實(shí)驗(yàn)探究鋁渣的再利用

陳正泰

循環(huán)經(jīng)濟(jì)

“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”一詞是美國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)家波爾丁在20世紀(jì)60年代提出生態(tài)經(jīng)濟(jì)理論時(shí)談到的。波爾丁受當(dāng)時(shí)發(fā)射的宇宙飛船的啟發(fā)，進(jìn)而分析地球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，他認(rèn)為飛船是一個(gè)孤立無援、與世隔絕的獨(dú)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(zhǎng)壽命的方法就是要實(shí)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(jì)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(zhǎng)得多，但是也只有實(shí)現(xiàn)對(duì)資源循環(huán)利用的循環(huán)經(jīng)濟(jì)，地球才能得以長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)中學(xué)的同學(xué)們利用課余時(shí)間開始討論并關(guān)注金屬?gòu)U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(huì)實(shí)踐，利用企業(yè)產(chǎn)生的余料進(jìn)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(shí)開展循環(huán)經(jīng)濟(jì)專題研究的興趣。在這項(xiàng)活動(dòng)中，我特地選擇了鋁型材這個(gè)小類開展實(shí)驗(yàn)。本文是我的實(shí)驗(yàn)報(bào)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(jìn)行資源化利用，變廢為寶， 是循環(huán)經(jīng)濟(jì)的一個(gè)重要表現(xiàn)，也處理資源短缺，變廢為寶中的一個(gè)很好的例子。

本次實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jiǎn)單、處理成本低等特點(diǎn)，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(jī)高分子絮凝劑，使用時(shí)具有絮體形成快、沉淀性能好，水中堿度消耗少，特別是對(duì)水溫、pH、濁度和有機(jī)物含量變化適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)從上世紀(jì)70年代開始，已對(duì)聚合氯化鋁進(jìn)行了研發(fā)，近年來隨著實(shí)驗(yàn)室研究的深入，工業(yè)生產(chǎn)得到了快速的發(fā)展。

[實(shí)驗(yàn)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(jìn)行化合，具體情況如下：

1. 實(shí)驗(yàn)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(shí)；②用含量為30%的鹽酸將干渣進(jìn)行溶解化合；③請(qǐng)化學(xué)老師利用儀器進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)定溶解液中鋁的含量，測(cè)定結(jié)果為干渣中鋁含量的23%——實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)間，得到液體聚合氯化鋁液體產(chǎn)品。

[實(shí)驗(yàn)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(rùn)濕后，分別加入實(shí)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(duì)液體氯化鋁產(chǎn)品中的鋁含量進(jìn)行測(cè)定，實(shí)驗(yàn)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(shí)際加入量與理論加入量之比為0.8和0.9時(shí)，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(shí)際加入量與理論加入量之比大于1時(shí)，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(huì)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(fèi)。因此實(shí)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(shí)間 隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，鋁的浸出率逐漸升高。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到15分鐘之后，鋁的浸出率與時(shí)間關(guān)系曲線斜率變緩，鋁的浸出率基本上穩(wěn)定，均達(dá)到95%以上，繼續(xù)增加反應(yīng)時(shí)間對(duì)浸間，使生產(chǎn)的效率提高，綜合考慮浸出率和經(jīng)濟(jì)節(jié)能原因，反應(yīng)時(shí)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(fèi)，需補(bǔ)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(dá)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(shí)間選擇15分鐘，廢鋁渣與水的質(zhì)量比為1∶5，此時(shí)鋁的浸出率可達(dá)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(fèi)用， 為廢鋁渣的綜合利用提供了實(shí)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(jì)，變廢為寶，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(shí)間需要完整的結(jié)合。反應(yīng)完后，應(yīng)留足聚合過程時(shí)間。

[實(shí)驗(yàn)啟示] 在老師的指導(dǎo)下，我參與本次社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)和試驗(yàn)，受到很大的啟發(fā)和教育。實(shí)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?？萍季褪巧a(chǎn)力，我們要繼續(xù)學(xué)好科技知識(shí)，用科技技術(shù)改變我們的社會(huì)和國(guó)家，使我們國(guó)家更加繁榮富強(qiáng)，用科學(xué)知識(shí)讓我們的藍(lán)天更藍(lán)，讓我們賴以生存的地球空氣清新，環(huán)境美好。