碱酸法处理铝电解废旧阴极的研究

论文摘要

由于我国电解铝产量大,每年会产生大量的废旧阴极,堆放和不恰当处理铝电解槽产生的废旧阴极会对环境产生很大的危害,所以需要寻找一个合适的方法处理和回收这种废弃物,以减轻环境压力和回收利用宝贵的资源。通过对铝电解废旧阴极的分析,发现其中有氟化物和氰化物这两种有害物质,还包含大部分的碳,冰晶石,氧化铝等可回收的物质。研究采用碱浸出与酸浸出两步联合浸出法来处理铝电解废旧阴极,并将浸出液中有价值的电解质成分进行回收处理。碱浸出的浸出率随碱浓度、温度和浸出时间的升高而呈现先升高而后稳定不变的趋势,碱浓度对浸出效果影响最为明显。通过单因素实验及分析,确定了处理10g 150目粒度原料碱浸出的条件为:加入6.0g NaOH,液固比为5:1,碱浸出时间3h,反应温度为100℃,浸出率最高为65.4%,碳粉纯度达到72.7%。对碱浸出后的固体样品进行进一步的酸浸出,酸浸出的浸出率随酸浓度、温度和浸出时间的升高而呈现与碱浸出基本相同的规律,也是先升高,而后稳定不变,酸浓度对浸出效果影响较为明显。同样经过单因素实验与分析,确定了酸浸处理碱浸出后的固体产物的条件为:固体中加入50ml浓盐酸（质量分数36-38%,密度为1.18g/ml）,液固比为4:1,酸浸时间3h,反应温度为100℃,浸出率最高为97.2%。经过两步浸出后,碳的纯度最高97%。最后碱浸出与酸浸出的余液进行有价成分的沉降回收,处理碱浸出与酸浸出余液的过程是:碱浸出洗涤液直接蒸发结晶,得到NaF;浸出液的处理是将酸浸出液滴入碱浸出液,通过试验确定析出冰晶石的最佳pH值为9,在常温下混合液中析出Na3AlF6。过滤后,向滤液中加入饱和的漂白粉溶液和氯化钙溶液,使有害物质氰化物分解,氟离子与钙离子沉淀而回收CaF2。过滤后,滤液采用蒸发结晶的方法析出NaCl,实现SPL的零排放目标。实验室处理1kg废旧阴极炭块的扩大试验结果表明:原料粒度100目,反应温度80-85℃,反应时间3h,液固比为4:1,搅拌速率600rpm,氢氧化钠和浓盐酸用量分别为500g和1000ml。最终产物C的纯度可以达到96.4%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 废旧阴极内衬组成
• 1.2 废旧阴极的处理方法
• 1.2.1 作为水泥制造的补充燃料
• 1.2.2 作为熔铁冲天炉的燃料与萤石代用品
• 1.2.3 燃烧法
• 1.2.4 高温水解法
• 1.2.5 浮选法
• 1.3 研究意义和研究内容
• 第2章 实验及测定方法
• 2.1 实验材料及预处理
• 2.2 主要设备仪器和试剂
• 2.3 元素分析测试方法
• 2.3.1 碳的测定
• 2.3.2 钙、镁、铝、铁的测定
• 2.3.3 氟的测定
• 2.3.4 钠、锂的测定
• 第3章 废旧阴极炭块的碱浸出
• 3.1 碱浸出原理
• 3.2 碱浸出试验原理验证试验
• 3.3 碱浸出实验
• 3.3.1 确定碱浸出温度实验
• 3.3.2 确定碱浸出时间实验
• 3.3.3 确定碱耗量实验
• 3.3.4 确定液固比实验
• 3.3.5 洗涤过程
• 3.4 实验结果与讨论
• 3.4.1 碱浸出温度研究
• 3.4.2 碱浸出时间研究
• 3.4.3 碱用量研究
• 3.4.4 液固比研究
• 3.4.5 洗涤研究
• 3.5 本章小结
• 第4章 废旧阴极炭块的酸浸出
• 4.1 酸浸原理
• 4.2 实验研究方法
• 4.2.1 确定酸浸温度实验
• 4.2.2 确定酸浸时间实验
• 4.2.3 确定酸耗量实验
• 4.2.4 确定液固比实验
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 酸浸温度研究
• 4.3.2 酸浸时间研究
• 4.3.3 酸用量研究
• 4.3.4 液固比实验研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 浸出液的处理
• 5.1 实验原理
• 3AlF₆原理'>5.1.1 析出Na₃AlF₆原理
• 2的回收'>5.1.2 无害化处理和CaF₂的回收
• 5.1.3 最后的余液的处理
• 5.2 实验研究方法
• 3AlF₆的终点确定'>5.2.1 pH调节析出Na₃AlF₆的终点确定
• 5.2.1.1 确定温度与pH的实验
• 3AlF₆时间确定'>5.2.1.2 沉淀Na₃AlF₆时间确定
• 2'>5.2.2 无害化处理和回收CaF₂
• 5.2.3 蒸发结晶回收NaCl
• 5.3 结果与讨论
• 3AlF₆的终点确定研究'>5.3.1 pH调节析出Na₃AlF₆的终点确定研究
• 2的研究'>5.3.2 无害化处理和回收CaF₂的研究
• 5.3.3 余液的处理研究
• 5.4 本章小结
• 第6章 放大实验研究
• 6.1 十倍放大试验研究
• 6.1.1 实验条件
• 6.1.1.1 碱浸试验
• 6.1.1.2 酸浸试验
• 6.1.1.3 浸出液处理试验
• 6.1.2 结果与讨论
• 6.1.3 问题与建议
• 6.1.4 十倍放大后结合其他工艺试验
• 6.1.4.1 实验步骤
• 6.1.4.2 结果与讨论
• 6.1.4.3 问题与建议
• 6.1.5 改进及优化实验
• 6.1.5.1 碱浸试验条件优化
• 6.1.5.2 酸浸试验条件优化
• 6.1.5.3 结果与讨论
• 6.1.5.4 问题与建议
• 6.2 百倍放大试验研究
• 6.2.1 实验条件
• 6.2.1.1 碱浸试验条件及参数
• 6.2.1.2 酸浸试验
• 6.2.1.3 浸出液处理试验
• 6.2.2 结果与讨论
• 6.2.3 问题与建议
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论和建议
• 7.1 结论
• 7.2 存在的问题与建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录