废铝电解质浸出液的冰晶石诱导结晶除氟工艺研究

针对当前工艺回收废铝电解质浸出液中有价元素存在须要先除氟且有价元素资源利用率低等问题,提出采用诱导结晶法生产冰晶石,回收浸出液中氟、铝等有价元素。研究结果表明:通过调节pH,可实现浸出液中沉淀产物的调控,pH<5时,浸出液中得到AlF2OH;pH在5~8范围内,得到Na3AlF6和AlF2OH共沉淀;pH>8时,得到Na3AlF6和Al(OH)3共沉淀。除氟最佳工艺条件为:pH=9,碱液中NaOH质量浓度160 g/L,加碱速度1 mL/min,反应温度50℃;此时,溶液中残余氟质量浓度为59.32 mg/L,氟回收率为98.91%,沉淀含水率达54.92%。加入冰晶石晶种可诱导溶质在晶体表面生长,改善产物及除氟性能;在晶种添加量为4 g/L,陈化时间为2 h条件下,沉淀含水率降低至29.59%,过滤系数提高到30.24×10^(-4)cm/s,平均体积粒度增加到105.89 μm,溶液中氟含量降低至48.20 mg/L,氟的总回收率增加到99.11%。采用活性氧化铝对晶种诱导结晶除氟后溶液深度吸附除氟,剩余氟质量浓度为9.0 mg/L,全流程总氟回收率为99.83%。

铝电解质中碱金属阳离子对Al—O—F复合离子结构和稳定性的影响

铝电解质中复杂复合离子的结构和稳定性直接影响熔体的性质,进而影响铝电解过程及其技术经济指标。为此,本文采用密度泛函理论研究了碱金属阳离子对Al—O—F复合离子([Al_(2)OF_(6)]^(2-)和[Al_(2)O_(2)F_(4)]^(2-))的结构和稳定性的影响,分析其结构特征、电荷布居、拉曼光谱、阳离子结合自由能和态密度。研究表明,对于孤立的Al—O—F复合离子体系,[Al_(2)OF_(6)]^(2-)复合离子的稳定性大于[Al_(2)O_(2)F_(4)]^(2-)复合离子;当加入碱金属阳离子后,较大尺寸的碱金属阳离子会增强[Al_(2)OF_(6)]^(2-)和[Al_(2)O_(2)F_(4)]^(2-)复合离子的稳定性,这说明Al—O—F复合离子容易生成并长期存在于冰晶石熔盐电解质中,并遵循K_(3)AlF_(6)>Na_(3)AlF_(6)>Li_(3)AlF_(6)的顺序。从电子密度差图中可以直观地看到Al原子和碱金属阳离子的部分电荷消失后聚集到O和F原子周围。本文计算的Al—O—F复合离子的拉曼频率和文献值较为一致。

铝电解槽干式防渗料在电解过程中的反应机理探讨

通过对大修铝电解槽中废防渗料的成分和物相组成进行分析,探讨了干式防渗料与电解质的反应机理。研究结果表明,渗透电解质中的NaF和冰晶石均会与干式防渗料反应生成霞石(NaAlSiO_4)玻璃体层,可起到防止电解质进一步向下渗透的作用。但随着渗透电解质的增加,冰晶石会继续与霞石反应生成β氧化铝,β氧化铝层不具有防渗作用,这是导致防渗料中电解质继续渗透的主要原因之一。渗透电解质与防渗料反应还可生成SiF_4气体,使硅元素向防渗料下部迁移,导致废防渗料上层硅元素含量降低。