残余价值最大化。科研工作者通过大量试验工作，主要处理方式有酸碱浸、浮选或焙烧法来进行提碳回收，但是此类方法得到的碳无法实现废阴极的高值化利用。

专利CN109485036A 提出了将废阴极进行处理得到石墨烯的想法，但其在操作过程中使用到的氢氟酸对人体有巨大危害，十分危险，因此还是存在一定的安全隐患且所得氧化石墨烯的品质无法控制。

石墨烯是由碳原子以sp²杂化成的六元环按周期蜂窝状点阵排列的二维结构，可在二维空间无限的延伸的具有优异强度，导热性，导电性等性质的材料，被认为是眼下最具发展潜力的新型材料，且具有非常高的价值。通过还原法还原氧化石墨烯，适合大规模制备石墨烯，备受关注。但是目前石墨烯的制备主要还是使用到天然石墨与膨胀石墨，而石墨中的强分子间作用力使得制备石墨烯的效率与收益有限。但是天然石墨资源储量有限，且制备及使用成本较高。因此，开发廉价的前驱体及低温、批量制备工艺受到工业界的广泛关注。

发明内容

针对当下技术的局限性，本发明提供了一种铝电解槽废阴极炭块的高值化回收方法，利用废阴极为原料，使用改性的化学法来进行氧化石墨烯的制备，使废阴极得以进行高值化回收利用。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案为：

一种铝电解槽废阴极炭块的高值化回收方法，包括以下步骤：

1）将阴极炭块破碎化处理得阴极炭块粉末料；

2）对阴极炭块粉末料进行碳提取得到黑色碳粉；

4）利用步骤2）中的黑色碳粉制备氧化石墨溶液；

4）再通过剥离将氧化石墨溶液处理成氧化石墨烯溶液。

还包括步骤5）对氧化石墨烯溶液进行干燥处理，回收得氧化石墨烯产品。

步骤1）中，依次采用颚式破碎机、球磨机进行破碎化处理，使粒度达到100～450目的粉末料占到粉末料总量的75wt %以上。

步骤2）中，通过浮选或者酸碱浸的方式进行碳提取，其中，浮选处理后碳含量在75～95wt%，酸碱浸后碳含量在85～95wt%。