工业技术 Ｉ ＩＮ－＂ 浅析铝电解槽废旧阴极的综合利用 王 博 （南山集团铝业四期质检科山东２６５７００） ［摘要］我国的电解铝产量大，随之每年就会产生大量的废旧阴极，不恰当地处理废旧阴极会对环境带来了巨大的危害，然而废旧阴极中含有许多工业上 有用的物质。本研究将废旧阴极中的有害物质氟化物分解，并将氧化铝、炭、冰晶石、氟化钠等有用物质分离回收，不仅减轻了环境压力，而且还可以回收利用其中 的有用物质。 ［关键词］铝电解槽；阴极；回收利用 中图分类号：ＴＦ３５１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９１４Ｘ（２叭４）０２—０４８４一Ｏｌ 一 前言 ＮａＦ＋Ｈ２０一ＮａＯＨ＋ＨＦ（ｇ） ２ＮａＦ＋Ａ１２０３＋Ｈ２０￣２ＮａＡ１０２＋２ＨＦ（ｇ） （四）燃烧法 燃烧法即是将废旧炭块破碎以后，添加石灰石、粉煤灰等添加剂，有效控制 电解铝工业是国民经济中的基础产业，对当今社会发展起着至关重要的作 用。据统计，截止￣Ｕ２０１３年底我国电解铝产量连续１３年位居世界第一。在铝电解 过程中，阴极内衬会被铝液、氟化物等侵蚀，其寿命一般为２—５年。研究表明，平 均每生产１ ｔ铝约排出废旧阴极３０～５０ ｋｇ［１ｌ。我国２０１２年达到１９８８．３Ｌｆ吨， 按照３０ｋｇ／ｔ计算，则排出废旧阴极５９．６万吨，可见废旧阴极的堆存量之大，已 对环保造成巨大压力。然而目前，废旧阴极的处理方式是露天堆放，既侵占土 地，又污染环境，其中的有毒物质氟化物和氰化物会渗入到地下污染水源，已成 为一项公害。电解铝工业在创造了大量经济价值的同时也带来了环境污染。 二，阴极内衬组成分析 阴极的主要组成是炭和电解质，对废旧阴极原料进行机械破碎（包括粗碎、 有害物质的燃烧分解条件，进行燃烧反应，既保证达到无害化，同时利用其中炭 素材料的热能。其中的氰化物在７００￣Ｃ时分解率可以达到１００％。 ３有效回收利用 （一）制造冰晶石与氟化铝 磨细后用稀碱液浸出氧化铝和冰晶石，然后与电解槽烟气洗涤液混合以制 取冰晶石，这样节省了大量的新鲜氟盐，残余炭渣作为燃料出售。同时，高温水 解处理中，生成的ＨＦ气体，用水吸收ＨＦ后，得到了２５％的水溶液，这可以用来制 造工业氟化铝。 （二）用作添加剂与流动剂 目前在钢铁工业生产中，需要石灰石和蛮石作为溶剂，其作用是降低炉渣 中碎和细碎），然后进一步磨细、混合均匀，后通过偏光显微镜结构分析表明，浸 入其中电解质分布与炭块裂缝和孔洞当中，并且与炭之间有明显的界面，经过 物理破碎可以将炭与电解质二者分开。经过分析，可知废旧阴极炭块中主要所 含物质为ｃ、Ａ１２０３、Ｎａ３Ａ１Ｆ６、ＮａＦ、ＳｉＯ２、Ｆｅ２ＳＯ４，其所含成分大部分是有用 的。Ｃ可以作为燃料或者用于再制造新的阴极炭块，Ｎａ、Ｆ、Ａ１及其化合物均是 电解绍生产中重要的添加剂，Ｃａ、ｓｉ、Ｆｅ的氧化物是水泥的组成成分。因此说，废 旧阴极内衬是重要的可再生资源，如果加以利用，变废为宝，既能保护环境，又 可以解决资源问题，符合我国可持续发展战略的要求。 三 分离处理技术 目前，可用于处理废旧阴极的方法有很多，具体如下： （一）碱浸出法 的溶点和粘度；需要冶金焦作为燃料，炭又可作为还原剂。废旧内衬中的炭作为 燃料来代替冶金焦，氟盐亦可以代替蛮石作为焰剂。也可以用作铝电解槽阳极 添加剂，用于自焙阳极中，炭可以直接用于电化学过程，而氟化物（和氧化物）进 入电解质，不需要复杂的化学回收工艺流程，其中的氰化物也得到了处理。同 时，废旧内衬中的部分耐火材料富含氧化铝，用于抬包中可以作为流动剂使用。 将耐火材料被粉碎以后与适当的混凝土进行混合，可以用于维钢电路的炉 衬。 （三）用作燃料 碱浸出的反应原理，主要是ＮａＯＨ与废旧阴极中的Ａ１２０３和Ｎａ３ＡｌＦ６反应， 在氧化铝生产过程当中，将废旧阴极材料磨细后，作为回转窑的燃料来生 产氧化铝烧结块。废旧炭块作为燃料还可以被用于铸造工业、石棉厂和火力发 电厂。还有的外国公司将废旧阴极炭块用作垃圾焚烧站的燃料使用，此外也有 生成ＡＩ（ＯＨ）４－，并可以将氟化物等有害物质抑制在碱性环境中。具体的实验操 作方法为：每组取Ｄ０ｇ磨细处理后的废旧阴极炭块进行碱浸出操作，分别对单 因素ＮａＯＨ浓度、浸出温度、浸出时间和液固比进行实验分析，对实验所得的浸 出液与浸出液采用化学元素分析和ｘＲＤ测试以方法进行检测。实验结果表明： 取６５ｇＮａＯＨ固体，溶解于６００ｍｌ水中，取ｌＯＯｇ阴极融入其中，即液固比为６：１，碱 的作为锅炉燃料，提供热水等生活福利。同时废旧阴极的炭可成为水泥制造中 的补充燃料，其中的碱金属氟化物在炉料烧结反应中可以起到催化剂的作用 ［ａｌ。因此，加入废旧阴极可以使熟料的烧结温度得到降低，并减少燃料的用量。 结论 浸时间为３ｈ，反应温度为１００Ｔ时浸出效果最好［２】。此方法处理成本高、设备腐 蚀等问题了其工业应用。 （二）浮选法 浮选法是一种利用炭和电解质疏水性的差异，实现二者的分离。通过其工 艺流程，可以实现废旧阴极中的炭和冰晶石等有用成分的综合回收利用，并在 处理过程中把有毒的氰化物分解。在浮选实验中选择的捕收剂为煤油，由于煤 研究铝电解槽废旧炭块的综合利用工艺，既是资源回收的内容，也是环境 保护的要求。处理废旧阴极的应遵循的原则一是无害化，二是回收利用。归纳起 来主要有以下三个方面：炭的回收利用，电解质的回收和氰化物的处理。 参考文献 ［１］陈喜平，李旺兴．铝电解槽废阴极的性能研究［Ｊ］．轻金属，２００８（６）：３９— ４４． 油对浮选不会造成二次污染，而且工艺成熟，浮选效果良好。选用水玻璃和ＡＨ６ 作为调整剂，ＡＨ６是一种高分子化合物，与水玻璃联合使用能够有效地消除炭 对电解质表面的污染，增大炭与电解质之间的可浮性差异性，提高了捕收剂的 选择性，使炭和电解质能够良好的分离口１。该方法流程短、成本低且满足环保要 求，工业化推广潜力大。 （三）高温水解法 黄尚展．电解槽废旧阴极现状处理及技术分析［Ｊ］．轻金属，２００９（４）：２９— ３２． ［３】刘志东．碱浸浮选法处理铝电解废旧阴极的工艺研究［Ｊ］．轻金属，２０１２ （３）：３Ｏ一３３． …积良，张世福．延长铝电解槽寿命的新途径［ＪＩ．材料与冶金学报，２００９， ９：】６７－】６９． 阴极老化衬料在高温（１０００＂（２以上）处理，燃烧的同时通入水蒸汽，则会有 气态ＨＦ生成，可以用水进行回收利用。原料中含有炭、铅的化合物、氟盐等有用 物质，在经处理之后得到氯氟酸和铅酸钠溶液，其中铅酸钠溶液可以合并到拜 耳法流程中去来生产制造氧化铅。 高温水解法所产生的主要反应为： 作者简介 王博（１９８７一），男，本科，助理工程师；工作单位：山东省烟台市南山集团铝 业四期质检科。 ４８４ 科技博览
