专利名称：一种电解铝含氟废渣生产冰晶石的方法
技术领域：
本发明属于铝金属冶炼技术领域，涉及一种电解铝含氟废渣生产冰晶石的方 法。
背景技术：
目前，绝大多数的氟化盐产品都是以萤石(主要成分CaF2)为原料生产的，萤石的 蕴藏量十分有限，作为发展原子能工业的重要战略资源，各国都非常重视对萤石资源的保 护，随着世界范围内萤石资源的日益匮乏、价格的不断攀升，导致无机氟化工行业寻求其他 氟资源成为必然趋势。冰晶石是一种氟铝酸盐，也称氟铝酸钠，其分子式为Na3AIF6,天然冰晶石是单斜晶 系的棱柱形结晶，无色，由于杂质的影响，常呈灰白色、淡黄色或淡红色，有时呈黑色。常成 不可分割的致密块体，具有玻璃光泽。微溶于水，呈酸性反应，遇硫酸即分解。作为一种化 工产品，主要用于冶炼金属铝的助熔剂，还可作农作物的杀虫剂，搪瓷乳白剂，玻璃和搪瓷 生产用的遮光剂和助熔剂，树脂橡胶的耐磨填充剂，还可用于铁合金和沸腾钢的生产。随着 铝工业的迅猛发展，它的潜在市场份额逐步增加，对质量的要求也越来越高。电解铝生产过程中，为保证正常的生产，必须使电解槽中的电解液保持合理的高 度和洁净度，因此需要将过多的电解液抽出和打捞漂浮在电解液上部的固体，这些固体在 经过冷凝后就变成了含氟废渣。据测算生产一吨铝会产出10.2公斤的含氟废渣，其中含 30%以上的冰晶石，60% 70%的炭渣。对于这些含氟废渣，目前通过简单的提纯处理，达 不到返回用于电解铝的标准，只能采取堆砌的方式进行处理，既造成了环境污染，又浪费了 氟资源。
发明内容
本发明的目的是提供一种电解铝含氟废渣生产冰晶石的方法。该方法是以电解铝 含氟废渣和浓硫酸为原料，包括以下步骤
(1)将含氟废渣与其质量ι 4倍浓度为98%的浓硫酸在150°C 450°C的温度下反应 5 12小时；
(2)反应过程中生成的气体经处理，循环利用；
(3)反应后的固体硫酸钠和硫酸铝与浓度为20% 40%的氢氟酸在20°C 40°C下搅拌 反应0. 3 1. 5h，制得冰晶石料浆；
(4)将上述料浆过滤，滤饼洗涤、干燥，即得高纯度冰晶石；所得滤液和洗涤水分别收 集，循环用于吸收三氧化硫和氟化氢。反应过程中生成的气体的处理方法为
(1)反应过程中生成的二氧化硫、二氧化碳、氟化氢气体，经冷凝器冷凝；
(2)冷凝结束后，冷凝器下部的氟化氢液体经吸收至浓度为20% 40%，用于后续反应；
(3)冷凝器上部出来的二氧化硫、二氧化碳气体，通过干式净化设备(旋风除尘器、静电除尘器)分离出90%以上的二氧化碳；
(4)将分离出二氧化碳的二氧化硫气体经湿法净化系统进行净化；净化结束后，二氧 化硫进入转化器中，在钒催化剂存在下进行催化氧化反应，转化为三氧化硫，再经吸收后浓 缩，制得浓硫酸，用于循环处理废渣；
(5)分离得到的二氧化碳气体经净化后得工业级二氧化碳。第一次反应中的氟化氢液体用水吸收，循环反应中用洗涤水吸收；二氧化硫转化 为三氧化硫后，第一次反应中用水吸收，循环反应中用滤液吸收。本发明反应方程式如下
反应 1 :&S04+2C=C02+2SA+2H20；
6H2S04+2Na3AlF6= 3Na2S04 +Al2 (SO4) 3+12HF 反应 2 :3Na2S04 +Al2 (SO4) 3+12HF=6H2S04+2Na3AlF6
本发明所提供的方法优点在于(1)以廉价的电解铝废渣为原料生产高纯冰晶石，生 产成本低，经济效益显著；(2)本发明方法所产冰晶石，其质量优于国家标准，能够返回电 解铝行业继续使用；(3)反应中产生的二氧化硫气体经提纯、转化后吸收成硫酸循环用于 处理废渣，降低成本；(4)本发明将含氟碳渣中的碳转化为二氧化碳，既进行了碳的转化利 用，同时又进行了氟资源循环利用，遵循了循环经济的“3R”原则；(5)本发明所产“三废” 均循环利用，不产生二次污染，环保效益显著；(6)本发明解决了制约电解铝行业发展的瓶 颈，促使其健康发展。
图1为利用浓硫酸与电解铝含氟废渣生产冰晶石工艺流程图。
具体实施例方式实施例1
本实施例利用浓硫酸与电解铝的含氟废渣生产冰晶石的方法包括以下步骤
(1)将含氟废渣与其质量4倍浓度为98%的浓硫酸，在450°C的温度下反应证；
(2)反应过程中生成的二氧化硫、二氧化碳、氟化氢气体，经冷凝器冷凝(HF的沸点是 19. 54°C)；
(3)冷凝结束后，冷凝器下部的氟化氢液体加水吸收至浓度为40%，用于后续反应；
(4)冷凝器上部出来的二氧化硫、二氧化碳气体，通过干式净化设备旋风除尘器分离出 90%的二氧化碳；
(5)将分离出二氧化碳的二氧化硫气体经湿法净化系统进行净化；净化结束后二氧化 硫进入转化器中，在钒催化剂存在下进行催化氧化反应，转化为三氧化硫，再经水吸收后浓 缩，制得浓硫酸，用于循环处理废渣；
(6)分离得到的二氧化碳气体经净化后得工业级二氧化碳；
(7)反应后的固体硫酸钠和硫酸铝与浓度为40%的氢氟酸在20°C下搅拌反应lh，制得 冰晶石料浆；
(8)将上述料浆过滤，滤饼洗涤、干燥，即得高纯冰晶石；滤液和洗涤水分别收集，循环 用于吸收三氧化硫和氟化氢。
实施例2
本实施例利用浓硫酸与电解铝的含氟废渣生产冰晶石的方法包括以下步骤
(1)将含氟废渣与其质量3倍浓度为98%的浓硫酸在250°C下反应他；
(2)反应过程中生成的二氧化硫、二氧化碳、氟化氢气体，经冷凝器冷凝(HF的沸点是 19. 54°C)；
(3)冷凝结束后，冷凝器下部的氟化氢液体加洗涤水吸收至浓度为30%，用于后续反
应；
(4)冷凝器上部出来的二氧化硫、二氧化碳气体，通过干式净化设备静电除尘器分离出 90%的二氧化碳；
(5)将分离出二氧化碳的二氧化硫气体经湿法净化系统进行净化；净化结束后二氧化 硫进入转化器中，在钒催化剂存在下进行催化氧化反应，转化为三氧化硫，再经滤液吸收后 浓缩，制得浓硫酸，用于循环处理废渣；
(6)分离得到的二氧化碳气体经净化后得工业级二氧化碳；
(7)反应后的固体硫酸钠和硫酸铝与浓度为30%的氢氟酸在25°C下搅拌反应0.证，制 得冰晶石料浆；
(8 )将上述料浆过滤，滤饼洗涤、干燥，即得高纯冰晶石；滤液和洗涤水分别收集，循环 用于吸收三氧化硫和氟化氢。实施例3
本实施例利用浓硫酸与电解铝的含氟废渣生产冰晶石的方法包括以下步骤
(1)将含氟废渣与其质量2倍浓度为98%的浓硫酸在150°C的温度下反应12h ；
(2)反应过程中生成的二氧化硫、二氧化碳、氟化氢气体，经冷凝器冷凝(HF的沸点是 19. 54°C)；
(3)冷凝结束后，冷凝器下部的氟化氢液体加洗涤水吸收至浓度为25%，用于后续反
应；
(4)冷凝器上部出来的二氧化硫、二氧化碳气体，通过干式净化设备旋风除尘器分离出 90%的二氧化碳；
(5)将分离出二氧化碳的二氧化硫气体经湿法净化系统进行净化；净化结束后二氧化 硫进入转化器中，在钒催化剂存在下进行催化氧化反应，转化为三氧化硫，再经滤液吸收后 浓缩，制得浓硫酸，用于循环处理废渣；
(6)分离得到的二氧化碳气体经净化后得工业级二氧化碳；
(7)反应后的固体硫酸钠和硫酸铝与浓度为25%的氢氟酸在40°C下搅拌反应1.5h，制 得冰晶石料浆；
(8)将上述料浆过滤，滤饼洗涤、干燥，即得高纯冰晶石；滤液和洗涤水分别收集，循环 用于吸收三氧化硫和氟化氢。表1实施例1 3生产的冰晶石的质量分析结果
权利要求
1.一种电解铝含氟废渣生产冰晶石的方法，其特征在于，以电解铝含氟废渣和浓硫酸 为原料，包括以下步骤(1)将含氟废渣与其质量ι 4倍浓度为98%的浓硫酸在150°C 450°C的温度下反应 5 12小时；(2)反应过程中生成的气体经处理，循环利用；(3)反应后的固体硫酸钠和硫酸铝与浓度为20% 40%的氢氟酸在20°C 40°C下搅拌 反应0. 3 1. 5h，制得冰晶石料浆；(4)将上述料浆过滤，滤饼洗涤、干燥，即得高纯度冰晶石；所得滤液和洗涤水分别收 集，循环用于吸收三氧化硫和氟化氢。
2.根据权利要求1所述的电解铝含氟废渣生产冰晶石的方法，其特征在于，步骤(2) 反应中生成的二氧化硫、二氧化碳、氟化氢气体经冷凝器冷凝；冷凝器下部的氟化氢液体再 经吸收至浓度为20% 40%，用于后续反应。
3.根据权利要求2所述的电解铝含氟废渣生产冰晶石的方法，其特征在于，氟化氢液 体的吸收，第一次反应中用水吸收，循环反应中用洗涤水吸收。
4.根据权利要求2所述的电解铝含氟废渣生产冰晶石的方法，其特征在于，冷凝器上 部出来的二氧化硫、二氧化碳混合气体通过干式净化设备分离出90%的二氧化碳；二氧化 碳经净化后得工业级二氧化碳。
5.根据权利要求4所述的电解铝含氟废渣生产冰晶石的方法，其特征在于，将分离出 二氧化碳的二氧化硫气体经湿法净化系统进行净化；净化结束后二氧化硫进入转化器中， 在钒催化剂存在下进行催化氧化反应，转化为三氧化硫，再经吸收后浓缩，制得浓硫酸，用 于循环处理废渣。
6.根据权利要求4所述的电解铝含氟废渣生产冰晶石的方法，其特征在于，所述的干 式净化设备为旋风除尘器、静电除尘器。
7.根据权利要求5所述的电解铝含氟废渣生产冰晶石的方法，其特征在于，三氧化硫 的吸收，第一次反应中用水吸收，循环反应中用滤液吸收。
全文摘要
本发明属于铝行业冶炼技术领域，涉及一种电解铝含氟废渣生产冰晶石的方法。本发明所采取的技术方案是以电解铝含氟废渣和浓硫酸为原料生产冰晶石。本发明提供的方法一方面提高冰晶石的利用率，防止氟资源的浪费；另一方面可以减少环境污染。
文档编号C01F7/54GK102079534SQ20101059190
公开日2011年6月1日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者于贺华, 侯红军, 刘海霞, 师玉萍, 杨华春, 罗成果, 马晓芬 申请人:多氟多化工股份有限公司