黃麗燕,龍湖燕,粟海鋒
(廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院,廣西 南寧 530004)
硒在自然界中分布不均[1],主要從電解銅、鎳、鉛的陽極泥中富集回收[2-3]。電解錳陽極液主要由硫酸、硫酸銨、硫酸錳和硒等組成,其中硒以亞硒酸根及少量硒酸根形式存在[4-5]。因此,研究從電解錳陽極液中回收硒有重要意義。
從溶液中去除硒可采用化學(xué)還原法。在含硒酸性溶液中加入亞硫酸鈉、鐵粉、抗壞血酸、鹽酸羥胺和水合肼等還原性物質(zhì),可把溶液中的硒還原成單質(zhì)硒[6-11],還原率達(dá)95%以上。
為便于生產(chǎn)操作,且不給電解錳陽極液中引入新的雜質(zhì),試驗(yàn)采用亞硫酸銨作還原劑還原硒。
模擬電解錳陽極液,主要成分(g/L):(NH4)2SO457.60,H2SO433.10,Mn2+13.56,Se 0.012 0。
實(shí)際電解錳陽極液,取自廣西某電解錳企業(yè),主要成分(g/L):(NH4)2SO476.58,H2SO438.74,Mn2+14.68,Se 0.010 6。
主要試劑:硫酸(成都市科隆化學(xué)品有限公司),一水合亞硫酸銨(麥克林試劑公司),一水合硫酸錳(西隴化工股份有限公司),硫酸銨(廣東光華科技股份責(zé)任有限公司),二氧化硒(西隴化工股份有限公司),均為分析純。
試驗(yàn)儀器:AB104-N電子分析天平,DF-101S 集熱式恒溫加熱磁力攪拌器,超級恒溫水浴鍋,SHZ-D(Ⅲ)型循環(huán)水式真空泵,JP-303型極譜分析儀。
(1)
(2)
試驗(yàn)在250 mL斜三口燒瓶中進(jìn)行。三口燒瓶中加入100 mL模擬或?qū)嶋H電解錳陽極液,置于恒溫水浴中,調(diào)節(jié)攪拌器攪拌速度300 r/min,待溫度達(dá)設(shè)定值時(shí),加入一定量亞硫酸銨溶液,開始計(jì)時(shí)。反應(yīng)達(dá)設(shè)定時(shí)間后,停止加熱,過濾,分析濾液中硒質(zhì)量濃度,計(jì)算硒還原率。
溶液中硒質(zhì)量濃度采用極譜法測定[5]。硒還原率(μ)計(jì)算公式為
(3)
式中:V0—反應(yīng)開始時(shí)電解錳陽極液體積,mL;V1—反應(yīng)結(jié)束時(shí)電解錳陽極液體積,mL;ρ0—反應(yīng)開始時(shí)電解錳陽極液中總硒質(zhì)量濃度,μg/mL;ρ1—反應(yīng)結(jié)束時(shí)電解錳陽極液中總硒質(zhì)量濃度,μg/mL。
針對模擬電解錳陽極液,以硒還原率為目標(biāo),考察反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、硫酸濃度和亞硫酸銨用量對硒還原率的影響。設(shè)計(jì)5因素4水平正交試驗(yàn)L16(45)方案。正交試驗(yàn)條件及結(jié)果見表1。
表1 亞硫酸銨還原硒的正交試驗(yàn)條件及結(jié)果
由表1看出:對硒還原影響最大的因素為硫酸濃度,其次是反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和亞硫酸銨用量;最佳水平為硫酸濃度3.3 mol/L,反應(yīng)溫度90 ℃, 反應(yīng)時(shí)間120 min,亞硫酸銨用量0.8 g/L。
2.2.1 硫酸濃度對硒還原率的影響
亞硫酸銨用量0.8 g/L,反應(yīng)溫度90 ℃,反應(yīng)時(shí)間120 min,初始硫酸濃度對硒還原率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。
圖1 硫酸濃度對硒還原率的影響
由圖1看出:隨硫酸濃度增大,硒還原率提高;硫酸濃度為0.33 mol/L時(shí),硒還原率達(dá)95%左右;此后,再增大硫酸濃度,硒還原率變化不大。溶液中硒還原所需電子主要由SO2提供,硫酸濃度較小時(shí),H+濃度較低,SO2生成量較少;隨硫酸濃度增大,H+濃度提高,SO2生成量提高,有利于硒的還原。
2.2.2 反應(yīng)溫度對硒還原率的影響
硫酸濃度0.33 mol/L,亞硫酸銨用量0.8 g/L,反應(yīng)時(shí)間120 min,反應(yīng)溫度對硒還原率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。
圖2 反應(yīng)溫度對硒還原率的影響
由圖2看出:硒還原率隨反應(yīng)溫度升高而提高;溫度升高到70 ℃后,硒還原率迅速提高,90 ℃時(shí),硒還原率達(dá)95.17%;溫度繼續(xù)升高,硒還原率變化不大。
2.2.3 反應(yīng)時(shí)間對硒還原率的影響
硫酸濃度0.33 mol/L,反應(yīng)溫度90 ℃,亞硫酸銨用量0.8 g/L,反應(yīng)時(shí)間對硒還原率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。
圖3 反應(yīng)時(shí)間對硒還原率的影響
由圖3看出:硒還原率隨反應(yīng)時(shí)間延長而提高;反應(yīng)120 min后,硒還原率趨于穩(wěn)定變化不大。綜合考慮,確定適宜反應(yīng)時(shí)間為120 min。
2.2.4 亞硫酸銨用量對硒還原率的影響
硫酸濃度0.33 mol/L,反應(yīng)溫度90 ℃,反應(yīng)時(shí)間120 min,亞硫酸銨用量對硒還原率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。
圖4 亞硫酸銨用量對硒還原率的影響
針對實(shí)際電解錳陽極液,在最優(yōu)條件(硫酸濃度0.33 mol/L,反應(yīng)溫度90 ℃,反應(yīng)時(shí)間120 min,亞硫酸銨用量0.8 g/L)下,進(jìn)行硒的還原,3次試驗(yàn)硒還原率分別為93.47%、93.96%及93.22%,與模擬陽極液硒還原率相比無明顯差異。還原生成的單質(zhì)硒,經(jīng)過濾分離,用雙氧水氧化成亞硒酸及硒酸[13],可循環(huán)到電解錳生產(chǎn)系統(tǒng)作為添加劑使用。
采用亞硫酸銨還原法從電解錳陽極液中分離回收硒是可行的,通過控制工藝條件,可獲得較高的硒回收率。正交試驗(yàn)結(jié)果表明,影響硒還原的因素為硫酸濃度>反應(yīng)溫度>反應(yīng)時(shí)間>亞硫酸銨用量。適宜條件下,模擬和實(shí)際陽極液中硒還原率均在93%以上,還原效果較好。