陳正泰

循環(huán)經(jīng)濟

“循環(huán)經(jīng)濟”一詞是美國經(jīng)濟學(xué)家波爾丁在20世紀(jì)60年代提出生態(tài)經(jīng)濟理論時談到的。波爾丁受當(dāng)時發(fā)射的宇宙飛船的啟發(fā)，進而分析地球經(jīng)濟的發(fā)展，他認為飛船是一個孤立無援、與世隔絕的獨立系統(tǒng)，靠不斷消耗自身資源存在，最終它將因資源耗盡而毀滅。惟一使之延長壽命的方法就是要實現(xiàn)飛船內(nèi)的資源循環(huán)，盡可能少地排出廢物。同理，地球經(jīng)濟系統(tǒng)如同一艘寧宙飛船，盡管地球資源系統(tǒng)大得多，地球壽命也長得多，但是也只有實現(xiàn)對資源循環(huán)利用的循環(huán)經(jīng)濟，地球才能得以長存。

學(xué)習(xí)了化學(xué)必修2中《化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用》一章后，我們湖北省實驗中學(xué)的同學(xué)們利用課余時間開始討論并關(guān)注金屬廢品的循環(huán)利用問題。化學(xué)科韓高義老師依據(jù)中學(xué)生綠色化學(xué)及綜合利用環(huán)境中廢氣、廢渣等課程的要求，建議同學(xué)們查閱資料，參與社會實踐，利用企業(yè)產(chǎn)生的余料進行資源化利用。這一提議大大地激起了我們利用已學(xué)知識開展循環(huán)經(jīng)濟專題研究的興趣。在這項活動中，我特地選擇了鋁型材這個小類開展實驗。本文是我的實驗報告，希望得到大家的指導(dǎo)。

以鋁型材表面處理廢鋁渣制備聚合氯化鋁（PAC）的方法，所制聚合氯化鋁可用于工業(yè)廢水處理等，將工業(yè)廢品進行資源化利用，變廢為寶， 是循環(huán)經(jīng)濟的一個重要表現(xiàn)，也處理資源短缺，變廢為寶中的一個很好的例子。

本次實驗主要用鹽酸處理鋁工業(yè)廢渣制備聚合氯化鋁的方法研究與探討，我的理論依據(jù)和參照實驗范本是：

絮凝法凈化水是最古老的固液分離方法之一，由于其適用性廣、工藝簡單、處理成本低等特點，絮凝法目前仍廣泛應(yīng)用于飲用水、生活污水和工業(yè)廢水處理中。聚合氯化鋁是一種優(yōu)良的無機高分子絮凝劑，使用時具有絮體形成快、沉淀性能好，水中堿度消耗少，特別是對水溫、pH、濁度和有機物含量變化適應(yīng)性強等優(yōu)點。我國從上世紀(jì)70年代開始，已對聚合氯化鋁進行了研發(fā)，近年來隨著實驗室研究的深入，工業(yè)生產(chǎn)得到了快速的發(fā)展。

[實驗部分] 選用了廢鋁泥鋁渣與鹽酸直接反應(yīng)，加上適度的穩(wěn)定劑進行化合，具體情況如下：

1. 實驗原理及化學(xué)反應(yīng)式 鋁泥加鹽酸反應(yīng)生成中間產(chǎn)物三氯化鋁，通過控制pH，聚合生成產(chǎn)品聚合氯化鋁。反應(yīng)如下：

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

2. 尋找原料 原料取用某鋁業(yè)公司的廢鋁渣，為白色的塊狀物，因在露天下，微濕。

3. 原料處理 ①取一定量的濕渣，在烘箱中100℃條件下烘2小時；②用含量為30%的鹽酸將干渣進行溶解化合；③請化學(xué)老師利用儀器進行檢測，測定溶解液中鋁的含量，測定結(jié)果為干渣中鋁含量的23%——實驗物品鋁含量符合生產(chǎn)聚合氯化鋁條件。

4. 聚合氯化鋁的合成 ①將100mL上一步所制得的三氯化鋁加入反應(yīng)器（250mL玻璃燒杯）中，加熱至100℃，并且不斷攪拌；②連續(xù)緩慢地加入堿化劑氫氧化鈣，繼續(xù)攪拌；③反應(yīng)一定時間，真空過濾；④濾液加入少量檸檬酸作為穩(wěn)定劑，放在恒溫水浴鍋中熟化一定時間，得到液體聚合氯化鋁液體產(chǎn)品。

[實驗思考] 通過觀察，我掌握了一些數(shù)據(jù)，現(xiàn)記錄如下。

1. 廢鋁渣最優(yōu)溶解條件 取10g的廢鋁渣， 加入適量的水潤濕后，分別加入實際加入量與理論加入量比為0.8、0.9、1.0、1.1和1.2的鹽酸溶解，在恒溫磁力攪拌器于100℃下攪拌15分鐘，反應(yīng)后對液體氯化鋁產(chǎn)品中的鋁含量進行測定，實驗結(jié)果表明了鹽酸加入量與鋁的浸出率之間的關(guān)系，在鹽酸實際加入量與理論加入量之比為0.8和0.9時，鋁的浸出率分別為79.79%和86.50%，表明鹽酸加入量不足，反應(yīng)不完全，使鋁的浸出率較低；在鹽酸實際加入量與理論加入量之比大于1時，即過量酸的加入，鋁的浸出率沒有明顯提高，都接近于90%。但是過量酸的加入會導(dǎo)致廢鋁渣溶解液的酸度高，使得后續(xù)工藝堿化劑的加入量增加，造成浪費。因此實際生產(chǎn)中，鹽酸可用工業(yè)鹽酸和工業(yè)廢酸代替。

2. 最佳的反應(yīng)溫度 溫度是影響廢渣酸溶反應(yīng)速度的重要因素之一，升高溫度有利于提高廢渣中鋁的浸出率，在30℃～110℃的反應(yīng)溫度范圍內(nèi)，鋁的浸出率隨溫度的升高而增加。反應(yīng)的溫度越高，意味著成本越大，為保持有較快的反應(yīng)速度和較高的浸出率，溫度控制在100℃～110℃比較適宜。

3. 最佳的反應(yīng)時間 隨著反應(yīng)時間的增加，鋁的浸出率逐漸升高。當(dāng)反應(yīng)時間達到15分鐘之后，鋁的浸出率與時間關(guān)系曲線斜率變緩，鋁的浸出率基本上穩(wěn)定，均達到95%以上，繼續(xù)增加反應(yīng)時間對浸間，使生產(chǎn)的效率提高，綜合考慮浸出率和經(jīng)濟節(jié)能原因，反應(yīng)時間選擇15分鐘為宜。

4. 水的最佳加入量 水的加入量過少，加熱溶解、冷卻之后，有氯化鋁晶體析出，不能參與后續(xù)的聚合反應(yīng)，造成原料的浪費，需補充一定量的水使其溶解；而水的加入量過多，不僅使反應(yīng)速度變慢，而且使溶解液中有效成分氯化鋁含量偏低，需濃縮處理。為了使最終液體產(chǎn)品PAC達到工業(yè)產(chǎn)品的要求，選擇廢鋁渣與水的質(zhì)量比為1∶5。

[結(jié)論部分]

1. 用鹽酸浸出工業(yè)廢渣中的鋁最佳工藝條件： 鹽酸加入量一般以理論加入量，溫度控制在100℃～110℃比較適宜，反應(yīng)時間選擇15分鐘，廢鋁渣與水的質(zhì)量比為1∶5，此時鋁的浸出率可達到95%左右。

2. 此工藝不僅可回收利用廢鋁渣，又可省去廢渣處置費用， 為廢鋁渣的綜合利用提供了實用技術(shù)，可以響應(yīng)十八大生態(tài)文明建設(shè)，發(fā)展綠色經(jīng)濟，變廢為寶，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟利用建設(shè)。

3. 廢渣與鹽酸反應(yīng)過程中，溫度的控制與反應(yīng)時間需要完整的結(jié)合。反應(yīng)完后，應(yīng)留足聚合過程時間。

[實驗啟示] 在老師的指導(dǎo)下，我參與本次社會實踐活動和試驗，受到很大的啟發(fā)和教育。實踐證明，循環(huán)利用既解決資源短缺問題，又能解決污染環(huán)境問題。科技就是生產(chǎn)力，我們要繼續(xù)學(xué)好科技知識，用科技技術(shù)改變我們的社會和國家，使我們國家更加繁榮富強，用科學(xué)知識讓我們的藍天更藍，讓我們賴以生存的地球空氣清新，環(huán)境美好。