[发明专利]铝电解废旧阴极炭块微波-超声波-碱浸协同除氟的方法

说明书

本发明公开了一种铝电解废旧阴极炭块微波‑超声波‑碱浸协同除氟的方法，涉及铝电解废旧阴极处理技术。所述方法主要包括破碎、微波焙烧、磨料、超声水浴碱浸、过滤分离五大步骤，先将废旧阴极炭块进行破碎，筛选得到颗粒，将其放入坩埚中，置于高温微波反应器中，在升温过程中通入氧气去除氰化物，再通入保护气体，进行微波高温焙烧；将经焙烧后的阴极炭块进行细磨，将细磨后碳粉倒入碱液中，通过超声辅助进行碱液浸出处理；浸出完成后进行分离过滤，固体物料通过干燥后获得纯度90％以上的再生碳粉。本发明方法可有效除去阴极炭块中的氟化物，使得炭块能够重复利用，该方法操作简单高效，可实现铝电解固体废弃物的无害化利用。

技术领域

本发明涉及铝电解废旧阴极处理技术，具体涉及一种铝电解废旧阴极炭块微波-超声波-碱浸协同除氟的方法。

背景技术

在电解铝生产过程中，新电解槽使用在5～8年就会进行更换，更换出的阴极就为废旧阴极。更换的主要原因是铝电解槽被氟化钠等杂质渗入使其破裂，并且槽内液体从裂缝口漏出，导致生产无法继续。近年来，随着铝需求量的急剧增加,铝电解行业也得到了迅速发展，生产线规模迅速增多，每次更换阴极就会产生大量的废旧阴极炭块，导致废旧阴极炭块的处理成为了各个电解铝厂急需解决的问题。

废旧阴极炭块中，主要为碳质材料和电解质成分，其中碳质材料含量为30～70％，石墨化程度高达80～90％；电解质成分含量为30～70％，主要成分为冰晶石、氟化钠、氟化钙、氰化物等，富含石墨化碳及氟盐的矿物材料。

目前，国内对废旧阴极的处理不够重视，大部分采用露天堆放，对环境造成极大污染，主要表现在：1)废旧阴极中的氟化物和氰化物随着雨水渗入土壤，使得农作物减产；2)对动植物的生长产生不可逆的影响，使植物变黑，动物关节变形，甚至瘫痪；3)长期处于潮湿的条件下，会释放有害气体、污染大气。因此，废旧阴极被定性为危险废物。同时，废旧阴极中的可利用资源也没有有效回收，造成了资源的严重浪费，再加上近年来，国家对环境保护也越加重视。2016年，铝电解槽大修渣已明确列入《国家危险废物名录》(2016年环保部令第39号)，成为铝电解工业主要固体环境污染源之一，因此回收利用废旧阴极的有效成分迫在眉睫。

废旧阴极的主要处理方法有湿法和火法两种，分别为物理分离、高温热处理、化学浸出法。火法主要运用于无害化处理，消除炭块中的氟化物、氰化物等有害组分，其原理是根据物质的燃烧以及沸点不同进行有害物质的分离，目前主要采用天然气焚烧，普通马弗炉及管式炉具有处理时间长，升温速率慢，保温时间长等劣势。湿法主要运用于废旧阴极资源化的综合利用，使得其中各个组分分离。湿法又分为物理分离和化学浸出两种方法，物理分离是根据可溶性、密度、表面性能等因素的不同使其中的碳与氟化物分离。化学浸出也是用于碳和氟化物的分离，利用化学性质的不同进行分离，最后得到较高纯度碳和电解质,湿法主要的问题是处理不完全且反应时间长,废液难以处理等问题。本发明在一定程度上解决了反应不彻底,处理时间长及废液的问题，极大的缩短了生产的效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝电解废旧阴极炭块微波-超声波-碱浸协同除氟的方法，解决处理时间长，废液量大难处理及反应不彻底的问题，通过高温微波处理-碱浸超声处理综合处理废旧阴极炭块，极大缩短了生产效率，可用于大批量的连续生产中，在节约资源、降低能耗获得可利用炭块及其附属产物具有及其重要的指导作用。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种铝电解废旧阴极炭块微波-超声波-碱浸协同除氟的方法，其特征在于包括如下步骤：

a)将铝电解槽的废旧阴极炭块进行破碎，筛选得到粒度1～3cm的颗粒，粒度大于3cm返回再次进行破碎，粒度小于1cm进入粉磨阶段；

b)将破碎后获得的废旧阴极炭块放入坩埚中，并置于高温微波反应器中，在废旧阴极炭块升温到300℃时通入少量氧气，在温度达到400℃后停止氧气通入并持续通入保护气体，在保护气体环境下对废旧阴极炭块进行微波高温焙烧，使炭块中的冰晶石、氟化物电解质与阴极炭进行物理分离；