铝灰与NaOH固相热分解—水溶法制备NaAlO2
2017-07-29余贵英
余贵英
摘 要 本文采用固相热分解-水溶法研究铝灰溶出的最佳反应时间、反应温度和配比。
关键词 铝灰;固相热分解;水溶
中图分类号 O6 文献标识码 A 文章编号 2095-6363(2017)11-0012-01
铝灰是在炼铝工业中所产生的一种废弃物[1]。目前,全世界铝的产量和消费量已超过2 700万t/a,并且每年以l%~3%的速度递增。一般每生产1t铝要产生30kg~50kg铝灰[2]。如果直接将铝灰填埋或露天堆放这不仅造成资源的浪费,同时也对环境和居民的身体健康造成极大的影响。因此,加强对铝灰的回收和利用已成为世界性的问题。
1 实验部分
1.1 主要试剂
铝灰、氢氧化钠(固体)和去离子水。
1.2 主要器材
无极调速搅拌器、电热恒温水槽、电子分析天平、钥匙、三口烧瓶、碾锅、坩埚、马费炉、水浴锅、pH计、吸铁石、电子称、空气冷凝管、抽滤瓶以及烘干机。
1.3 实验原理
反应方程式:Al2O3·xH2O+2NaOH→2NaAlO2+(x+1)H2O
2 结果与讨论
2.1 反应温度探究
分别称取4.5g铝灰和3g氢氧化钠(碾细)于坩埚中,用玻璃棒搅拌均匀,置于马费炉中,分别在100℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、500℃下保温90min。冷却后取出,称重。用100mL蒸馏水和冷却后的固体洗入干净的三口烧瓶中,在100℃下搅拌。4h后,取出冷却进行抽滤,烘干,称重。
实验结果如表1所示。
由表1可知,随着反应温度的升高,铝灰溶出率先升高或降低,温度为350℃铝灰的溶出率最高,其他过高或过低温度都使溶出率下降。温度过高会发生一些其他的副反应从而影响铝灰的溶出率。
2.2 保温时间探究
分别称取4.5g铝灰和3g氢氧化钠(碾细)于坩埚中,用玻璃棒搅拌均匀,置于马费炉中,分别在350℃下保温50min、60min、70min、80min、90min、110min。冷卻后取出,称重。用100mL蒸馏水和冷却后的固体洗入干净的三口烧瓶中,在100℃下搅拌。4h后,取出冷却进行抽滤、烘干、称重。
实验结果如表2所示。
由表2可知,随着保温时间的增长,铝灰溶出率先升高或降低,保温时间为70min时铝灰的溶出率最高,其它过高或过低保温时间都使溶出率下降。当保温时间为70min时铝灰恰好完全反应生成霞石,继续保温,氢氧化钠又能与霞石反应生成碱性霞石,影响铝灰的溶
出率。
2.3 铝灰与NaOH的质量比探究
称取8份4.5g铝灰至于于坩埚中,分别加入5.625g、5g、4.5g、4.09g、3.75g、3.46g、3.21g、3g氢氧化钠(碾细),用玻璃棒搅拌均匀,置于马费炉中,分别在350℃下保温70min。冷却后取出,称重。用100mL蒸馏水和冷却后的固体洗入干净的三口烧瓶中,在100℃下搅拌。4h后,取出冷却进行抽滤,烘干,称重。
实验结果如表3所示。
由表3可知,随着反应比的增大,铝灰溶出率先升高或降低,铝灰与NaOH的比例为1.1:1时铝灰的溶出率最高,其他过高或过低比例都使溶出率下降。一般情况下氢氧化钠的用量越多,越能降低反应起始温度,从而降低成本,但过量的氢氧化钠又能与霞石反应生成碱性霞石,影响铝灰的溶出率。
3 结论
通过对固相热分解反应条件的优化,得到铝灰与NaOH的最佳反应比例为1.1:1,最佳反应时间为7min,最佳反应温度为350℃,水溶溶出率可达到33.67%。虽然在更高的温度下可以达到更高的溶出率,但提高的幅度很小,鉴于节约成本的要求,故采用350℃作为最佳温度。通过对3个影响因素的比较,得出影响力顺序为:反应温度>反应时间>反应比例。
参考文献
[1]杨昇,吴竹成,杨冠群.铝废渣废灰的治理[J].有色金属再生与利用,2006(10):30-32.
[2]钟华萍,李坊平.从热铝灰中回收铝[J].铝加工,2001,24(1):54-55.