[发明专利]一种铝电解废炭渣中含钠、含氟化合物的机械化学转化与回收方法

说明书

本发明涉及一种铝电解废炭渣中含钠、含氟化合物的机械化学转化与回收方法。本发明将废炭渣破碎、磨粉、均化，得到颗粒≤200μm的废炭渣粉，再将废炭渣粉、钠化合物与氟化合物的转化剂、氰化物转化剂、助磨剂以及水加入到转化磨中，在高能机械力同步作用下，含钠与含氟化合物的机械化学转化反应，使废炭渣粉中的含钠化合物转变成不含氟的可溶性钠化合物、含氟化合物转变成不溶性和无害的矿物质氟化合物、含氰化合物被氧化转变成无害的N₂或NH₃和CO₂，从而彻底解除铝电解废炭渣中氟化物和氰化物的危害，实现铝电解废炭渣的无害化和资源化回收利用。本发明具有工艺简单、易于大规模生产、生产成本低、无三废污染、环境友好等特点。

技术领域

本发明涉及一种铝电解废炭渣中含钠、含氟化合物的机械化学转化与回收方法，属于电解铝工业固体废物无害化与资源化利用技术领域。

背景技术

至2017年中国已建成铝电解产能约4500万吨、实际产量超过3600万吨、占全球电解铝产能的50％以上。在电解铝生产中，会产生各种废炭渣，包括阳极废炭渣(含火眼炭渣、阳极灰，阳极残渣、阳极糊等)、阴极废炭渣、电解槽大修废阴极炭块、废捣(扎)糊、新电解槽预焙启动时形成的废炭渣等等。平均生产1吨电解铝需要0.48吨炭阳极，阳极废炭渣是电解铝生产过程中炭从炭阳极剥落掉入熔融电解质中并漂浮在其表面所产生的，大部分的炭渣会在电解质表面燃烧氧化成CO₂气体消耗，但仍有少部分漂浮在电解质表面未燃烧的废炭颗粒被捞出后形成了阳极废炭渣。在铝电解生产过程中，炭阴极由于含氟盐的渗透而膨胀、进一步引起电解槽的破损报废；铝电解槽一般使用4～6年左右就需要停槽大修，取出所有的废旧内衬材料(简称为大修渣)，废阴极炭块约占大修渣的50％。废炭渣是电解铝生产过程中不可避免的固体废弃物，每生产1吨电解铝大约产生10～30kg的废炭渣。电解铝废炭渣在《国家危险废物名录》中规定为危险固体废弃物(类别为：HW48)。铝电解废炭渣中的含氟电解质、含氰化合物具有可溶性以及反应活性，含氟、含氰化合物进入环境会对人类及动植物的健康与生长构成极大的危害。

铝电解废炭渣中的含氟电解质和碳素材料是一种有价资源。因此，如何彻底解除铝电解废炭渣中氟、氰化合物的危害，实现铝电解废炭渣的无害化和资源化回收利用是亟需攻克的行业难关。

中国发明CN106745137A、CN106077038A、CN106077040A、CN106587122A、CN101817521A、CN105821445A提出采用碱浸或者超声波辅助浮选加压碱浸的方法处理铝电解废旧阴极炭或铝电解废料，分别提取出冰晶石和碳素材料。中国发明CN106077037A、CN106077036A、CN106180118A、CN101984984A提出采用酸处理或者超声波辅助浮选加压酸处理的方法处理铝电解废旧阴极炭或大修渣。中国发明CN107162061A提出采用碱浸出、酸浸出以及粉煤灰联合的方法，对铝电解槽废旧阴极炭进行无害化处理和资源化利用。中国发明CN106064813A、CN105964659A提出将废旧阴极炭粉在200～400℃下保温除氰，除氰物料经浮选分离得到炭渣和电解质渣，电解质渣在550～800℃下加热除去炭杂质得到电解质粉，炭渣通过碱浸除去可溶物得到纯度高的炭粉，碱浸滤液通CO₂析出冰晶石和氢氧化铝混合物。中国发明CN105772486A提出将铝电解槽废旧阴极炭粉加水浸泡，将可溶性的氰化物浸出，再在浸出液中加入双氧水、稳定剂(选自柠檬酸、酒石酸、乙二胺四乙酸、氨基三亚甲基膦酸、聚丙烯酸、马来酸、硼砂、碳酸铵、碳酸氢铵、醋酸铵、柠檬酸铵中)、催化剂(选自ZnO、CuO、Fe₃O₄、WO₃中)后在30～70℃反应使氰化物氧化产物分解成CO₂、NH₃气体。