一种分离铝电解富铁覆盖料中铁氧化物和电解质的方法

1.本发明涉及一种分离铝电解富铁覆盖料中铁氧化物和电解质的方法，属于铝电解工业废弃物回收技术领域。


背景技术：

2.随着国内以及世界对铝的使用量持续增长，铝电解行业蓬勃发展，同时越来越多的电解铝废弃物产生，这些废弃物属于危险废弃物，大量积累的废弃物不仅占用大量空间，而且浪费资源，威胁环境。铝电解阳极覆盖料是由电解质和氧化铝按照一定比例混合组成的，目的是减低电解槽的能耗、减少阳极炭块的氧化，降低阳极消耗、吸收电解过程产生的阳极含氟挥发物、在铝电解中可以循环利用，保证电解过程物料平衡。但在实际过程中，由于更换阳极会使覆盖料被带出，阳极钢爪被高温电解质腐蚀严重，产生许多废弃的富铁覆盖料，致使许多铝电解厂对这部分覆盖料不能循环使用，只能大量的堆存，造成大量的资源浪费，所以对富铁覆盖料急需回收利用。
3.目前，铝电解生产中的固体废物，大多数研究者关注的是废槽衬、炭残极和铝灰等，而对富铁覆盖料的相关文献和研究很少。富铁覆盖料的主要成分为fe2o3和fe3o4、al2o3和na3alf6，以及含量较低的caf2、mgf2等物质。
4.现有技术中，直接使用naoh溶液浸出废旧铝电解覆盖料，会将氟化物和氧化铝全部溶解，使滤液成分复杂，影响滤液的进一步分离。
5.因此，正确分离铝电解富铁覆盖料中铁氧化物和电解质，有助于解决固体废弃物的综合利用问题。


技术实现要素：

6.本发明针对现有技术中直接使用naoh溶液分离铝电解富铁覆盖料中铁氧化物和电解质时，氟化物和氧化铝全部溶解，使滤液成分复杂导致滤液难以分离的问题，提出了一种分离铝电解富铁覆盖料中铁氧化物和电解质的方法，即通过铝盐浸出的方法分离铝电解富铁覆盖料中铁氧化物和电解质，实现铁氧化物的高效回收。
7.一种分离铝电解富铁覆盖料中铁氧化物和电解质的方法，具体步骤如下：
8.(1)将铝电解富铁覆盖料破损、球磨和筛分，得到铝电解富铁覆盖料颗粒；通过球磨、筛分的方法实现冰晶石、氟化物、氧化铝和铁氧化物的初步分离，避免相互间包裹，影响盐浸实验效果；
9.(2)铝电解富铁覆盖料颗粒加入到铝盐溶液浸出得到滤液a和滤渣a；
10.(3)滤渣a加入到碱液中进行碱性浸出，固液分离，得到滤液b和滤渣铁氧化物；滤渣铁氧化物为fe2o3和fe3o4；
11.(4)采用无机酸调节滤液b的ph值至9-10以沉淀al(oh)3，固液分离得到滤液c和al(oh)3沉淀，滤液c返回替代滤液b沉淀al(oh)3；
12.(5)采用碱液调节滤液a的ph值至3-5，固液分离得到滤液d和沉淀d；滤液d返回步
骤(2)替代铝盐溶液进行浸出，沉淀d干燥后得到水合羟基氟化铝(ahf，al2(oh)
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h2o)，置于温度500～600℃、hf气体氛围下反应转化成alf3。
13.所述步骤(1)铝电解富铁覆盖料颗粒粒径为0.025-0.075mm；筛分的方法为使用200目和500目筛网逐级筛分，取200目筛下物和500目筛上物，200目筛上物返回所述球磨机再磨，直至全部通过200目网筛为止。
14.所述步骤(2)铝盐溶液为硫酸铝、硝酸铝、氯化铝中的一种或多种。
15.所述步骤(2)铝盐溶液中铝离子浓度为0.5-2.5mol/l，铝电解富铁覆盖料颗粒与铝盐溶液的固液比g:ml为1:10-30，浸出温度为70-90℃，时间为1.5-3h。
16.所述步骤(3)和步骤(5)的碱液为naoh溶液，naoh溶液浓度为1-3mol/l。
17.所述步骤(4)无机酸为硫酸、硝酸、盐酸中的一种或多种。
18.本发明的有益效果是：
19.(1)本发明通过铝盐浸出铝电解富铁覆盖料，有效分离电解质和氧化铝，将电解质制备成高价值的氟化铝，避免铝电解厂废旧富铁覆盖料的浪费；
20.(2)本发明铝电解富铁覆盖料中的电解质与铝盐溶液反应，最后以氟化铝的方式进行回收；
21.(3)本发明方法操作过程简易，使用药剂成本低廉、易购买。
附图说明
22.图1为本发明工艺流程图；
23.图2为实施例1滤渣铁氧化物xrd图；
24.图3为实施例1沉淀d的xrd图。
具体实施方式
25.下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
26.本发明实施例中铝电解富铁覆盖料相同，含有氧化铝约14wt％、氧化铁约28wt％、四氧化三铁约11wt％、冰晶石约33wt％，其他氟化物共计约14wt％。
27.实施例1：一种分离铝电解富铁覆盖料中铁氧化物和电解质的方法，具体步骤如下：
28.(1)将铝电解富铁覆盖料破碎，使用干式球磨机磨细后使用200目至500目筛网逐级筛分，200目筛下物和500目筛上物进入浸出工艺，200目筛上物返回重新磨细，直至全部通过200目网筛为止；
29.(2)取磨细后的原料50g，加入到750ml硫酸铝溶液中，在温度70℃下浸出2.5h得到滤液a和25.47g滤渣a；其中硫酸铝溶液中铝离子浓度为1.5mol/l；
30.(3)滤渣a加入到过量的浓度为2mol/l的naoh溶液中进行碱性浸出，固液分离，得到滤液b和18.47g滤渣铁氧化物；滤渣铁氧化物的xrd图见图2，从图2可知，滤渣为fe2o3和fe3o4，铁氧化物的回收效果较明显；
31.(4)采用硫酸调节滤液b的ph值至9.5以沉淀al(oh)3，固液分离得到滤液c和al(oh)3沉淀，滤液c返回替代滤液b沉淀al(oh)3；铝电解富铁覆盖料中的氧化铝以al(oh)3的
形式回收；
32.(5)在滤液a中缓慢加入1mol/l的naoh溶液，以调节滤液a的ph值至4.0得到白色沉淀，固液分离得到滤液d和沉淀d，沉淀d的xrd图见图3；滤液d返回步骤(2)替代铝盐溶液进行浸出，沉淀d干燥后得到水合羟基氟化铝(ahf，al2(oh)
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h2o)，置于温度520℃、hf气体氛围下反应转化成alf3。
33.实施例2：一种分离铝电解富铁覆盖料中铁氧化物和电解质的方法，具体步骤如下：
34.(1)将铝电解富铁覆盖料破碎，使用干式球磨机磨细后使用200目至500目筛网逐级筛分，200目筛下物和500目筛上物进入浸出工艺，200目筛上物返回重新磨细，直至全部通过200目网筛为止；
35.(2)取磨细后的原料50g，加入到750ml硫酸铝溶液中，在温度90℃下浸出2.0h得到滤液a和26.08g滤渣a；其中硫酸铝溶液中铝离子浓度为2.0mol/l；
36.(3)滤渣a加入到过量的浓度为3mol/l的naoh溶液中进行碱性浸出，固液分离，得到滤液b和19.71g滤渣铁氧化物；滤渣为fe2o3和fe3o4，铁氧化物的回收效果较明显；
37.(4)采用硫酸调节滤液b的ph值至9.0以沉淀al(oh)3，固液分离得到滤液c和al(oh)3沉淀，滤液c返回替代滤液b沉淀al(oh)3；铝电解富铁覆盖料中的氧化铝以al(oh)3的形式回收；
38.(5)在滤液a中缓慢加入2mol/l的naoh溶液，以调节滤液a的ph值至4.0得到白色沉淀，固液分离得到滤液d和沉淀d；滤液d返回步骤(2)替代铝盐溶液进行浸出，沉淀d干燥后得到水合羟基氟化铝(ahf，al2(oh)
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h2o)，置于温度600℃、hf气体氛围下反应转化成alf3。
39.实施例3：一种分离铝电解富铁覆盖料中铁氧化物和电解质的方法，具体步骤如下：
40.(1)将铝电解富铁覆盖料破碎，使用干式球磨机磨细后使用200目至500目筛网逐级筛分，200目筛下物和500目筛上物进入浸出工艺，200目筛上物返回重新磨细，直至全部通过200目网筛为止；
41.(2)取磨细后的原料50g，加入到500ml氯化铝溶液中，在温度80℃下浸出1.5h得到滤液a和27.85g滤渣a；其中氯化铝溶液中铝离子浓度为2.5mol/l；
42.(3)滤渣a加入到过量的浓度为1.5mol/l的naoh溶液中进行碱性浸出，固液分离，得到滤液b和21.04g滤渣铁氧化物；滤渣为fe2o3和fe3o4，铁氧化物的回收效果较明显；
43.(4)采用盐酸调节滤液b的ph值至10.0以沉淀al(oh)3，固液分离得到滤液c和al(oh)3沉淀，滤液c返回替代滤液b沉淀al(oh)3；铝电解富铁覆盖料中的氧化铝以al(oh)3的形式回收；
44.(5)在滤液a中缓慢加入1.5mol/l的naoh溶液，以调节滤液a的ph值至4.5得到白色沉淀，固液分离得到滤液d和沉淀d；滤液d返回步骤(2)替代铝盐溶液进行浸出，沉淀d干燥后得到水合羟基氟化铝(ahf，al2(oh)
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h2o)，置于温度760℃、hf气体氛围下反应转化成alf3。
45.实施例4：一种分离铝电解富铁覆盖料中铁氧化物和电解质的方法，具体步骤如下：
46.(1)将铝电解富铁覆盖料破碎，使用干式球磨机磨细后使用200目至500目筛网逐级筛分，200目筛下物和500目筛上物进入浸出工艺，200目筛上物返回重新磨细，直至全部通过200目网筛为止；
47.(2)取磨细后的原料50g，加入到1000ml氯化铝溶液中，在温度90℃下浸出2.0h得到滤液a和25.96g滤渣a；其中氯化铝溶液中铝离子浓度为1.5mol/l；
48.(3)滤渣a加入到过量的浓度为1.0mol/l的naoh溶液中进行碱性浸出，固液分离，得到滤液b和19.19g滤渣铁氧化物；滤渣为fe2o3和fe3o4，铁氧化物的回收效果较明显；
49.(4)采用盐酸调节滤液b的ph值至10.0以沉淀al(oh)3，固液分离得到滤液c和al(oh)3沉淀，滤液c返回替代滤液b沉淀al(oh)3；铝电解富铁覆盖料中的氧化铝以al(oh)3的形式回收；
50.(5)在滤液a中缓慢加入1mol/l的naoh溶液，以调节滤液a的ph值至4.5得到白色沉淀，固液分离得到滤液d和沉淀d；滤液d返回步骤(2)替代铝盐溶液进行浸出，沉淀d干燥后得到水合羟基氟化铝(ahf，al2(oh)
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h2o)，置于温度690℃、hf气体氛围下反应转化成alf3。
51.实施例5：一种分离铝电解富铁覆盖料中铁氧化物和电解质的方法，具体步骤如下：
52.(1)将铝电解富铁覆盖料破碎，使用干式球磨机磨细后使用200目至500目筛网逐级筛分，200目筛下物和500目筛上物进入浸出工艺，200目筛上物返回重新磨细，直至全部通过200目网筛为止；
53.(2)取磨细后的原料50g，加入到1500ml硫酸铝溶液中，在温度80℃下浸出3.0h得到滤液a和27.37g滤渣a；其中硫酸铝溶液中铝离子浓度为1.0mol/l；
54.(3)滤渣a加入到过量的浓度为1.5mol/l的naoh溶液中进行碱性浸出，固液分离，得到滤液b和20.38g滤渣铁氧化物；滤渣为fe2o3和fe3o4，铁氧化物的回收效果较明显；
55.(4)采用盐酸调节滤液b的ph值至9.5以沉淀al(oh)3，固液分离得到滤液c和al(oh)3沉淀，滤液c返回替代滤液b沉淀al(oh)3；铝电解富铁覆盖料中的氧化铝以al(oh)3的形式回收；
56.(5)在滤液a中缓慢加入1.5mol/l的naoh溶液，以调节滤液a的ph值至4.5得到白色沉淀，固液分离得到滤液d和沉淀d；滤液d返回步骤(2)替代铝盐溶液进行浸出，沉淀d干燥后得到水合羟基氟化铝(ahf，al2(oh)
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h2o)，置于温度740℃、hf气体氛围下反应转化成alf3。
57.实施例6：一种分离铝电解富铁覆盖料中铁氧化物和电解质的方法，具体步骤如下：
58.(1)将铝电解富铁覆盖料破碎，使用干式球磨机磨细后使用200目至500目筛网逐级筛分，200目筛下物和500目筛上物进入浸出工艺，200目筛上物返回重新磨细，直至全部通过200目网筛为止；
59.(2)取磨细后的原料50g，加入到1000ml氯化铝溶液中，在温度70℃下浸出2.5h得到滤液a和26.42g滤渣a；其中氯化铝溶液中铝离子浓度为0.5mol/l；
60.(3)滤渣a加入到过量的浓度为1.5mol/l的naoh溶液中进行碱性浸出，固液分离，得到滤液b和19.85g滤渣铁氧化物；滤渣为fe2o3和fe3o4，铁氧化物的回收效果较明显；
61.(4)采用硫酸调节滤液b的ph值至9.0以沉淀al(oh)3，固液分离得到滤液c和al(oh)3沉淀，滤液c返回替代滤液b沉淀al(oh)3；铝电解富铁覆盖料中的氧化铝以al(oh)3的形式回收；
62.(5)在滤液a中缓慢加入2.5mol/l的naoh溶液，以调节滤液a的ph值至5.0得到白色沉淀，固液分离得到滤液d和沉淀d；滤液d返回步骤(2)替代铝盐溶液进行浸出，沉淀d干燥后得到水合羟基氟化铝(ahf，al2(oh)
2.76f3.24
·
h2o)，置于温度550℃、hf气体氛围下反应转化成alf3。
63.以上对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。