用于减少可浸出氟化物以及控制铝废产物的ph的工艺的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请案的交叉引用
[0002] 本专利申请要求提交于2012年12月21日提交的美国临时专利申请61/740, 589 的优先权，并且全文据此并入本文。
技术领域
[0003] 本发明涉及用于获得铝废产物，尤其是来源于具有减少量的可浸出氟化物的废罐 衬里的铝废产物的工艺。本发明还涉及用于获得铝废产物，尤其是来源于具有允许安全处 理的pH值的废罐衬里的铝废产物的工艺。
【背景技术】
[0004] 铝可通过以下方法制备：将氧化铝在高温下溶解于装备有导电碳衬里的电解槽 (也称为罐）中的熔融冰晶石中，并且通过使电流在浸入熔体的碳阳极和作为阴极的碳衬 里之间通过来电解熔融溶液。该类型的电解槽可使用相当长的时间，例如最多至十年，并且 在此期间碳衬里材料吸收氟化钠和其它污染物。在电解槽使用寿命的最后，移除、破碎衬里 并处理掉。然而，由碳、来自绝缘耐火砖的耐火材料以及包括氟、铝、钠、钙和硅值，和游离和 络合氰化物、碳化物和氮化物的冰晶石构成的废衬里材料是危险的，并且必须非常小心地 处理。
[0005] 用于制备铝的电解槽通常有两种类型。第一种是预烘类型，其中首先形成基于碳 的阳极，然后在高温下烘培，以在电解槽中无支撑的情况下保持其形状。第二种是自焙电解 槽，其中阳极材料是半流体，并且需要开放式盒式容器来保持就位。
[0006] 废衬里的安全处理是行业中长期存在的挑战。该挑战仍然存在，且环境标准比过 去更为严格。因此，处理残留物限制为非常低的氟化物浓度，例如TCLP(毒性特征浸出程 序）可浸出氟化物小于150ppm。
[0007] 此前显示，苛性碱浸出可成功用于循环废罐衬里材料（美国专利序列号 5, 470, 559)。还显示，使废罐衬里经受第一水浸出，然后经受第二苛性碱浸出，任选的与另 外的再制浆步骤或化学活化步骤结合可改善总体工艺（美国专利序列号6, 596, 252)。还开 发了其它循环方法，并且可包括浮选步骤（中国专利序列号101811695以及加拿大专利申 请序列号 2, 588, 929 和 2, 631，092)。
[0008] 提供用于将废罐衬里材料循环至具有少量可浸出氟化物的残留物的方法是所期 望的。
【发明内容】
[0009] 发明概述
[0010] 根据本发明提供了用于处理废罐衬里碳副产物（SPLCB)，以减少/限制其在可浸 出氟化物中的含量和/或降低其PH的工艺。广义地，所述工艺包括在苛性碱浸出期间用含 Ca/P的稳定剂处理废罐衬里（SPL)和/或在洗涤期间用含Ca/P的稳定剂处理SPLCB，以获 得SPLCB残留物。在一个实施方案中，含Ca/P的稳定剂和所述SPL或所述SPLCB的初始重 量之间的比率（w/w)在约0. 2% w/w至约20% w/w之间。在另一个实施方案中，所述含Ca/ P 的稳、定剂包括磷酸钙（例如选自：Ca3 (PO4) 2、Ca (H2PO4) 2、Ca (HPO4) 2、Ca207P2、Ca5 (PO4) 3OH、 Ca (HPO3)、Ca (PO3) 2、Ca (H2PO2) 22、Ca5 (PO4) 30H的磷酸钙）、其水合形式以及它们的组合）。在 另一个实施方案中，所述含Ca/P的稳定剂包括石灰（例如石灰乳）和磷酸。在一个实施方 案中，所述工艺的一个或两个所述处理步骤在过滤器（例如处理过滤器或洗涤过滤器）上 进行。在另一个实施方案中，一个或两个所述处理步骤在反应器（例如处理反应器或洗涤 反应器）中进行。在又一个实施方案中，一个处理步骤在过滤器上进行，而其它处理步骤在 反应器中进行。在一些实施方案中，所述工艺可设计为避免使用任何表面活性剂产生SPLCB 残留物。
【附图说明】
[0011] 上面已经一般地描述了本发明的实质，下面可参考附图，其以举例说明的方式示 出了其优选地实施方案，其中：
[0012] 图1是流程图，其示出了将废罐衬里转换为废罐衬里残留物的工艺的实施方案。
[0013] 图2是流程图，其示出了在不存在（A)或存在（B)初步洗涤步骤的情况下将废罐 衬里转换为废罐衬里残留物的工艺的实施方案。S =浆料的过滤固体部分，L =浆料的过滤 液体部分。
[0014] 图3是流程图，其示出了将废罐衬里碳副产物转换为废罐衬里碳副产物残留物的 工艺的实施方案。
[0015] 图4提供了流程图，其示出了将废罐衬里碳副产物转换为废罐衬里碳副产物残留 物的工艺的实施方案。（A)处理步骤和洗涤步骤二者均直接在过滤器上进行的工艺的流程 图。（B)处理步骤在过滤器上进行，但洗涤步骤在反应器中进行的工艺的流程图。（C)处理 步骤在反应器中进行，而洗涤步骤在过滤器上进行的工艺的流程图。（D)处理和洗涤步骤二 者均在反应器中进行的流程图。S =浆料的过滤固体部分，L =浆料的过滤液体部分。
[0016] 图5是示例性工艺，其指示出如何获取在实施例1II中获得的不同样品。（1)未处 理的和未洗涤的SPLCB浆料样品，（2)在石灰乳处理之前的水洗SPLCB滞留物样品，（3)石 灰乳处理的SPLCB滞留物样品，以及（4)充分混合后石灰乳处理的SPLCB湿滤饼样品。
【具体实施方式】
[0017] 根据本发明，提供了将废罐衬里、废罐衬里碳副产物（优选地通过苛性碱浸出处 理废罐衬里获得）转换为废罐衬里碳副产物残留物的工艺。为了将废罐衬里转换为废罐衬 里副产物残留物，使废罐衬里经受苛性碱浸出，并且任选的在苛性碱浸出后处理。在本发明 中，据显示在苛性碱浸出期间或随后的处理步骤期间包括用含Ca/P的稳定剂处理可导致 所得残留物的可浸出氟化物含量减少和/或所得残留物的PH降低。此外，本文所述的工艺 不需要使用表面活性剂（例如无表面活性剂工艺）。
[0018] 如图所示和下文所描述，据发现，在常规苛性碱浸出（以及任选的用水洗涤）后， 废罐衬里碳副产物未满足最大150ppm可浸出氟化物的TCLP指标。据发现，在用含Ca/P的 稳定剂处理之前，废罐衬里碳副产物中包含的可浸出氟化物可以固体形式存在。为了减少 废罐衬里碳副产物中可浸出氟化物的量，成功使用含Ca/P的稳定剂处理。用含Ca/P的稳定 剂处理可在苛性碱浸出期间和/或苛性碱浸出之后进行。不受理论的束缚，据信用含Ca/P 的稳定剂处理看起来不直接与废罐衬里碳副产物的可浸出氟化物反应，而是稳定它们（如 毒性特征浸出程序（TCLP)测试中所示）。
[0019] 还发现，加入石灰乳可引起废罐衬里碳副产物残留物的pH增加（有时甚至大于 12. 5)。不受理论的束缚，据信此增加是由于石灰乳与废罐衬里碳副产物残留物之间的反应 导致形成苛性碱。如下文所示，意外地发现进一步洗涤废罐衬里碳副产物残留物（用水或 用包含含Ca/P的稳定剂的溶液）允许废罐衬里碳副产物残留物pH的减少以及稳定。
[0020] 本文所述的工艺是指减少废罐衬里碳副产物（SPLCB)的可浸出氟化物水平。本文 所述的工艺可应用于得自废罐衬里材料的苛性碱浸出的任何SPLCB。
[0021] 定义
[0022] 在整个本专利申请中，使用了各种术语并且它们中的一些在本文中更精确地定 义。
[0023] 含钙/磷酸盐的稳定剂。如本文所用，术语"含钙/磷酸盐的稳定剂"（或含Ca/P 的稳定剂）是指包含钙和磷酸盐的无机（任选的来自矿物质来源）化合物或无机化合物的 组合，并且在水中能够释放钙离子和磷酸根基团，用于捕获在固体部分废罐衬里碳副产物 中的氟化物（例如，在一些实施方案中，氟磷灰石形式）。一种特别有利的含Ca/P的稳定剂 是石灰（例如，生石灰（CaO)以及熟石灰（Ca(OH)2))或石灰衍生物和磷酸的组合