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        廢合金刀頭中錫的回收利用工藝研究

        2022-08-11 08:42:52徐修冬孫三洋張彤肖晉宜丁德才
        關(guān)鍵詞:氯化鐵刀頭氫氧化鈉

        徐修冬,孫三洋,張彤,肖晉宜,丁德才

        (斯瑞爾環(huán)境科技股份有限公司,廣東惠州 516267)

        金剛石刀頭具有良好的切削性能,廣泛地應(yīng)用于礦山開(kāi)采、石材加工等行業(yè)[1],如對(duì)大理石、花崗巖、混凝土及玻化磚等材料的鋸解、切割、拋光。金剛石刀頭主要由超高硬度的金剛石和合金胎體材料組成,金剛石主要起磨削作用,而胎體材料則牢固把持住金剛石,使其不過(guò)早脫落。根據(jù)切削介質(zhì)的不同,合金胎體材料成分差異較大,主要由鐵、銅、鋅、錫等金屬元素組成[2]。在刀頭的使用過(guò)程中,刀頭與石材的接觸面不斷地磨損;當(dāng)磨損到剩下10%~15%時(shí),刀頭就必須報(bào)廢,從而產(chǎn)生廢合金刀頭,這會(huì)導(dǎo)致大量珍貴金屬資源的浪費(fèi)。因此,回收利用廢合金刀頭,十分必要。國(guó)內(nèi)在這方面已開(kāi)展了較多研究,主要集中于回收廢刀頭中的金剛石、銅、鐵等成分[3-5]。錫是人類最早生產(chǎn)和使用的金屬之一,廣泛地應(yīng)用于馬口鐵、焊料和合金等領(lǐng)域。探討了廢合金刀頭中錫的回收工藝,回收得到的錫泥可供錫產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)廠家作為原料使用,使珍貴的金屬錫再生出來(lái)并循環(huán)利用,具備一定的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)價(jià)值。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 實(shí)驗(yàn)原料與儀器

        1.1.1 實(shí)驗(yàn)原料

        廢合金刀頭;工業(yè)鹽酸,31%(以HCl 計(jì));三氯化鐵溶液,13%(以Fe3+計(jì));還原鐵粉,85%(以單質(zhì)鐵計(jì));工業(yè)氫氧化鈉,96%;

        1.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

        恒溫水浴鍋,型號(hào)HS-26,上海尚普儀器設(shè)備有限公司;

        電動(dòng)攪拌機(jī),型號(hào)HD2010W,上海司樂(lè)儀器有限公司;

        pH 計(jì),型號(hào)PHS-3E,上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司;

        循環(huán)水真空泵,型號(hào)SHZ-D(Ⅲ),上海力辰邦西儀器科技有限公司;

        原子吸收分光光度計(jì),型號(hào)WFX-200,北京北分瑞利分析儀器(集團(tuán))有限責(zé)任公司。

        1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

        1.2.1 溶解廢合金刀頭、置換除銅

        在攪拌和加熱的條件下,使用三氯化鐵和鹽酸的混合溶液溶解廢合金刀頭,而后向所得溶解液中添加還原鐵粉置換除銅,過(guò)濾,所得濾液用于下一步回收錫。經(jīng)測(cè)試,濾液中錫含量為3 011 mg/L。

        體育法學(xué)的特殊性決定了其受眾有兩類:體育院系的教練和學(xué)生;法律院系對(duì)于體育法有興趣的教授和學(xué)生。這兩類受眾由于知識(shí)背景和學(xué)習(xí)目的不同,對(duì)于體育法教科書(shū)的需求也有所不同。體育院系的教練和學(xué)生本身知識(shí)結(jié)構(gòu)不夠完善,尤其是法律常識(shí)薄弱,體育法律知識(shí)又是其工作中的必備,因此,針對(duì)這類人群所編寫(xiě)的教科書(shū)應(yīng)注重趣味性和實(shí)用性的結(jié)合。法律院系的學(xué)生法學(xué)理論基礎(chǔ)夯實(shí),選擇體育法只是由于興趣,針對(duì)這部分人所編寫(xiě)的教科書(shū)就應(yīng)當(dāng)在理論上有所側(cè)重,注重學(xué)生創(chuàng)新思維和學(xué)術(shù)能力的培養(yǎng)。目前,國(guó)內(nèi)的體育法學(xué)教科書(shū)均未作此類區(qū)分。筆者認(rèn)為,針對(duì)受眾的區(qū)分是必要的。

        1.2.2 回收錫

        將濾液升溫到60 ℃后,添加適量三氯化鐵溶液,攪拌反應(yīng)30 min,再以一定的速度滴加氫氧化鈉溶液沉錫。反應(yīng)完畢,過(guò)濾,得到濾液和錫泥;清洗錫泥,烘干,分別測(cè)試濾液和錫泥的錫含量。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 三氯化鐵用量的影響

        溶解廢合金刀頭后,以還原鐵粉置換除銅時(shí),為弱還原氣氛,溶液中的錫由Sn4+被還原為Sn2+。查詢Sn(OH)4和Sn(OH)2的Ksp 可知[6],Sn4+更容易被OH-沉淀下來(lái),其Ksp 如表1 所示。

        表1 Sn(OH)4 和Sn(OH)2 的Ksp

        因此,在加堿之前先添加三氯化鐵溶液氧化Sn2+為Sn4+,有助于沉淀分離錫。取除銅后濾液到燒杯中,以250 r/min 速度攪拌,水浴加熱到60 ℃后,按照氧化Sn2+所需理論量,分別添加0.8、1.0、1.2 和1.5 倍的三氯化鐵溶液,繼續(xù)攪拌30 min 后,在相同條件下以氫氧化鈉溶液調(diào)pH 值為1.1,而后過(guò)濾,濾液測(cè)試錫含量,所得結(jié)果如圖1 所示。

        圖1 FeCl3 用量對(duì)濾液中錫含量的影響

        當(dāng)FeCl3用量低于1.0 倍時(shí),溶液中的Sn2+不能完全被氧化,在實(shí)驗(yàn)條件下,濾液中殘留的Sn2+沒(méi)有被沉降下來(lái),導(dǎo)致反應(yīng)后溶液中的錫含量偏高;當(dāng)FeCl3用量高于1.0 倍時(shí),濾液中錫含量變化不大,而過(guò)量的Fe3+會(huì)消耗更多的氫氧化鈉,與堿反應(yīng)沉淀下來(lái)的Fe(OH)3會(huì)拉低錫泥中的錫含量。因此,F(xiàn)eCl3的最佳用量為1.0 倍。

        2.2 pH 值的影響

        金屬離子與堿的反應(yīng),沉淀下來(lái)的金屬離子種類以及同一金屬離子沉淀下來(lái)的比例,均與溶液pH 值息息相關(guān)??疾炝藀H 值對(duì)錫的沉降效果以及所得錫泥中的錫含量的影響。在上述相同條件下,添加1.0 倍FeCl3后,以氫氧化鈉溶液分別調(diào)節(jié)溶液pH 值為0.9、1.0、1.1、1.2、1.5 和2.0,而后過(guò)濾,分別測(cè)試濾液及錫泥中的錫含量,其結(jié)果如圖2 所示。

        圖2 pH 值對(duì)濾液及錫泥中錫含量的影響

        2.3 氫氧化鈉濃度的影響

        氫氧化鈉濃度會(huì)影響生產(chǎn)效率。濃度越高,生產(chǎn)效率越高,引入系統(tǒng)的水分越少;與此同時(shí),產(chǎn)生局部過(guò)堿的風(fēng)險(xiǎn)增高,導(dǎo)致更多的雜質(zhì)離子共沉淀,降低錫泥的錫含量??疾炝藲溲趸c濃度對(duì)所得錫泥中錫含量的影響。在上述相同條件下,使用質(zhì)量濃度為2.5%、5%、10%、20%和32%的氫氧化鈉溶液,分別調(diào)節(jié)溶液pH 值為1.1,而后過(guò)濾,測(cè)試錫泥中的錫含量。其結(jié)果如圖3 所示。

        圖3 氫氧化鈉濃度對(duì)錫泥中錫含量的影響

        由圖3 可見(jiàn),隨著氫氧化鈉濃度的升高,錫泥中的錫含量逐步降低。分析其原因,主要是因?yàn)槌铃a所用氫氧化鈉溶液的濃度越高,溶液中局部過(guò)堿的程度就越大,導(dǎo)致與氫氧化錫共沉淀的氫氧化鐵越多。氫氧化鈉濃度為5%時(shí),錫泥中的錫含量最高,因此選擇使用5%的氫氧化鈉。

        2.4 氫氧化鈉添加速度的影響

        氫氧化鈉添加速度也會(huì)影響到溶液中局部的酸堿度,進(jìn)而影響錫泥的錫含量。在上述相同條件下,以0.5、1.5、3.0、6.0 和10.0 mL/min 的添加速度加5%的氫氧化鈉,分別調(diào)節(jié)溶液pH 值為1.1,而后過(guò)濾,測(cè)試錫泥中的錫含量。其結(jié)果如圖4 所示。

        圖4 氫氧化鈉添加速度對(duì)錫泥中錫含量的影響

        隨著氫氧化鈉添加速度的增加,所得錫泥中的錫含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。當(dāng)添加速度為6 mL/min時(shí),錫泥中的錫含量最高。因此,選擇氫氧化鈉添加速度為6 mL/min。

        3 結(jié)論

        3.1 使用三氯化鐵與鹽酸的混合溶液溶解廢合金刀頭,再以還原鐵粉置換出銅后,使用三氯化鐵氧化Sn2+,而后添加氫氧化鈉溶液沉錫,回收得到了錫泥。

        3.2 沉錫最佳條件為:三氯化鐵用量1 倍,氫氧化鈉濃度5%,氫氧化鈉添加速度6 mL/min,終點(diǎn)pH 值1.1。

        本工藝實(shí)現(xiàn)了廢合金刀頭中錫的回收,得到的錫泥可作為錫產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)廠家的原料,使珍貴的金屬錫再生出來(lái),循環(huán)利用,具備一定的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)價(jià)值。

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