[发明专利]一种铝电解槽废阴极炭块中含钠、含氟化合物的转化方法与系统

说明书

本发明涉及一种铝电解槽废阴极炭块中含钠、含氟化合物的转化方法与系统。本发明的转化方法包括利用转化剂、通过在转化磨中的机械化学转化反应将铝电解槽废阴极炭块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阴极炭块中氟化物和氰化物的危害。转化系统包括依次连接的废阴极炭块破碎设备、磨粉设备、转化磨、搅拌反应器和固液分离设备，固液分离设备再与浓缩或结晶设备、干燥或热处理设备均直接连接，干燥或热处理设备连接粉碎设备。本发明工艺简单、易于大规模生产、生产成本低、无三废污染、对环境友好。

技术领域

本发明涉及一种铝电解槽废阴极炭块中含钠、含氟化合物的转化方法与系统，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，取出所有的废槽衬材料(简称为大修渣)，废阴极炭块约占大修渣的50％。大修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的大修渣。电解铝大修渣在《国家危险废物名录》中规定为危险固体废弃物(类别为：HW48)，废槽衬已被列入《国家危险废物名录》HW32无机氟化物废物、HW33无机氰化物废物。铝电解废旧阴极炭块中、碳素材料占30％～70％，其余为电解质、主要是Na₃[AlF₆]、NaF、CaF₂、MgF₂、LiF、AlF₃、NaCN、Na₄[Fe(CN)₆]等，还有少量的Al、Al₄C₃、AlN、Na等，这些物质与水具有可溶性以及反应活性、会产生HF、HCN、H₂、CH₄、NH₃等有害或可燃性气体，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。

废阴极炭块是一种富含高度石墨化碳和含氟电解质的有价资源。因此，如何彻底解除铝电解槽废阴极炭块中氟化物和氰化物的危害，实现铝电解槽废阴极炭块的无害化和资源化回收利用是亟需攻克的行业难关，业内专家学者和生产一线人员针对这一难题进行了多年不懈的探索研究。

中国发明CN106745137A、CN106077038A、CN106077040A、CN106587122A、CN101817521A、CN106086938A、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，将废料破碎后经过浮选和磁选得到碳粉A、在碳粉A中加入碱液溶解氟化物，再向溶液中加入CO₂析出冰晶石，对碳粉A进行二次浮选得到高纯炭粉。

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。