一种利用复合碱处理铝电解废阴极制备多孔碳质负极的方法

本发明属于固体废弃物处理领域，具体涉及一种利用复合碱处理铝电解废阴极制备多孔碳质负极的方法。

背景技术：

1、铝电解槽阴极在运行过程中会遭受高温熔盐、铝液、金属钠等物质的持续侵蚀，导致阴极裂隙的产生与导电性的变化，从而造成电解槽损坏。使用3～10年后需要停槽大修，所产生的固体废料即为铝电解废阴极。

2、铝电解废阴极的处理是一个涉及环境保护、资源回收利用以及经济效益等多方面的复杂问题。目前，研究和应用的工艺主要包括高温热处理、超声波辅助浸出、火法处理、湿法处理以及它们的结合处理。每种工艺都有其优缺点，如高温热处理的处理量大且反应速率快，超声波辅助浸出的产物纯度高且流程简单，火法处理的处理彻底但能耗较高，湿法处理的环保性高且成本较低。

3、开发一种新的铝电解废阴极无害化的高值化且创新性利用具有重要意义。

4、人们也在这方面做了一下尝试，如公开号为：cn111943189a、发明名称为：一种从废阴极炭块中提纯石墨的方法的专利，其包括如下步骤：1)将废阴极炭块样品与第一溶剂、第二溶剂、碱混合后超声浸出0.5～1h；所述第一溶剂为水、乙二醇、乙醇中的至少一种，所述第二溶剂为石油醚、乙腈中的至少一种，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种；2)离心分离、洗涤、干燥，即得。该技术仅仅涉及到产品石墨的纯度并未涉及到产品是否具有多孔性。公开号为cn117658125a、发明名称为：一种利用铝电解废阴极制备电池级石墨的方法的专利，其包括如下步骤：1.将破碎研磨后的废阴极碳粉与碱性溶液混合，制得混合料浆，在水热反应后，经过滤后得碱浸废阴极和碱性滤液；2.将干燥后的碱浸废阴极与酸性溶液混合，制得混合料浆，加热反应，经过滤后得酸浸废阴极和酸性滤液；3.将干燥后的酸浸废阴极经焙烧石墨化后得到纯化石墨碳粉。所述废阴极碳粉为废阴极炭块经1500℃以上厌氧焙烧脱氟处理后的产物，其碳含量≥85wt％，氟含量≤0.3wt％。其也未涉及到产品是否具有多孔性。

技术实现思路

1、本发明首次提出利用复合碱处理铝电解废阴极制备多孔碳质负极。本发明利用破碎浮选处理后的废阴极炭块经与复合碱进行熔盐焙烧，再与酸溶液进行超声与热压浸出反应后去除杂质并造孔得到多孔碳材料，即可回收制备高性能电池负极。

2、该方法通过合理设计，将废阴极中碳质材料充分利用，最终生成高附加值产品的高性能电池级碳质材料，具有良好的经济效益。可彻底解决铝电解废阴极无害化处理成本高、附加值低的问题，实现铝电解行业的可持续发展。

3、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:

4、一种利用复合碱处理铝电解废阴极制备多孔碳质负极的方法，包括如下步骤:

5、i.将破碎研磨后的废阴极碳粉与混合碱混合进行熔盐焙烧，然后进行水浸，水浸后，经抽滤后制得熔盐焙烧废阴极碳粉和碱性滤液；所述混合碱由碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾中至少2种混合组成；混合碱与废阴极碳粉的质量比为0.75～2：1；所述焙烧的熔盐焙烧的温度大于混合碱中任意一种物料的熔点且小于等于1200℃

6、ii.将干燥后的熔盐焙烧废阴极碳粉与酸溶液混合，制得混合料浆，进行超声酸浸与热压酸浸，经过滤后得酸浸废阴极碳粉和酸性滤液，将酸浸废阴极碳粉干燥后得到多孔碳质负极材料。

7、作为优选，所述步骤i中废阴极碳粉为废阴极炭块经破碎浮选处理后的产物。

8、作为优选，浮选后废阴极碳粉包含以下成分：c:81～86wt％、al:2.5～2.7wt％、ca:0.4～0.9wt％、si:0.4～0.8wt％、f:5.0～9.0wt％，以上成分与其他成分共为100wt％。

9、作为优选，其碳含量81wt％～85wt％，氟含量≤8wt％。

10、浮选后废阴极碳粉其粒径为10-35微米。

11、作为优选，所述步骤i混合碱由氢氧化钾和碱a组成，所述碱a选自碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠中一种或多种。作为进一步的优选，混合碱由氢氧化钾和碱a按质量比，氢氧化钾：碱a＝1～1.25：1组成。作为更进一步的优选，碱a为氢氧化钠。

12、作为优选，混合碱与废阴极碳粉的质量比为1.6～1.8：1。本发明采用远远大于碳粉的质量的混合碱，其不仅能使两种原料混合的更加均匀，提高反应效率，并补偿反应中碱随着气体挥发出去造成的损失，还能起到使二者达到最佳化学反应的效果。同时完全规避了氰化物带来的风险。

13、作为优选，熔盐焙烧温度为700～1200℃，这当然包括700～750℃、800～850℃、900～950℃、1000～1050℃、1100～1050℃、1051～1200℃这些温度范围。

14、作为优选，熔盐焙烧为1～5h。

15、作为优选，所述步骤i中水浸的温度为室温～90℃、优选为50～90℃，时间为1～5h。

16、作为优选，所述步骤ii中酸性溶液中酸为盐酸、硝酸、硫酸中的一种或多种混合。

17、作为优选，所述步骤ii中，超声浸出时，混合料浆中酸性溶液与废阴极碳粉的质量比为：10～20∶1；优选为10-12：1。

18、超声浸出时，控制温度为室温～80℃、优选为50～80℃，浸出时间为1～4h，超声功率为200w～600w、超声频率为15～35khz、优选为20khz。

19、热压酸浸的温度160～220℃，反应时间为1～4h；热压酸浸时，混合料浆中酸性溶液与废阴极碳粉的质量比为：2～8∶1；优选为4-6：1。

20、混合料浆中，所用酸性溶液的浓度为1～6mol/、优选为2～6mol/l。

21、作为优选，所述步骤ii中纯化石墨碳粉石墨化度≥78％，优选为≥78.2wt％、≥78.4wt％、≥78.7wt％；固定碳含量≥99.9wt％(优选为≥99.95wt％、≥99.96wt％、≥99.98wt％)，压实密度1.4～1.62g/cm3，比表面积≤800m2/g，孔隙率为35～39％。

22、本发明的有益技术效果在于，本方法利用混合碱为活化剂进行熔盐焙烧，而且所用碱量远远大于当次处理的原料，这样可以安全快速实现杂质的可浸出化，同时还可以尽可能的实现造孔。

23、同时在超声波预处理和加压酸浸协同作用下实现了铝电解废旧阴极炭块的高效、清洁、高纯度回收。本方法得到的石墨碳粉可以达到锂离子电池级多孔碳材的标准，这为铝电解废阴极无害化低成本处理提供了一条良好的出路，也为铝电解废阴极高价值资源化利用提供了经济保证。

24、本发明所得产品固定碳含量高，且所得产品经石墨化处理后，可以完全满足锂离子电池级多孔碳材的标准。当然用作其他领域(如吸附)也展现出优异的性能。

技术特征：

1.一种利用复合碱处理铝电解废阴极制备多孔碳质负极的方法，其特征在于；包括如下步骤:

2.根据权利要求1所述的一种利用复合碱处理铝电解废阴极制备多孔碳质负极的方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种利用复合碱处理铝电解废阴极制备多孔碳质负极的方法，其特征在于：其碳含量81wt％～85wt％，氟含量≤8wt％。

4.根据权利要求2所述的一种利用复合碱处理铝电解废阴极制备多孔碳质负极的方法，其特征在于：浮选后废阴极碳粉其粒径为10-35微米。

5.根据权利要求1所述的一种利用复合碱处理铝电解废阴极制备多孔碳质负极的方法，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的一种利用复合碱处理铝电解废阴极制备多孔碳质负极的方法，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的一种利用复合碱处理铝电解废阴极制备多孔碳质负极的方法，其特征在于：

8.根据权利要求1所述的一种利用复合碱处理铝电解废阴极制备多孔碳质负极的方法，其特征在于：

9.根据权利要求1所述的一种利用复合碱处理铝电解废阴极制备多孔碳质负极的方法，其特征在于：

技术总结本发明属于固体废弃物处理领域，具体涉及一种利用复合碱处理铝电解废阴极制备多孔碳质负极的方法。所述方法包括：I.将破碎研磨后的废阴极碳粉与不同碱混合进行熔盐焙烧，在水浸反应后，经抽滤后制得熔盐焙烧废阴极碳粉和碱性滤液；II.将干燥后的熔盐焙烧废阴极碳粉与不同酸溶液混合，制得混合料浆，进行超声与热压酸浸，经过滤后得酸浸废阴极碳粉和酸性滤液，将酸浸废阴极碳粉干燥后得到多孔碳碳质负极材料。本发明工艺简单可控，所得产品性能优良，便于产业化应用。技术研发人员：陈正杰,李子睿,马文会,陈孝位,李绍元,吴丹丹,伍继君受保护的技术使用者：昆明理工大学技术研发日：技术公布日：2024/12/2