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实验探究铝渣的再利用

2016-05-30陈正泰

高中生学习·高三版 2016年3期
关键词:氯化铝废渣反应时间

陈正泰

循环经济

“循环经济”一词是美国经济学家波尔丁在20世纪60年代提出生态经济理论时谈到的。波尔丁受当时发射的宇宙飞船的启发,进而分析地球经济的发展,他认为飞船是一个孤立无援、与世隔绝的独立系统,靠不断消耗自身资源存在,最终它将因资源耗尽而毁灭。惟一使之延长寿命的方法就是要实现飞船内的资源循环,尽可能少地排出废物。同理,地球经济系统如同一艘宁宙飞船,尽管地球资源系统大得多,地球寿命也长得多,但是也只有实现对资源循环利用的循环经济,地球才能得以长存。

学习了化学必修2中《化学与自然资源的开发利用》一章后,我们湖北省实验中学的同学们利用课余时间开始讨论并关注金属废品的循环利用问题。化学科韩高义老师依据中学生绿色化学及综合利用环境中废气、废渣等课程的要求,建议同学们查阅资料,参与社会实践,利用企业产生的余料进行资源化利用。这一提议大大地激起了我们利用已学知识开展循环经济专题研究的兴趣。在这项活动中,我特地选择了铝型材这个小类开展实验。本文是我的实验报告,希望得到大家的指导。

以铝型材表面处理废铝渣制备聚合氯化铝(PAC)的方法,所制聚合氯化铝可用于工业废水处理等,将工业废品进行资源化利用,变废为宝, 是循环经济的一个重要表现,也处理资源短缺,变废为宝中的一个很好的例子。

本次实验主要用盐酸处理铝工业废渣制备聚合氯化铝的方法研究与探讨,我的理论依据和参照实验范本是:

絮凝法净化水是最古老的固液分离方法之一,由于其适用性广、工艺简单、处理成本低等特点,絮凝法目前仍广泛应用于饮用水、生活污水和工业废水处理中。聚合氯化铝是一种优良的无机高分子絮凝剂,使用时具有絮体形成快、沉淀性能好,水中碱度消耗少,特别是对水温、pH、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国从上世纪70年代开始,已对聚合氯化铝进行了研发,近年来随着实验室研究的深入,工业生产得到了快速的发展。

[实验部分] 选用了废铝泥铝渣与盐酸直接反应,加上适度的稳定剂进行化合,具体情况如下:

1. 实验原理及化学反应式 铝泥加盐酸反应生成中间产物三氯化铝,通过控制pH,聚合生成产品聚合氯化铝。反应如下:

[Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O→[Al2(OH)nCl6-n]m]

2. 寻找原料 原料取用某铝业公司的废铝渣,为白色的块状物,因在露天下,微湿。

3. 原料处理 ①取一定量的湿渣,在烘箱中100℃条件下烘2小时;②用含量为30%的盐酸将干渣进行溶解化合;③请化学老师利用仪器进行检测,测定溶解液中铝的含量,测定结果为干渣中铝含量的23%——实验物品铝含量符合生产聚合氯化铝条件。

4. 聚合氯化铝的合成 ①将100mL上一步所制得的三氯化铝加入反应器(250mL玻璃烧杯)中,加热至100℃,并且不断搅拌;②连续缓慢地加入碱化剂氢氧化钙,继续搅拌;③反应一定时间,真空过滤;④滤液加入少量柠檬酸作为稳定剂,放在恒温水浴锅中熟化一定时间,得到液体聚合氯化铝液体产品。

[实验思考] 通过观察,我掌握了一些数据,现记录如下。

1. 废铝渣最优溶解条件 取10g的废铝渣, 加入适量的水润湿后,分别加入实际加入量与理论加入量比为0.8、0.9、1.0、1.1和1.2的盐酸溶解,在恒温磁力搅拌器于100℃下搅拌15分钟,反应后对液体氯化铝产品中的铝含量进行测定,实验结果表明了盐酸加入量与铝的浸出率之间的关系,在盐酸实际加入量与理论加入量之比为0.8和0.9时,铝的浸出率分别为79.79%和86.50%,表明盐酸加入量不足,反应不完全,使铝的浸出率较低;在盐酸实际加入量与理论加入量之比大于1时,即过量酸的加入,铝的浸出率没有明显提高,都接近于90%。但是过量酸的加入会导致废铝渣溶解液的酸度高,使得后续工艺碱化剂的加入量增加,造成浪费。因此实际生产中,盐酸可用工业盐酸和工业废酸代替。

2. 最佳的反应温度 温度是影响废渣酸溶反应速度的重要因素之一,升高温度有利于提高废渣中铝的浸出率,在30℃~110℃的反应温度范围内,铝的浸出率随温度的升高而增加。反应的温度越高,意味着成本越大,为保持有较快的反应速度和较高的浸出率,温度控制在100℃~110℃比较适宜。

3. 最佳的反应时间 随着反应时间的增加,铝的浸出率逐渐升高。当反应时间达到15分钟之后,铝的浸出率与时间关系曲线斜率变缓,铝的浸出率基本上稳定,均达到95%以上,继续增加反应时间对浸间,使生产的效率提高,综合考虑浸出率和经济节能原因,反应时间选择15分钟为宜。

4. 水的最佳加入量 水的加入量过少,加热溶解、冷却之后,有氯化铝晶体析出,不能参与后续的聚合反应,造成原料的浪费,需补充一定量的水使其溶解;而水的加入量过多,不仅使反应速度变慢,而且使溶解液中有效成分氯化铝含量偏低,需浓缩处理。为了使最终液体产品PAC达到工业产品的要求,选择废铝渣与水的质量比为1∶5。

[结论部分]

1. 用盐酸浸出工业废渣中的铝最佳工艺条件: 盐酸加入量一般以理论加入量,温度控制在100℃~110℃比较适宜,反应时间选择15分钟,废铝渣与水的质量比为1∶5,此时铝的浸出率可达到95%左右。

2. 此工艺不仅可回收利用废铝渣,又可省去废渣处置费用, 为废铝渣的综合利用提供了实用技术,可以响应十八大生态文明建设,发展绿色经济,变废为宝,实现循环经济利用建设。

3. 废渣与盐酸反应过程中,温度的控制与反应时间需要完整的结合。反应完后,应留足聚合过程时间。

[实验启示] 在老师的指导下,我参与本次社会实践活动和试验,受到很大的启发和教育。实践证明,循环利用既解决资源短缺问题,又能解决污染环境问题。科技就是生产力,我们要继续学好科技知识,用科技技术改变我们的社会和国家,使我们国家更加繁荣富强,用科学知识让我们的蓝天更蓝,让我们赖以生存的地球空气清新,环境美好。

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