從高鋁酸性廢水中回收鋁的技術(shù)
近年來，國內(nèi)對電容器的需求不斷擴(kuò)大，與之相關(guān)的電極箔行業(yè)也發(fā)展迅速。電極箔行業(yè)作為高耗能行業(yè)，一方面消耗大量電能，另一方面對水的需求量和污水排放量也很高。鋁箔行業(yè)屬于有色金屬行業(yè)。目前廣泛采用的技術(shù)是在鹽酸和硫酸的混合溶液中用直流電制孔，形成高密度、均勻的細(xì)孔，再用硝酸直流電制孔，以獲得高比電容。在生產(chǎn)過程中，需要大量清水沖洗鋁箔。因此，廢水主要表現(xiàn)為強(qiáng)酸性，在造孔和擴(kuò)孔階段廢水的pH值往往低于2，并含有高濃度的鋁離子。目前這類廢水主要采用化學(xué)堿中和處理，然后沉淀排放。化學(xué)沉淀法處理此類廢水應(yīng)用廣泛，操作簡單，成本低，對工藝和設(shè)備要求低，回收的鋁產(chǎn)品純度高，直接沉淀法是較好的選擇。直接沉淀法的原理是Al3++3OH-=Al(OH)3↓。氧化鋁Al(OH)3是一種典型的兩性化合物，無毒無味的白色粉末，是氧化鋁(Al2O3)生產(chǎn)中的中間產(chǎn)物。Al2O3是一種重要的化工原料，其中α-Al2O3是一種穩(wěn)定相，具有硬度高、耐腐蝕、強(qiáng)度高、耐磨性好等優(yōu)異性能。因此，α-Al2O3的含量越高，在制備Al2O3時越好。
以某電容器鋁箔生產(chǎn)企業(yè)擴(kuò)孔階段產(chǎn)生的高濃度硝酸廢水為實驗對象，通過實驗研究確定化學(xué)沉淀法回收鋁的最佳pH值，并采用X射線衍射法測定不同溫度下煅燒Al(OH)3得到的Al2O3的形貌，從而確定獲得α-Al2O3的適宜溫度，可為同類企業(yè)相關(guān)廢水和資源回收提供參考。
一.實驗
1.1水樣和水質(zhì)
本實驗的水樣取自江蘇鹽城某電容器鋁箔濃硝酸擴(kuò)孔車間的酸洗廢液。pH值為1.2，Al3+的濃度為5.4g/L，NO3-N的濃度為5.7g/L
1.2實驗試劑
實驗中所用試劑的純度是分析純。
1.3實驗方法
1.3.1沉淀實驗
準(zhǔn)確量取100mL廢水樣品，置于12個250mL燒杯中。用1.5mol/LNaOH溶液將廢水樣品的pH值調(diào)節(jié)至6、7、8和9。中和沉淀30分鐘后，對水樣進(jìn)行真空過濾。將過濾得到的濾餅在105℃下干燥3小時，然后稱重，測定濾餅的重量，并測定濾液中殘余的Al3+離子。
1.3.2氫氧化鋁濾泥比電阻的測定
濾泥比阻力是指單位質(zhì)量的濾泥在一定壓力下過濾時，單位過濾面積產(chǎn)生的阻力，即單位過濾面積上單位干重濾餅產(chǎn)生的阻力。污泥比阻越大，過濾性能越差，污泥過濾越困難。因此，比阻是表征濾泥過濾特性的綜合指標(biāo)，對污水處理中脫水器的選擇有很好的指示作用。濾泥比電阻測定方法的參考
1.3.3測定鋁離子
濾液中殘余鋁離子的測定采用《工業(yè)循環(huán)冷卻水中鋁離子的測定-三重分光光度法》(HG/T3525-2011)。
1.3.4高溫煅燒制備
將經(jīng)沉淀過濾和105℃干燥得到的氫氧化鋁放入馬弗爐中，在800℃、1000℃和1200℃煅燒2h，制備α-Al2O3，然后用X射線衍射法測定α-Al2O3的含量。
二。結(jié)果和討論
2.1 pH對通過中和沉淀獲得的Al(OH)3重量的影響
準(zhǔn)確量取100mL廢水樣品，分別置于12個250mL燒杯中。用1.5mol/LNaOH溶液將廢水樣品的pH值調(diào)節(jié)至6、7、8和9，每個pH值為三個平行。中和沉淀30分鐘后，水樣進(jìn)行重力過濾。將過濾得到的濾餅在105℃下干燥3小時，然后稱重以確定濾餅的重量。結(jié)果如圖1所示。
從圖1可以看出，當(dāng)pH=6時，濾餅Al(OH)3的重量較大，達(dá)到2.37g，而當(dāng)pH調(diào)至8時，濾餅的重量較小，只有2.29g .當(dāng)pH在6-8之間時，析出的Al(OH)3的重量減少，當(dāng)pH大于8時，Al(OH)3的重量又開始增加。因此，從回收率和經(jīng)濟(jì)水平的角度來看，pH=6是最佳的中和pH值。
同時從實驗中可以看出，隨著NaOH溶液的滴加，水樣先出現(xiàn)花然后立即形成白色絮體，白色絮體上浮，pH=4時幾乎都是絮體。隨著NaOH溶液的滴加，絮體間隙不斷減小，形成Al(OH)3膠體。
2.2 the值對氫氧化鋁過濾阻力的影響
本實驗用比電阻儀測定了中和得到的氫氧化鋁濾泥的比電阻。當(dāng)廢水的pH調(diào)至6~9時，溶液呈膠體狀，其特點是含固體的液體溶液粘度高，間隙水含量不如污泥。很難過濾，靠重力過濾幾乎不可能，只能用真空過濾。過濾過程中，濾餅會對過濾產(chǎn)生一定的影響。為了進(jìn)一步研究，測量并分析了不同pH值溶液的電阻率，電阻率測量結(jié)果如圖2所示。
一般來說，比阻為109~1010s2/g的污泥歸類為難過濾，比阻為(0.5~0.9)×109s2/g的污泥歸類為中等難度，比阻小于0.4×109s2/g的污泥易于過濾。從圖2可以看出，當(dāng)pH值在6到9之間時，所有的溶液都很難過濾。當(dāng)pH為7時，過濾阻力較小，比阻力為1.07×1011s2/g，相對容易過濾。其次，pH值為6時較易過濾，比電阻為1.13× 1011s2/g，pH值為8、9時較難過濾。
2.3 pH對濾液中殘余Al3+的影響
濾液是中和、沉淀、過濾后的溶液，濾液中殘留的Al3+可以進(jìn)一步表征鋁的回收程度。為了進(jìn)一步判斷pH對鋁回收率的影響，測定了濾液中殘余的Al3+。方法采用《工業(yè)循環(huán)冷卻水中鋁離子的測定-Triering分光光度法》(HG/T3525-2011)，結(jié)果見圖3。
從圖3可以看出，當(dāng)pH=6時，濾液中Al3+離子的含量較低，濃度為0.38 mg/L，隨著pH的升高，濾液中殘余Al3+離子的濃度逐漸升高，當(dāng)pH=9時，濃度達(dá)到2.97 mg/L，結(jié)果表明pH=6時鋁的回收效率較高。
2.4高溫煅燒Al(OH)3制備α-Al2O3
根據(jù)以上分析，pH=6時，鋁的回收率高，濾餅過濾阻力小。因此，以pH=6干燥的Al(OH)3為原料，在馬弗爐中高溫煅燒制備Al2O3，并研究煅燒溫度對Al2O3形貌的影響。稱取10g氫氧化鋁樣品于三個坩堝中，在800℃、1000℃和1200℃下煅燒2h，然后取出冷卻至室溫，進(jìn)行X射線衍射分析。測定方法參照YS/T89-2011《煅燒α-氧化鋁》。結(jié)果見圖4~圖6。
根據(jù)YS/T89-2011煅燒α-Al2O3的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合圖4-6可以看出，煅燒溫度為800℃時，煅燒樣品不會產(chǎn)生α-Al2O3，而是產(chǎn)生各種含鋁雜質(zhì)。當(dāng)煅燒溫度提高到1000℃時，煅燒產(chǎn)物中會出現(xiàn)少量的α-Al2O3，當(dāng)煅燒溫度達(dá)到1200℃時，會得到大量的α-al2o 3。由此可見，從該類廢水中回收鋁制備αAl2O3時，煅燒溫度不應(yīng)低于1200℃。
三。結(jié)論
本研究對電容器鋁箔擴(kuò)孔工段產(chǎn)生的高濃度含鋁酸性廢水中的鋁回收技術(shù)進(jìn)行了實驗研究。結(jié)果表明，當(dāng)pH值調(diào)至6時，鋁回收率較高，過濾得到的氫氧化鋁濾餅量較多，濾液中殘留的Al3+量較少。當(dāng)pH值為7時，濾餅較易過濾，濾餅的過濾比阻較低。當(dāng)pH值為6時，濾餅較高。根據(jù)鋁的綜合回收率，pH=6應(yīng)是化學(xué)法回收鋁的基本條件。中和沉淀得到的Al(OH)3在高溫下煅燒制備Al2O3。結(jié)果表明，當(dāng)煅燒溫度為800℃，煅燒時間為2h時，樣品沒有轉(zhuǎn)化為Al2O3。當(dāng)煅燒溫度逐漸升高至1000℃并煅燒2h時，樣品中有少量α-Al2O3生成。因此，用化學(xué)方法從這類高濃度廢水中回收鋁時，廢水的pH值應(yīng)調(diào)整到6，中和后的Al(OH)3回收為附加值更高的α-Al2O3時，煅燒溫度不應(yīng)低于1200℃。(來源:南京大學(xué)金陵學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院)
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