铝电解废旧阴极是铝电解厂排出的一种有毒固体废弃物,露天堆放会污染环境。废旧阴极中的炭和冰晶石、氟化钠、氟化钙等成分可以作为再生资源回收利用。浮选法是回收利用废旧阴极的一种有效的方法,可以在满足环保要求的基础上综合回收废旧阴极中的有价成分。处理含碳量(<40%)较低的废旧阴极,浮选法存在浮选指标不佳、产品质量不好的问题,需要进一步对浮选精矿进行酸浸、碱浸处理,对浮选尾矿进行煅烧处理,增加了处理成本,使浮选法失去竞争优势。优化浮选工艺,改善浮选指标,可以避免以上问题。本文针对难选的低碳品位(36.1%)废旧阴极,通过实验研究优化了浮选条件、浮选药剂、浮选流程,获得了品质良好的浮选产品,并对浮选废水的处理进行了实验研究,使之能够达标并在浮选工艺内循环利用。首先,采用X射线衍射分析、多元素化学分析、光学显微镜分析、浸出毒性分析等手段对废旧阴极的组成、微观结构和浸出毒性等进行了研究。研究表明废旧阴极的主要成分为炭和电解质(包括冰晶石、氟化钠和氧化铝等),二者界面清晰,可以采用机械破碎的方法分离；炭的石墨化程度高,疏水性强,可以采用泡沫浮选的方式进行提纯：SPL3的F-和CN-浸出浓度分别达2602.7mg/L和24.6mg/L,远超过国家标准。热力学计算表明,废旧阴极中的NaF等有毒物质在中性或碱性条件下与水发生反应不会生成有毒气体,浮选法处理废旧阴极在碱性条件下进行,是安全的。其次,采用粒子成像测速技术(Particle Image Velocimetry, PIV)对废旧阴极浮选实验主体设备XFD1.5L浮选机进行了流场研究,明确了其流场结构,分析了搅拌槽内流体速度随浮选机转速增大的变化趋势,测定了不同浮选机转速下的气泡平均直径和数密度以及气泡与流场的相对运动速度等参数,为废旧阴极浮选动力学理论计算提供了数据支撑。研究表明,XFD1.5L浮选机的搅拌槽大致可以分为3个区域,Y=0-25mm区间为“搅拌区”,Y=25-120mm区间为“分离区”,Y=120～150mmm区间为“泡沫区”。建议采用“圆弧底”的结构设计来消除浮选槽内的“死角”。然后,在不同磨矿粒度、浮选机转速和矿浆浓度下进行了浮选动力学实验研究,拟合了浮选动力学方程,并获得了最佳浮选条件：磨矿粒度为-200目占90%,最佳浮选机转速为1600rpm-1800rpm,最佳矿浆浓度为25%。浮选动力学实验表明,废旧阴极浮选过程符合一级动力学方程。最大回收率与浮选机转速、充气速率及矿浆浓度均呈单峰值函数关系。浮选机转速与充气速率同时增大时,最大回收率与两个自变量呈抛物面关系：z=-310.79+0.489x-477.54y-1.31×10-4x2+828.52y2其中z为最大回收率,x为浮选机转速,y为充气速率。最大回收率与矿浆浓度的函数关系为：z3=34.06+2.7C-0.039C2z3为最大回收率,C为矿浆浓度。另外,对捕收剂进行了复配和乳化,对捕收剂分批加药、抑制剂用量及其添加方式、起泡剂、分散剂和pH调整剂在浮选中的作用进行了研究。汽油与煤油复配可获得捕收能力和选择性均佳的复配油,最佳配比为汽油质量分数75%。与煤油相比,乳化煤油可以显著提高精矿品位和回收率；乳化剂在其中起到很重要的作用,既可以降低油水界面张力稳定乳化相,又可以促进浮选提高回收率。捕收剂分批加药可以改善浮选指标,相同药剂用量下,加药次数越多,浮选指标越好。添加起泡剂,可以提高浮选速率和精矿品位。水玻璃是最佳用量为500g/t,加入磨机效果更佳。分散剂和pH调整剂可以略微提高浮选精矿碳品位,但会显著降低精矿回收率,可以不添加。最后,通过浮选流程优化,确定了4粗2精闭路浮选流程。最佳浮选条件下采用该流程可以获得精矿碳品位82.1%、回收率98.1%的精矿和碳含量为1.21%的尾矿,解决了浮选产品质量差的问题。浮选精矿和尾矿F-和CN"含量均低于国家标准,不属于有毒固体废弃物,可以安全地用作再生工业原料。浮选废水经过一段石灰加漂白粉沉淀处理和二段聚合硫酸铁沉淀处理,F-和CN-含量可以分别降低到4.1mg/L和0.03mg/L,达到国家废水排放标准,并可在浮选工艺内循环使用。通过浮选实验获得了浮选精矿、浮选尾矿及一段沉淀产物等有价产品。浮选精矿的主要成分为炭,还含有少量的冰晶石、氟化钙和p-氧化铝,碳含量在80%以上,可以用作燃料、还原剂或制作碳素电极；浮选尾矿的主要成分为冰晶石、氟化钙、氟化铝和p-氧化铝,碳含量低于2%,可以返回电解槽使用。一段沉淀产物主要成分为氟化钙,可以作用工业原料回收利用。