[发明专利]真空冶金法分离铝灰中的氟、氯和氮化合物

说明书

技术领域

本发明涉及将工业或者生活固体废弃物中的部分物质分离的方法，属于环境、化工与冶金工程技术领域。

背景技术

铝灰是合金熔铸过程中熔炼炉产生的渣本发明涉及将工业或者生活固体废弃物中的部分物质分离的方法，属于环境、化工与冶金工程技术领域。

及处理后的收尘粉，由于生产中加入了打渣剂和精炼剂，使铝灰中的氟和氯元素含量较高。过去铝行业处置的方法多是将铝灰中的金属铝尽量多的分离后，作为净水剂原料外卖。现在铝灰已被国家列为危险废弃物，如何处置成为铝行业急需解决的问题。

铝灰的主要化学成分：

24～53wt% Al、1.3～16 wt% Cl、1.6～7 wt% Na、0.5～5 wt% F、0.7～6.7 wt% Si、2.2～2.7 wt% Mg、 0.2～0.4 wt% Fe。

铝灰的物相组成：

40.82-56.35 wt% Al₂O₃; 4.2-5.98 wt% Al; 2.36-10.85wt% NaAl₇O₁₁   ; 2.51-10.78wt% NaCl; 2.37-2.45wt% KMgAlF₆; 2.2-4.95wt% Al_3.21Si_0.47; 3.42-4.97wt% AlN; 0.56-0.74wt% Fe₂TiO₄; 12.5-21.99wt% MgAl₂O₄; 5wt% 其他。

发明内容

本技术采用不产生污染的真空法来分离含氟氯废料并回收氟化物和氯化物。根据真空冶金理论，对于A-B两种组分的混合物能否分离可以通过计算相同条件下的分离系数（ ）来判断:

为组分A、B的活度系数， 为组分A、B的纯蒸汽压，通过资料和试验数据可以得到和的数值，根据的大小基本上可以判断A、B的混合物能否通过真空蒸馏法进行分离。当时，A、B的混合物不能通过真空蒸馏法进行分离，只有当时，才能将其分离。

在常压环境下，Al₂O₃、KMgAlF₃、NaCl之间的分离系数都接近1，即，这些组分构成的混合物并不能通过挥发分离，即使在电解温度下，KMgAlF₃和NaCl也只能少量挥发，这种特性保证了冰晶石型电解质能够在电解温度保持挥发量很小，这种物理特性几乎不受加热方式的影响，即使采用微波、等离子、高能辐射也无法在常压下和1000℃以下完成分离。

考察KMgAlF₃和NaCl的熔点和沸点可以得到一定的解释，KMgAlF₃和NaCl都是离子型化合物，熔点比较接近，当温度超过800℃以后，KMgAlF₃和NaCl就会熔化形成熔盐体系，因此产生“共沸”现象，即KMgAlF₃和NaCl的同时挥发；而且挥发量较小，达不到和Al₂O₃分离的目的。而且在铝灰的常压热分析过程中，我们发现率先熔化的KMgAlF₃和NaCl熔盐和Al₂O₃ 的表面张力较大，会包裹在Al₂O₃表面，进一步增加了分离难度。

在真空条件下，Al₂O₃与KMgAlF₃、Al₂O₃与NaCl的分离系数都高达10⁵ 以上，KMgAlF₃和NaCl表现出很强的升华现象，从420℃开始，首先KMgAlF₃会迅速升华形成气态，凝华收集后分离得到KMgAlF₃粉末，回收率在98%以上；接着NaCl也可以完成升华-凝华-分离收集的过程，回收率在99%以上。整个升华-凝华过程非常迅速，在10分钟内可以完成，回收率也特别高，不对环境产生污染。加热所需热源可以根据需要多种选择，可以采用气体、电阻、电弧、微波、甚至太阳能。

1.工艺流程短：实际操作中只通过一台真空炉就可以完成全部分离过程，原料基本上不需预处理，产物也不需要二次加工。