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一种酸法处理铝电解质中钾元素的方法
申请号	CN201410636296.6	申请日	2014-11-13	公开(公告)号	CN104445327A	公开(公告)日	2015-03-25
申请人	东北大学;			发明人	王兆文; 侯剑峰; 石忠宁; 高炳亮; 胡宪伟; 于江玉; 张鹏举;
摘要	一种酸法去除铝电解质中钾元素的方法，其特点是包括以下步骤：（1）将含有钾元素的铝电解质加入到浓酸溶液中反应，将反应后的物料进行过滤，得到滤液和过滤固相，将过滤固相干燥去除水分，得到冰晶石；（2）将滤液导入钾离子吸附分子筛中进行钾离子和钠离子的分离，使用硝酸铵溶液对吸附后分子筛进行脱附，将脱附后溶液进行蒸发结晶得到硝酸钾；（3）将吸附后滤液进行蒸发结晶得到硝酸钠。本发明为铝电解行业解决了由于钾元素的存在造成的铝电解生产中过热度高，碳素材料被损坏，电解槽使用寿命降低等一系列问题，增加了生产效益，为在复杂电解质体系下进行电解铝生产提供了切实可行的方法。
权利要求	1.一种酸法处理铝电解质中钾元素的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将含有钾元素的铝电解质粉碎后磨细至粒度100um-150um，将铝电解质粉末与工业级氟化钠进行混合，加入到浓酸溶液中，加入量按照混合物在浓酸溶液中浓度为75-125g/L；在搅拌和加热的条件下反应60-180min，搅拌转速在100-300 r/min，将反应后的物料进行过滤，得到反应后滤液和过滤固相；（2）将过滤固相用水洗涤至洗液显中性（pH=7.0），干燥去除水分，得到冰晶石；（3）将滤液导入钾离子型分子筛中进行钾离子和钠离子的分离；对吸附后分子筛进行脱附，将脱附后溶液进行蒸发结晶得到硝酸钾；（4）将吸附后滤液进行蒸发结晶得到硝酸钠。 2.根据权利要求书所述的一种酸法处理铝电解质中钾元素的方法，其特征在于步骤（1）中所述的浓酸溶液为HNO3 水溶液，浓度13-65wt%。 3.根据权利要求书所述的一种酸法处理铝电解质中钾元素的方法，其特征在于步骤（2）中所述的冰晶石纯度在95%以上。 4.根据权利要求书所述的一种酸法处理铝电解质中钾元素的方法，其特征在于步骤（3）中所述的分子筛为钾离子型吸附分子筛，脱附剂为30wt%硝酸铵水溶液，硝酸钾纯度在 95%以上。 5.根据权利要求书所述的一种酸法处理铝电解质中钾元素的方法，其特征在于步骤（4）中所诉的硝酸钠纯度在95%以上。 6.根据权利要求书所述的一种酸法处理铝电解质中钾元素的方法，其特征在于将含有钾元素的铝电解质与氟化钠混合加入到浓酸溶液中，在搅拌和20℃-100℃下进行反应时，应向反应溶液中补充水以保持总体积不变。
说明书全文	一种酸法处理铝电解质中钾元素的方法技术领域 [0001] 本发明涉及一种处理铝电解质中钾钠冰晶石物质的方法，具体涉及一种酸法处理铝电解质中钾元素的方法，属于无机化学技术领域。背景技术 [0002] 近年来，随着我国电解铝工业的迅速发展，对铝土矿资源的需求量急剧增加。因此大量中低品位铝土矿被开釆并用于制备冶金级氧化铝。这种中低品位铝土矿中含有大量的碱金属元素，特别是我国铝土矿主要产区的铝土矿中，钾盐含量较高。用该种铝土矿制备的冶金级氧化铝其中钾元素的含量可为国外冶金级氧化铝钾元素含量的50倍以上。大量含有钾盐的氧化铝作为原料用于电解铝生产。这种氧化铝加入到电解质中，钾盐也随之一起进入电解槽，并不断在电解质中积累。随着生产的持续，钾盐在电解质中的含量增加，从而使电解质组份发生连续变化。随着电解质中钾的含量逐步升高，电解质初晶温度逐渐降低，在这样条件下，过热度有时可升高到30℃以上。过热度过高，炉帮形成困难，已形成的炉帮变薄，影响铝电解槽的稳定运行和降低铝电解槽的寿命。并且钾元素对电解槽的阴极有很大的破坏作用，这是由于熔融电解质中的钾离子在阴极表面生成的金属钾渗入阴极材料中，造成对碳素材料膨胀损坏。因此，钾元素对于铝电解生产产生了很大的影响，应该通过无害处理后采用合适的工艺回收电解质中的钾元素，去除钾元素对于铝电解生产的影响。通过检索分析，目前国内外并没有处理铝电解质中钾钠冰晶石物质的文献被公开报道。发明内容 [0003] 本发明的目的就在于解决现有技术存在的上述问题，通过反复研究和大量试验筛选后，提供了一种酸法处理铝电解质中钾元素的方法。本发明基于去除铝电解质中有害元素钾的目的，成功研究出这种酸法处理含有钾元素铝电解质的工艺，为铝电解行业解决了由于钾元素的存在造成的铝电解生产中过热度高、碳素材料被损坏、电解槽使用寿命降低等一系列问题，既增加了生产效益，又为在复杂电解质体系下进行电解铝生产提供了切实可行的方法。 [0004] 本发明给出的的技术方案为。 [0005] 一种酸法处理铝电解质中钾元素的方法，其特点是包括以下步骤。 [0006] （1）将含有钾元素的铝电解质粉碎后磨细至粒度100um-150um，将铝电解质粉末与工业级氟化钠进行混合，加入到浓酸溶液中，加入量按照混合物在浓酸溶液中浓度为75-125g/L；在搅拌和加热的条件下反应60-180min，搅拌转速在100-300 r/min，将反应后的物料进行过滤，得到反应后滤液和过滤固相。 [0007] （2）将过滤固相用水洗涤至洗液显中性（pH=7.0），干燥去除水分，得到冰晶石（分子式为Na3AlF6）。 [0008] （3）将滤液导入钾离子型分子筛中进行水溶液中钾离子的吸附分离，对吸附后分子筛进行脱附，将脱附后溶液进行蒸发结晶得到硝酸钾（分子式为KNO3）。 [0009] （4）将吸附后滤液进行蒸发结晶得到硝酸钠（分子式为NaNO3）。 [0010] 所述步骤（1）中的浓酸溶液为HNO3 水溶液，浓度13-65wt%。 [0011] 所述步骤（2）中的冰晶石纯度在95%以上。 [0012] 所述步骤（3）中的分子筛为钾离子型吸附分子筛，脱附剂为30wt%硝酸铵水溶液，硝酸钾纯度在95%以上。 [0013] 所述步骤（4）中的硝酸钠纯度在95%以上。 [0014] 所述步骤（1）中的将含有钾元素的铝电解质粉末与氟化钠粉末混合加入到浓酸溶液中，在搅拌和20℃-100℃下进行反应时，应向反应溶液中补充水以保持总体积不变。 [0015] 本发明中干燥去除水分方法为在120±5℃条件下烘干1h以上。 [0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果是;通过本发明技术方案的实施，能有效的去除电解质中有害的钾元素，同时可得到纯度较高适用于电解铝生产的工业电解质，可以降低电解铝生产的能耗；而且还可以回收硝酸钾和硝酸钠等化工原料，综合平均处理费用较低，适合在工业生产中进行应用推广。 [0017] 本发明具有以下优点：所使用均为化工领域常见原料，价格便宜，并且该发明方案对设备要求较低，普通成型设备即可；流程单一，且可分离出多种物质，所得物质纯度较高。 [0018] 本发明基于解决钾元素对于铝电解的影响的目的，成功的研究出酸法处理铝电解质中钾元素的方法，为铝电解行业解决了钾元素影响问题，也增加了效益，提升了我国铝电解工业的综合水平。具体实施方案 [0019] 本发明处理的铝电解质样品来自某电解铝厂300kA电解槽，样品直接破碎、磨细分析，该电解质含有Na3AlF6、Al2O3、K2NaAlF6、；电解质的元素组成及含量Na 30.31%，F52.55%，K 2.54%，Al 13.59%，O 1.01%。 [0020] 其中本发明采用的氟化钠为工业级氟化钠，成分按质量百分比为含氟化钠≥98%，二氧化硅≤0.5，硫酸盐≤0.3，碳酸钠≤0.5，水（H2O）≤0.5，其他杂质≤0.2%。 [0021] 本发明中干燥去除水分方法为在120±5℃条件下烘干1h以上。 [0022] 实施例1。 [0023] 取10g铝电解质，粉碎后磨细至粒度100um-150um，得到铝电解质粉末；将铝电解质粉末与2g氟化钠粉末混合，并加入到100ml的HNO3水溶液中，HNO3水溶液浓度为65wt%；在搅拌和40℃的条件下反应60min，搅拌转速在150 r/min，反应过程中向反应溶液中补充水以保持总体积不变。 [0024] 将反应后的物料进行过滤，得到反应后滤液和过滤固相，将过滤固相用水洗涤至洗液显中性（pH=7.0），干燥去除水分，得到10.2g纯度为95%以上的冰晶石。 [0025] 将滤液导入分子筛中进行钾离子和钠离子的分离；对吸附后分子筛进行脱附，将脱附后溶液进行蒸发结晶得到0.69g纯度为95%以上硝酸钾。 [0026] 将吸附后滤液进行蒸发结晶得到3.7g纯度为95%以上硝酸钠。 [0027] 实施例2。 [0028] 取5g铝电解质，粉碎后磨细至粒度100um-150um，得到铝电解质粉末；将铝电解质粉末与1g氟化钠粉末混合，并加入到50ml的HNO3水溶液中，HNO3水溶液浓度为65wt%；在

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