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CN105821445B - 一种从铝电解槽废旧的阴极炭块中回收炭和电解质的方法 - Google Patents

一种从铝电解槽废旧的阴极炭块中回收炭和电解质的方法 Download PDF

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CN105821445B CN201610362843.5A CN201610362843A CN105821445B CN 105821445 B CN105821445 B CN 105821445B CN 201610362843 A CN201610362843 A CN 201610362843A CN 105821445 B CN105821445 B CN 105821445B
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Abstract

本发明公开了一种从铝电解槽废旧的阴极炭块中回收炭和电解质的方法，包括以下步骤：步骤(1)：将阴极炭块破碎、粉磨；步骤(2)：将步骤(1)处理后获得的阴极炭粉在碱液中搅拌、浸出，随后过滤得到滤饼A1和滤液B1；向滤液B1中投加沉淀剂，过滤得到滤饼A2和滤液B2；步骤(3)：将滤饼A1和滤饼A2、浮选介质及浮选药剂混合调浆，浮选、分离得到炭和电解质；所述的浮选药剂包括捕收剂、起泡剂和调节剂，所述的捕收剂由质量比为0.65‑0.75∶0.25‑0.35的捕收剂C1和捕收剂C2组成；捕收剂C1选自煤焦油、重油、煤油、柴油中的至少一种，捕收剂C2选自十二胺、十二烷基苯磺酸钠、油酸钠、十二烷基磺酸钠中的至少一种。本发明实现了从废旧阴极炭块中有效分离回收炭粉和电解质。

Description

一种从铝电解槽废旧的阴极炭块中回收炭和电解质的方法
技术领域
本发明属于碳废弃物回收领域，具体涉及一种从铝电解槽废旧的阴极炭块中回收炭和电解质的方法。
背景技术
金属铝已经成为国民经济发展的重要基础材料。但是在铝冶炼生产过程中，由于受到电解质的侵蚀，每生产1吨电解铝，将会产生约10kg的废旧阴极炭块，这成为铝电解行业中主要的固体污染物。如按此计算，2015年国内电解铝产量已经达到3141万吨，产生废旧阴极炭块30万吨以上，其数量巨大不可忽视。
在铝电解产生的废旧阴极炭块中，主要成分为炭、冰晶石、氟化钠、氧化铝、氟化铝，以及少量的碳化铝、碳化钠及少量的氰化物。当前我国处理废旧阴极炭块主要采用堆放或者安全填埋的方法。但是废旧阴极炭块中炭占50％～70％且高度石墨化，其余的是以冰晶石为主体的电解质，均是可利用的资源，尤其是其中的冰晶石资源已经严重匮乏，对它们的分离回收具有较好的经济效益。因此，废旧阴极炭块的回收利用具有较好的发展前景。
目前，废旧阴极炭块分离回收炭和电解质的方法有浮选法、焙烧法、高温水解法、酸化法等。其中，焙烧法、高温水解法、酸化法等存在高能耗、高酸碱消耗的问题。为此，专利01138204.X、201010140919.2、201010140908.4、201410561966.2提出采用浮选法对废旧阴极炭块进行分离回收，对炭粉和电解质进行了有效的分离，多级浮选后，电解质中炭粉含量仅为5％～10％，可以有效地解决上述问题。但是，浮选过程中药剂用量大，浮选级数多且浮选废水需处理。
此外，公开号为CN101973545A的中国专利文献公开了一种提纯高纯石墨的方法，石墨原矿经过破碎、球磨、筛分等工序后，采用浮选设备或重选设备对其进行选矿处理，得到石墨精矿；石墨精矿先在加压反应釜中进行碱浸处理，而后在超声波场或微波场中进行常压酸浸处理；处理后的石墨粉再用氢氟酸或含氟盐氟化钠进行浸出，得到纯度较高的石墨产品。该方法浮选效率低，效果差，药剂投加量大。
发明内容
为了解决现有废旧阴极炭块浮选过程中药剂用量大，浮选级数多等技术问题，本发明提供了一种从铝电解槽废旧的阴极炭块中回收炭粉和电解质的方法，以达到在较少药剂用量，较少浮选级数的情况下还可保证良好炭粉的纯度及回收率的目的。
一种从铝电解槽废旧的阴极炭块中回收炭和电解质的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：将阴极炭块破碎、粉磨；
步骤(2)：将步骤(1)处理后获得的阴极炭粉在碱液中搅拌、浸出，随后过滤得到滤饼A1和滤液B1；
步骤(3)：将滤饼A1和浮选药剂混合调浆，浮选、分离，浮选泡沫产品为炭，浮选尾矿为电解质(以CaF2为主体)；所述的浮选药剂包括捕收剂、起泡剂和调节剂；其中，所述的捕收剂由质量比为0.65-0.75∶0.25-0.35的捕收剂C1和捕收剂C2组成；捕收剂C1选自煤焦油、重油、煤油、柴油中的至少一种，捕收剂C2选自十二胺、十二烷基苯磺酸钠、油酸钠、十二烷基磺酸钠中的至少一种。
本发明中，所述碱液浸出处理和所述浮选药剂协同提高浮选、分离的效率和效果，提高阴极炭块的炭回收率和回收炭的纯度，降低浮选过程药剂的使用量。相较于现有浮选回收方法，药剂用量少，操作简便；处理过程无需消耗较多热量，能耗较低。
步骤(1)中，将阴极炭块破碎、粉磨至-200目占80％以上。
通过物理破碎可将分布在阴极炭块裂缝和孔洞之中的电解质和炭材料解离。在所述颗粒粒径下，可提高步骤(2)的碱浸(碱液浸出)效果，进而改善步骤(3)的浮选效果，达到提高炭的回收率和纯度的目的。
作为优选，步骤(1)中，先采用颚式破碎机将阴极炭块破碎至-30mm，再用细碎机将其破碎至-2mm，最后采用球磨机粉磨至粒度至200目，其中-200目占80％以上。
进一步优选，步骤(1)中，将阴极炭块破碎、粉磨至-200目的颗粒占总颗粒重量的85-90％。
步骤(2)中，阴极炭粉与碱液按照固液质量比1∶6～8配成浆体，并在温度20～60℃、转速60～100r/min的条件下进行浸出，浸出时间为30-60min。
所述的碱液为碱性化合物的水溶液，其浓度为4～8mol/L。
作为优选，所述的碱液为碱金属氢氧化物的水溶液。
进一步优选，所述的碱金属氢氧化物为氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种的水溶液。
步骤(2)中，将配制得到的浆体在所述温度和转速下碱浸。
浸出过程的主要反应例如为：
Na3AlF6+4NaOH＝NaAl(OH)4+6NaF
炭粉和碱液的比例，温度，搅拌时间，搅拌速度相互作用，促进碱浸效率，提高上述反应的进行程度。
作为优选，步骤(2)中，碱浸温度为50～60℃，搅拌速度为80～100r/min，搅拌碱浸时间为30-45min。
碱浸处理结束后，过滤处理得到滤饼A1和滤液B1；滤液B1中含有具有回收价值的氟化物；为了提高阴极炭块中电解质的回收率，作为优选，步骤(2)中，还包括：向滤液B1中投加沉淀剂，过滤得到滤饼A2和滤液B2；滤饼A2和滤饼A1合并进行步骤(3)。
向滤液B1中加入沉淀剂进行沉淀反应，所述沉淀剂为溶度积大于CaF2的含钙化合物，主要用于沉淀滤液B1的F-，沉淀剂参与的反应为：
Ca2++2F-＝CaF2↓
作为优选，所述的沉淀剂为CaO、CaCl2、Ca(OH)2的至少一种，所述沉淀剂的用量为步骤(1)的阴极炭块中可溶性氟化物物质的量的1.05～1.1倍。
沉淀反应结束后，将滤饼A1(或/和滤饼A2合并)浮选回收炭。
步骤(3)中，采用水作为浮选介质来进行调浆过程，其中，滤饼A1和滤饼A2的总重量与浮选介质的质量比为1∶10～20。若未对滤液B1进行沉淀处理，即步骤(3)中的调浆过程中，滤饼A1的重量与浮选介质的质量比为1∶10～20。
作为优选，将步骤(2)获得的滤液B2套用至步骤(3)的调浆过程。滤液B1经沉淀剂处理，脱除了较多F-，提高了电解质的回收率。得到的滤液B2可直接循环套用至步骤(3)的调浆过程。此外，滤液B2也可经过现有技术浓缩，回收得到过量的含钙化合物，浓缩收集的冷凝水再回收套用至步骤(2)的碱液配制、步骤(3)的调浆等过程。
滤液B2套用至调浆过程，可实现整个处理过程中的闭路循环，节约了用水量。滤液B2作为浮选介质套用至步骤(3)前用水稀释，作为优选，滤液B2的体积小于或等于稀释用水体积的0.8倍。
作为优选，步骤(3)中，调浆过程中，滤饼A1和滤饼A2的总重量与浮选介质的质量比为1∶10～15。所述的浮选介质为水或滤液B2的水稀释液。
浮选处理分离得到上层(浮选泡沫层)炭粉和以CaF2为主体的下层(浮选尾矿层)电解质。浮选处理后的浮选介质可通过过滤操作去除掺杂的多余物料，直接返回浮选过程，也可以通过现有的技术蒸发浓缩，将收集到的冷凝水返回碱浸或浮选过程。掺杂的物料及浓缩之后的产物可根据生产过程的实际情况，返回浮选流程进行利用。
浮选过程中，所述的浮选药剂对炭的回收具有较大影响，本发明采用的捕收剂为所述质量比捕收剂C1和捕收剂C2的组合物。
通过捕收剂C1和捕收剂C2组合、协同配合，使捕收剂以及其它药剂在矿浆中分散均匀，有助于降低药剂用量，增强了一次浮选的效率，进而减少了浮选级数。
作为优选，以阴极炭块重量为基准，所述捕收剂用量为100～600g/t。
进一步优选，所述捕收剂中，捕收剂C1为质量比1-2∶1的煤油和柴油混合物；捕收剂C2为质量比为1∶1-1.5的十二烷基苯磺酸钠和油酸钠混合物。在该优选物料下，以阴极炭块重量为基准，所述捕收剂用量为200～500g/t。
作为优选，所述的起泡剂选自二号油、樟脑油、甲基异丁基甲醇、混合脂肪醇中的至少一种；以阴极炭块重量为基准，所述起泡剂用量为50～120g/t。
进一步优选，所述起泡剂为质量比1.5-2∶1的二号油和樟脑油混合物。在该优选物料下，以阴极炭块重量为基准，所述起泡剂用量为100～120g/t。
作为优选，所述调节剂选自三异丙醇胺(NTP)、乙二胺四乙酸(EDTA)、乙二胺四甲叉膦酸盐(HDTP)、水玻璃中的至少一种；以阴极炭块重量为基准，所述调节剂用量为100～300g/t。
进一步优选，所述调节剂为质量比1-1.5∶1的NTP和HDTP混合物。在该优选物料下，以阴极炭块重量为基准，所述调节剂用量为200～300g/t。
本发明中，g/t为浮选药剂中的各组分的投加单位，均以阴极炭块重量为基准，即为，每吨阴极炭块投加相应g重量的对应物料。
所述的浮选药剂中，各组分及投加比重相互协同，提高浮选效果，配合步骤(2)的碱浸处理，协同提高炭和电解质的回收率及回收的炭的纯度。
作为优选，浮选处理的时间为5-10min。在所述条件下，浮选一次即可完成发明目的，且浮选时间较短，相对于现有技术，处理效率高，效果好。
本发明具有以下较好的效果：
1、本发明采用浮选法，相比于现行的浮选法来说，由于捕收剂C2的加入，使捕收剂以及其它药剂在矿浆中分散均匀，因而有效的降低了药剂用量(捕收剂用量减少100～400g/t，起泡剂用量减少了30～80g/t，调节剂用量比现行方法的最低用量还少)，增强了一次浮选的效率，进而减少了浮选级数。
2、本发明采用碱浸的方法，将不溶性氟离子转化为可溶性氟离子，使用含钙化合物将全部的游离氟离子进行固定，减少后续浮选分离过程中游离氟离子对浮选过程的影响，并且使浮选分离的物质相对于转化前，电解质成分更加简单，只需分离炭粉与CaF2。
3、本发明采用的浮选法不需要后续的废水处理，其产生的废水在流程内就完成了净化，且将浸出液中的氟离子进行了有效的回收，简化了处理工序。
4、本发明对电解质的回收率超过了90％，电解质中的氟化物转化成为CaF2，经后续处理后，质量达到了工业使用的要求，可以代替萤石矿的使用，减轻了矿物资源压力；炭粉的纯度也达到了85％～90％，回收率为90％～95％；实现了对废旧阴极炭块的分离回收，提高了经济效益，并且减轻了环保压力。
具体实施方式
以下实施例按上述操作方法实施，其中所用阴极炭块为同一成分含量，含碳量为55.42％，氟化物含量30.65％。
实施例1
步骤(1)：破碎磨粉：
将1kg电解铝槽废旧阴极炭块先采用颚式破碎机将阴极炭块破碎至-30mm，再用细碎机将其破碎至-2mm，最后采用球磨机粉磨至粒度至200目，其中-200目占80％。
步骤(2)：碱浸过滤：
取步骤(1)粉磨好的废旧阴极炭粉末1kg，加入4mol/L的氢氧化钠溶液中配成浆体(固液质量比为1∶6)，在温度50℃、转速100r/min的条件下，在搅拌浸出槽中进行浸出，搅拌浸出45min后过滤，得滤饼A1、滤液B1；向滤液B1中加入相当于可溶性氟化物含量(或物质的量)105％的CaO，至沉淀结束，过滤得到滤饼A2、滤液B2。
步骤(3)：浮选：将步骤(2)中的滤饼(滤饼A1和滤饼A2)按照固液质量比为1∶10加入水中，加入由0.355g煤油和0.175g油酸钠组成的捕收剂，起泡剂：樟脑油0.12g，调节剂：水玻璃0.2g；浮选10min，分离得到上层炭粉和以CaF2为主体的下层电解质。通过计算，电解质回收率为91.53％，炭粉纯度86.79％，回收率为93.31％。
对比例1
和实施例1相比，区别在于，不进行步骤(2)的碱浸过滤步骤，将步骤(1)磨好的细粉直接进行步骤(3)的浮选处理。浮选结束后，分离得到上层炭粉和以CaF2为主体的下层电解质。通过计算，电解质回收率为84.62％，炭粉纯度78.92％，回收率为86.45％。
对比例2
和实施例1相比，区别在于，用煤油替代油酸钠，即采用的捕收剂为单一煤油成分，煤油的投加重量为0.530g。浮选结束后，分离得到上层炭粉和以CaF2为主体的下层电解质。通过计算，电解质回收率为80.53％，炭粉纯度79.27％，回收率为83.86％。
对比例3
和实施例1相比，区别在于，用油酸钠替代煤油，即采用的捕收剂为0.530g油酸钠。浮选结束后，分离得到上层炭粉和以CaF2为主体的下层电解质。通过计算，电解质回收率为75.62％，炭粉纯度74.42％，回收率为81.18％。
对比例4
和实施例1相比，区别在于，捕收剂的成为未改变，用量不在发明范围内，即采用的捕收剂由0.3g煤油和0.3g油酸钠组成。浮选结束后，分离得到上层炭粉和以CaF2为主体的下层电解质。通过计算，电解质回收率为85.04％，炭粉纯度82.79％，回收率为86.58％。
实施例2
和实施例1相比，区别在于，配制浆体过程中用浮选介质代替步骤(3)中的水，浮选介质滤液B2用水稀释0.6倍后的液体。浮选结束后，分离得到上层炭粉和以CaF2为主体的下层电解质。通过计算，电解质回收率为91.44％，炭粉纯度86.64％，回收率为93.21％。
实施例3
步骤(1)：破碎磨粉：
将1kg电解铝槽废旧阴极炭块先采用颚式破碎机将阴极炭块破碎至-30mm，再用细碎机将其破碎至-2mm，最后采用球磨机粉磨至粒度至200目，其中-200目占85％。
步骤(2)：碱浸过滤：
取步骤(1)粉磨好的废旧阴极粉末1kg，加入6mol/L的氢氧化钠溶液中配成浆体(固液质量比为1∶7)，在温度40℃，转速90r/min的条件下，在搅拌浸出槽中进行浸出，搅拌浸出60min后过滤，得滤饼A1、滤液B1；向滤液B1中加入相当于可溶性氟化物含量(或物质的量)107％的CaO，至沉淀结束，过滤得到滤饼A2、滤液B2。
步骤(3)：浮选：
将步骤(2)中的滤饼(滤饼A1和滤饼A2)按照固液质量比为1∶15加入水中，加入由0.15g煤油、0.15g的柴油、0.06g十二烷基苯磺酸钠和0.09g的油酸钠组成的捕收剂；起泡剂：0.08g二号油、0.04g樟脑油；调节剂：0.15g三异丙醇胺(NTP)和0.1gHDTP；浮选8min，分离得到上层炭粉和以CaF2为主体的下层电解质。通过计算，电解质回收率为93.04％，炭粉纯度88.67％，回收率为94.35％。
实施例4
和实施例3相比，区别在于，捕收剂由0.2g煤油、0.2g的柴油、0.12g十二烷基磺酸钠和0.08g的油酸钠组成。浮选结束后，分离得到上层炭粉和以CaF2为主体的下层电解质。通过计算，电解质回收率为90.81％，炭粉纯度86.78％，回收率为92.53％。
实施例5
和实施例4相比，区别在于，捕收剂由0.2g重油、0.2g的柴油、0.08g十二烷基苯磺酸钠和0.12g的油酸钠组成。浮选结束后，分离得到上层炭粉和以CaF2为主体的下层电解质。通过计算，电解质回收率为91.15％，炭粉纯度85.83％，回收率为91.88％。
实施例6
和实施例3相比，区别在于，起泡剂由二号油0.06g和樟脑油0.06g组成。浮选结束后，分离得到上层炭粉和以CaF2为主体的下层电解质。通过计算，电解质回收率为90.58％，炭粉纯度85.06％，回收率为89.46％。
实施例7
步骤(1)：破碎磨粉：
将1kg电解铝槽废旧阴极炭块先采用颚式破碎机将阴极炭块破碎至-30mm，再用细碎机将其破碎至-2mm，最后采用球磨机粉磨至粒度至200目，其中-200目占90％。
步骤(2)：碱浸过滤：
取步骤(1)粉磨好的废旧阴极炭粉1kg，加入8mol/L的氢氧化钠溶液中配成浆体(固液质量比为1∶8)，在温度60℃，、转速80r/min的条件下，在搅拌浸出槽中进行浸出，搅拌浸出30min后过滤，得滤饼A1、滤液B1；向滤液B1中加入相当于可溶性氟化物含量(或物质的量)110％的CaO，至沉淀结束，过滤得到滤饼A2、滤液B2。
步骤(3)：浮选：
将步骤(2)中的滤饼(滤饼A1和滤饼A2)按照固液质量比为1∶20加入水中，加入由0.35g煤焦油和0.15g十二烷基磺酸钠组成的捕收剂，起泡剂混合脂肪醇0.08g，调节剂HDTP0.3g；浮选5min，分离得到上层炭粉和以CaF2为主体的下层电解质。通过计算，电解质回收率为91.63％，炭粉纯度86.33％，回收率为93.57％。
实施例8
步骤(1)：破碎磨粉：
将1kg电解铝槽废旧阴极炭块先采用颚式破碎机将阴极炭块破碎至-30mm，再用细碎机将其破碎至-2mm，最后采用球磨机粉磨至粒度至200目，其中-200目占90％。
步骤(2)：碱浸过滤：
取步骤(1)粉磨好的废旧阴极炭块1kg，加入8mol/L的氢氧化钾溶液中配成浆体(固液质量比为1∶8)，在温度60℃，、转速80r/min的条件下，在搅拌浸出槽中进行浸出，搅拌浸出30min后过滤，得滤饼A1、滤液B1；向滤液B1中加入相当于可溶性氟化物含量(或物质的量)110％的CaO，至沉淀结束，过滤得到滤饼A2、滤液B2。
(3)浮选：
将步骤(2)中的滤渣按照固液质量比为1∶10加入水中，加入由0.4g柴油和0.175g十二烷基苯磺酸钠组成的捕收剂，起泡剂：甲基异丁基甲醇0.1g，调节剂：三异丙醇胺(NTP)0.25g；浮选5min，分离得到上层炭粉和以CaF2为主体的下层电解质。通过计算，电解质回收率为92.13％，炭粉纯度87.25％，回收率为93.07％。
以上所述，仅为本发明的实施方案的结果。

Claims (9)

1.一种从铝电解槽废旧的阴极炭块中回收炭和电解质的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：将阴极炭块破碎、粉磨；
步骤(2)：将步骤(1)处理后获得的阴极炭粉在碱液中搅拌、浸出，随后过滤得到滤饼A1和滤液B1；
向滤液B1中投加沉淀剂，过滤得到滤饼A2和滤液B2；
步骤(3)：将滤饼A1、滤饼A2和浮选药剂混合调浆，浮选、分离，浮选泡沫产品为炭，浮选尾矿为电解质；所述的浮选药剂包括捕收剂、起泡剂和调节剂；其中，所述的捕收剂由质量比为0.65-0.75∶0.25-0.35的捕收剂C1和捕收剂C2组成；捕收剂C1选自煤焦油、重油、煤油、柴油中的至少一种，捕收剂C2选自十二胺、十二烷基苯磺酸钠、油酸钠、十二烷基磺酸钠中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的从铝电解槽废旧的阴极炭块中回收炭和电解质的方法，其特征在于，所述捕收剂中，捕收剂C1为质量比1-2∶1的煤油和柴油混合物；捕收剂C2为质量比为1∶1-1.5的十二烷基苯磺酸钠和油酸钠混合物。
3.根据权利要求2所述的从铝电解槽废旧的阴极炭块中回收炭和电解质的方法，其特征在于，步骤(1)中，将阴极炭块破碎、粉磨至-200目占80％以上。
4.根据权利要求1所述的从铝电解槽废旧的阴极炭块中回收炭和电解质的方法，其特征在于，所述的沉淀剂为CaO、CaCl2、Ca(OH)2的至少一种，所述沉淀剂的用量为步骤(1)的阴极炭块中可溶性氟化物物质的量的1.05～1.1倍。
5.根据权利要求1-4任一项所述的从铝电解槽废旧的阴极炭块中回收炭和电解质的方法，其特征在于，所述的碱液为碱性化合物的水溶液，其浓度为4～8mol/L。
6.根据权利要求5所述的从铝电解槽废旧的阴极炭块中回收炭和电解质的方法，其特征在于，步骤(2)中，阴极炭粉与碱液按照固液质量比1∶6～8配成浆体，并在温度20～60℃、转速60～100r/min的条件下进行浸出，浸出时间为30-60min。
7.根据权利要求1-4任一项所述的从铝电解槽废旧的阴极炭块中回收炭和电解质的方法，其特征在于，以阴极炭块重量为基准，所述捕收剂用量为100～600g/t。
8.根据权利要求7所述的从铝电解槽废旧的阴极炭块中回收炭和电解质的方法，其特征在于，所述的起泡剂选自二号油、樟脑油、甲基异丁基甲醇、混合脂肪醇中的至少一种；以阴极炭块重量为基准，所述起泡剂用量为50～120g/t。
9.根据权利要求8所述的从铝电解槽废旧的阴极炭块中回收炭和电解质的方法，其特征在于，所述调节剂选自三异丙醇胺、乙二胺四乙酸、乙二胺四甲叉膦酸盐、水玻璃中的至少一种；以阴极炭块重量为基准，所述调节剂用量为100～300g/t。
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