粉煤灰对镀锡液中金属离子的吸附研究

孔　喜，　孙　杰，　杨景伟，　韩白露

(1.沈阳理工大学 环境与化学工程学院，辽宁 沈阳　110159;　2.沈阳黎明航空发动机(集团)公司 热表处理厂，辽宁 沈阳　110043)



粉煤灰对镀锡液中金属离子的吸附研究

孔喜1，孙杰1，杨景伟2，韩白露1

(1.沈阳理工大学 环境与化学工程学院，辽宁 沈阳110159;2.沈阳黎明航空发动机(集团)公司 热表处理厂，辽宁 沈阳110043)

摘要：在镀锡液中，经常由于有杂质铁离子的存在而使镀液的效能下降。使用粉煤灰作为吸附剂，研究了粉煤灰对含有Fe2+、Sn2+溶液中的金属离子的吸附规律。实验使用邻菲罗啉吸光光度法对镀锡液中的Fe2+进行了测定，使用碘量法对Sn2+进行标定。研究结果表明，10g/L粉煤灰，粒径为33～55μm，θ为50℃时对Sn2+的吸附量最小，对Fe2+的吸附量接近最大值。

关键词:粉煤灰; 镀锡液; 铁离子吸附

引　言

钢带在酸性镀锡的连续生产中，由于酸性镀锡液及前处理的酸洗液对钢带基体的腐蚀作用，从而产生Fe2+，该Fe2+在镀锡液中积累，导致镀锡层性能降低。同时，由于镀锡液中Fe2+的存在，对锡泥形成具有催化加速作用[1]。电镀液中Fe2+与Sn2+竞争电镀液中的溶解氧，从而导致Fe3+的产生，Fe3+与Sn2+反应，形成Sn4+时，Fe2+再次产生，形成一个氧化一个还原的循环过程，造成镀液浑浊，镀液性能降低[2]。因此，如何去除镀锡液中的Fe2+杂质，就成为一个亟待解决的问题。

一般而言，去除溶液中铁离子的工艺主要有以下几种：络合沉淀法、吸附法、铁氧体法、离子交换法或生物法等。曹立新等[3]采用三乙四胺六乙酸(TTHA)作为添加剂消除镀锡液中铁杂质的影响。黄凤妹[4]采用二甲基肼、15%磷酸液和二硫化碳3种药品于一定条件下反应，制得了螯合络合沉淀剂。梁文艳[5]利用沉淀法去除活性炭生产过程中产生的含铁废水。袁俊红[6]使用ISX离子交换絮凝剂对亚铁离子进行去除。

本文尝试使用在镀锡溶液中添加粉煤灰的方法，研究粉煤灰对溶液中的Fe2+吸附作用，讨论在最佳吸附条件下粉煤灰对亚铁离子和亚锡离子的吸附性能。

1　实　验

1.1实验材料及流程

1.1.1实验材料

实验所用材料为某火力发电厂产生的粉煤灰。粉煤灰扫描电镜(SEM)照片如图1所示。由图1可以看出，粉煤灰形貌主要由球状颗粒、棒状颗粒以及不规则块状颗粒组成。

图1　粉煤灰SEM照片

1.1.2实验流程

粉煤灰吸附镀锡溶液中的Fe2+和Sn2+离子实验工艺流程为：

分样→配置标准溶液→绘制标准曲线→配制测试离子溶液→粉煤灰对测试离子的吸附实验→测试→分析。

1.2检测方法

1.2.1铁盐溶液检测

利用邻菲罗啉吸光光度法测得铁盐溶液的吸光度数值拟合的吸光度与浓度方程为：

A=-0.00271+0.18229c，R=0.99974

式中A为吸光度；c为铁盐溶液浓度。

吸附率计算公式：

式中Ar为吸附率；c0为初始浓度值；c为粉煤灰吸附后的浓度值。

1.2.2锡盐溶液检测

采用碘量法对锡盐溶液中锡浓度进行测定，以1%淀粉溶液为指示剂。

2　结果与讨论

2.1粉煤灰对Fe2+吸附的影响

图2为粉煤灰粒径、投加量和温度对Fe2+离子的吸附规律。

图2　粉煤灰投加量、粒径和温度对Fe2+吸附率的影响

由图2(a)可知，随着粉煤灰投灰量增加，粉煤灰对Fe2+的吸附总量随之增加，当在100mL溶液中投1.6g粉煤灰(即质量浓度为16g/L)时吸附率高达98%以上。由于过量的粉煤灰会导致在溶液中分离困难，因此粉煤灰用量不宜太多[7]。由图2(b)可知，随着粉煤灰粒径的增加，对Fe2+吸附率先增加后减小，粒径在82～33μm时的吸附率为98.53%，比其他粒径的吸附率高。由图2(c)可知，不同温度下粉煤灰对Fe2+的吸附率变化不大，吸附率都达到98%以上。溶液中剩余Fe2+的质量浓度随温度升高，先升高后降低再升高，当θ为30℃时，粉煤灰吸附率最高，溶液中剩余Fe2+离子质量浓度最低，因此可选30℃作为粉煤灰的最佳吸附温度。吸附本身是一个放热过程，所以温度过高不利于粉煤灰的吸附过程。温度对吸附过程主要有两个影响，Fe2+离子由溶液相向颗粒表面的扩散速率随着温度的增加而加快；另外颗粒的平衡吸附容量随着温度的改变而改变[8]。

2.2粉煤灰对Sn2+吸附的影响

图3为粉煤灰粒径、投加量和温度对Sn2+离子的吸附规律。

图3　粉煤灰投加量、粒径和温度对Sn2+吸附率的影响

由图3(a)可知，随着粉煤灰投灰量的增加，Sn2+吸附率呈逐渐增加的趋势。当投灰量较少时，Sn2+离子吸附率也较小，当投灰质量浓度为10g/L时，粉煤灰对锡盐溶液中Sn2+离子吸附率最低，仅为24.02%。由图3(b)可知，随着粉煤灰粒径的减小，粉煤灰对锡盐溶液中Sn2+的吸附率呈先增加后降低再增加的趋势，当粒径从82μm减小到33μm时，吸附率出现明显降低。当粉煤灰粒径在33～55μm时，粉煤灰对锡盐溶液中Sn2+离子的吸附率达到最小，为30.01%。由图3(c)可知，随着温度的升高，粉煤灰对锡盐溶液中Sn2+离子的吸附率呈先下降后上升再下降的趋势。而当θ由40℃升高到50℃时，粉煤灰对锡盐溶液中Sn2+离子的吸附率出现明显下降，当θ达到50℃时，吸附率达到最低，为22.91%。吸附本身是一个放热过程，所以温度过高不利于粉煤灰的吸附过程。

2.3粉煤灰对混合离子共同存在时吸附的影响

粉煤灰对Fe2+的最佳吸附条件为：16g/L粉煤灰，粒径33～82μm，θ为30℃。在该条件下粉煤灰对Fe2+和Sn2+的混合溶液进行吸附。实验配制含Sn2+溶液，采用质量浓度为26.74g/L SnSO4溶液，Sn2+离子质量浓度为14.79g/L，Fe2+质量浓度为20mg/L，吸附后溶液中Fe2+和Sn2+的质量浓度以及吸附率如表1所示。

表1离子浓度与吸附率

ρ(Fe2+)/(mg·L-1)Fe2+吸附率/%ρ(Sn2+)/(g·L-1)Sn2+吸附率/%12.3938.0512.2916.90

粉煤灰对Sn2+的最差吸附条件为：10g/L粉煤灰，粒径33～55μm，θ为50℃。在该条件下粉煤灰对Fe2+和Sn2+的混合溶液进行吸附。实验配制含Sn2+溶液，采用质量浓度为26.74g/L SnSO4溶液，Sn2+质量浓度为14.79g/L，Fe2+质量浓度为20mg/L。吸附后溶液中Fe2+和Sn2+的质量浓度以及吸附率如表2所示。

表2离子浓度与吸附率

ρ(Fe2+)/(mg·L-1)Fe2+吸附率/%ρ(Sn2+)/(g·L-1)Sn2+吸附率/%12.9435.3013.459.06

在不含Sn2+的吸附实验中，当条件为粉煤灰对Fe2+的最佳吸附条件时，对Fe2+的吸附率达到98%，而在含有Sn2+溶液时Fe2+吸附率却只能达到38.05%；在不含Sn2+的吸附实验中，当条件为粉煤灰对Sn2+的最佳吸附条件时，对Fe2+的吸附率达到98%，而在含有Sn2+溶液时Fe2+吸附率却只能达到35.3%。说明Sn2+对Fe2+的吸附有很大影响。而在几种不同的最佳吸附条件下Fe2+的吸附变化率不大，只有2.75%，而Sn2+的吸附率变化相对比较大，达到了7.84%。

3　结　论

通过实验得到最佳的吸附工艺方法。当粉煤灰质量浓度为10g/L，粒径为33～55μm，θ为50℃时对同时含有Sn2+、Fe2+溶液时对Fe2+的吸附率达到38.05%，对Sn2+的吸附率为9.06%。

参考文献

[1]王腾.添加剂和杂质对甲基磺酸盐酸性镀锡影响研究[D].沈阳：沈阳理工大学，2010：3-5.

[2]孙杰,安成强,谭勇,等.镀锡液锡泥中锡的物相分析[J].冶金分析,2012,32(10):56-59

[3]曹立新，韩清瑕，李宁,等.三乙四胺六乙酸消除高速镀锡液中铁杂质影响的研究[J].材料保护，2006，39(6)：62-65.

[4]黄凤妹.螯合络合剂法去除活性炭生产回收磷酸液中的铁离子[J].化学工业与工程技术，2011，32(6)：11-13.

[5]梁文艳.活性炭生产废水治理与回用工艺的研究[D].北京：北京工业大学，2005：56-59.

[6]袁俊红.工业废水中若干金属离子去除方法的研究[D].南京：南京工业大学，2005：60-61.

[7]吴幼权.粉煤灰改性及其吸附性能研究[D].重庆：重庆大学，2006：50-51.

[8]卢俊.粉煤灰改性及改性粉煤灰除氟性能研究[D].呼和浩特：内蒙古工业大学，2009：46-47.

doi：10.3969/j.issn.1001-3849.2016.07.003

收稿日期：2015-12-29修回日期： 2016-02-29

中图分类号：O647.32

文献标识码：A

Study on Adsorption Performance of Metal Ions in Tin Electroplating Bath by Pulverized Fuel Ash

KONG Xi1,SUN Jie1,YANG Jingwei2,HAN Bailu1

(1.School of Environmental and Chemical Engineering,Shengyang Ligong University,Shengyang 110159,China;2.Factory of Surface and Heat Treatment,AVIC Shenyang Liming Aero-engine Group Corporation LTD,Shenyang 110043,China)

Abstract:In tin plating solution,the efficiency of the plating solution will be always decreased because of the existing of iron ions.In this paper,using pulverized fuel ash as the adsorbent,adjacent phenanthroline spectrophotometric method and iodine quantity method were used respectively to measure the adsorption performance of Fe2+and Sn2+existed in the electroplating solution.The results showed that the pulverized fuel ash adsorption capacity of Sn2+reached the minimum and Fe2+almost reached the maximum when ash content was 10g/L,particle size was 33～55μm and the temperature was 50℃.

Keyword:pulverized fuel ash; tin electroplating bath; iron ions adsorption