[发明专利]一种从铝熔盐电解含炭固体废料中分离回收炭和电解质组分的方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金环境领域，特别涉及一种从铝熔盐电解含炭固体废料中分离回收炭和电解质组分的方法。

背景技术

工业中某些轻金属和稀土金属都是采用熔盐电解的方法生产，如铝、稀土金属镧、铈、铷等。铝是用冰晶石-氧化铝熔盐电解的方法生产，其阳极使用煅烧后的石油焦破碎成不同的粒级与煤沥青混合、混捏成型，再经焙烧后制成。在铝电解的生产过程，炭阳极不断消耗，理论上每电解生产一吨金属铝需要消耗0.334吨炭阳极，而实际上每生产一吨金属铝，炭阳极消耗在0.4吨左右，即实际炭阳极消耗要比理论炭阳极消耗多70kg/t-Al左右，有的高达100 kg/t-Al以上，这多消耗的70～100 kg/t-Al主要是空气和电解槽中的CO2对炭阳极进行氧化而损失掉，还有相当大的一部分消耗是电解过程中部分炭从阳极上脱落进入电解槽中成为炭渣。这种炭渣有细粉状和颗粒状，混熔于或悬浮于电解质中不仅会影响铝电解质的物理化学性能，如电导率、粘度等，还对电解槽的工作状态和电解槽的电流效率造成影响。因而需要电解工人定期将这些炭渣从电解槽中捞出，而捞出的炭渣中又粘附了大量的电解质，比例约占60～80%，通常工业电解槽中每生产1吨铝约产生3～5kg炭渣，一个年产50万吨金属铝的电解铝厂，一年的炭渣量约为1500～2000吨。

冰晶石-氧化铝熔盐电解槽的阴极和槽边部内衬使用炭质材料，一般都是以煅后的无烟煤或人造石墨或煅后的无烟煤与人造石墨混合为骨料，加入沥青粘结剂，经混捏、成型后在1000～1300℃的温度下煅烧制取。并且电解槽阴极之间以及阴极与槽边部内衬之间均使用炭素糊进行捣固粘结，以防止电解槽中的电解质和铝液从电解槽中漏出。在铝电解生产过程中，少部分氟化钠也会被电化学还原为金属钠。在电解槽的整个使用周期内，电解质和金属钠会一直向阴极和槽边部内衬的炭质材料中渗透。铝电解槽阴极和槽边部内衬的使用寿命一般为4-6年，电解槽破损后，渗透了电解质的阴极和槽边部内衬从电解槽中刨出，并堆积到特定的地方。目前，尚无一个技术上和经济上都可行的方法将阳极、阴极以及槽边部内衬中的炭和电解质组分进行有效分离回收。

目前处理铝熔盐电解含炭固体废料的方法主要有以下几种：（1）浮选法，炭渣浮选的原理是将炭渣加水磨细，达到符合要求的粒度和浓度后，加入浮选药剂进行搅拌处理，然后进入浮选机导入空气形成气泡，此时可浮的物料就夹杂在气泡中浮至矿浆表面，随泡沫从上部取出，剩余物料从浮选槽的底部排出从而达到分选的目的。但是，用浮选法尚不能彻底地将炭渣中的炭分离出来，采用浮选分离出来的炭渣中仍含有20%左右的电解质，这种含20%左右的炭质泥浆不易处理，也无法得到回收利用，因此未在工业上应用。（2）氧化焙烧法，将含电解质的炭块磨细后直接进行有氧焙烧，炭氧化变为二氧化碳后，回收炭渣中的电解质。用这种方法如果不将燃烧过程中产生的热能加以利用，则该方法的经济性并不合算，且燃烧过程中产生大量的含氟气体对环境造成二次污染。还有其它一些处理方法，如用碱液或酸液浸取炭渣中的电解质等，但这些方法都不能使炭渣和电解质彻底分离，且工艺复杂，成本高，在工业上均未获得应用。

发明内容

针对现有技术存在的各种问题，本发明提供一种从铝熔盐电解含炭固体废料中分离回收炭和电解质组分的方法，采用真空条件将物料加热到1000～1400℃，使物料中的非炭质组分以气态形式与炭分离，整个分离过程不产生二次污染，分离后的电解质和炭均可回收再利用，最大限度的实现了含炭固体废料的价值。本发明的技术方案如下：

一种从铝熔盐电解含炭固体废料中分离回收炭和电解质组分的方法，按照以下工艺步骤进行：

（1）当铝熔盐电解含炭固体废料粒径大于60mm，将固体废料破碎成粒径为5～60mm的细颗粒；当铝熔盐电解含炭固体废料粒径小于5mm，将固体废料与有机粘结剂混匀加热，制成粒径为20～60mm的团状料，其中粘结剂加入量为固体废料重量的3～20%，加热温度为100～600℃；

（2）将细颗粒或团状料装入真空罐内，抽真空并加热蒸馏，真空度为1～100Pa，加热蒸馏温度为1000～1400℃，蒸馏时间为1～10h，蒸馏完毕在真空罐的结晶器中收集电解质组分，在罐体中收集炭。

所述铝熔盐电解含炭固体废料包括阴极炭块，槽边部内衬炭块和阳极炭渣，当固体废料为阴极炭块和槽边部内衬炭块时，真空罐的结晶器中还收集有金属钠。