近年來，國內(nèi)電容器需求不斷擴(kuò)大，與其相關(guān)的電極箔行業(yè)也得到了快速發(fā)展，電極箔行業(yè)作為高耗能產(chǎn)業(yè)，一方面消耗大量電能，另一方面對水的需求和排放的污水量也較高。電極箔產(chǎn)業(yè)屬于有色金屬行業(yè)，目前廣泛采用的工藝是先在鹽酸-硫酸的混合液中進(jìn)行直流發(fā)孔，形成高密度、均勻的細(xì)小孔，然后用硝酸進(jìn)行直流擴(kuò)孔，以獲取高的比電容。在生產(chǎn)過程中需要用大量的清水來沖洗鋁箔，因此，廢水主要特點是強(qiáng)酸性，發(fā)孔和擴(kuò)孔階段的廢水pH往往低于2并且含有高濃度的鋁離子。目前對這種廢水的處理主要是用化學(xué)法堿中和后沉淀排放?；瘜W(xué)沉淀法處理此類廢水應(yīng)用最為廣泛，操作簡單，成本低，對技術(shù)和設(shè)備要求不高，回收的鋁產(chǎn)品純度高，所以采用直接沉淀法回收是最佳選擇。直接沉淀法所采用的原理是Al3++3OH-=Al(OH)3↓，氧氧化鋁Al(OH)3是典型的兩性化合物，是一種無毒、無味的白色粉末，它是氧化鋁(Al2O3)生產(chǎn)中的中間產(chǎn)品。Al2O3是一種重要的化工原料，其中α-Al2O3是一種穩(wěn)定相，具有硬度大、耐腐蝕、強(qiáng)度大和耐磨性好等優(yōu)良的性能，因此，制備Al2O3時就希望α-Al2O3含量越高越好。
本研究以某電容器用鋁箔生產(chǎn)企業(yè)擴(kuò)孔階段產(chǎn)生的高濃度含鋁硝酸廢水為實驗對象，通過實驗研究確定化學(xué)沉淀法回收鋁的最佳pH值，以及通過X射線衍射法測定不同溫度煅燒Al(OH)3獲得的Al2O3的形態(tài)，以確定獲得α-Al2O3的最適宜溫度，以期為同行企業(yè)相關(guān)廢水及資源回收提供參考。
一、實驗
1.1 水樣及其水質(zhì)
本實驗水樣取自于江蘇鹽城某電容器用鋁箔濃硝酸擴(kuò)孔車間酸洗廢液，pH為1.2，Al3+濃度為5.4g/L，NO3-N濃度為5.7g/L。
1.2 實驗試劑
實驗所用試劑純度均為分析純。
1.3 實驗方法
1.3.1 沉淀實驗
準(zhǔn)確量取廢水樣100mL分別置于12個250mL燒杯中，用1.5mol/LNaOH溶液調(diào)節(jié)廢水樣pH至6、7、8、9，每個pH三個平行，中和沉淀30min后，對水樣進(jìn)行真空抽濾，過濾得到的濾餅于105℃烘干3h后稱重，確定濾餅重量，同時測定濾液中殘留的Al3+離子。
1.3.2 Al(OH)3濾泥比阻測定
濾泥比阻是指濾泥過濾時單位質(zhì)量的濾泥在一定壓力下過濾時，在單位過濾面積上產(chǎn)生的阻力，即單位過濾面積上，單位干重濾餅所產(chǎn)生的阻力。濾泥比阻越大，表示過濾性能越差，濾泥越難過濾。因此，比阻是表示濾泥過濾特性的綜合性指標(biāo)，在污水處理中對脫水機(jī)的選擇有比較好的指示作用。濾泥的比阻測定方法參考文獻(xiàn)
1.3.3 鋁離子的測定
濾液中殘留鋁離子的測定采用《工業(yè)循環(huán)冷卻水中鋁離子的測定—試鐵靈分光光度法》(HG/T3525-2011)。
1.3.4 高溫煅燒制備
Al2O3將沉淀過濾并105℃烘干得到的Al(OH)3放入馬弗爐，分別在800℃、1000℃、1200℃下煅燒2h制備α-Al2O3，然后采用X射線衍射法測定α-Al2O3的含量。
二、結(jié)果與討論
2.1 pH對中和沉淀獲得Al(OH)3重量的影響
準(zhǔn)確量取廢水樣100mL分別置于12個250mL燒杯中，用1.5mol/LNaOH溶液調(diào)節(jié)廢水樣pH至6、7、8、9，每個pH三個平行，中和沉淀30min后，對水樣進(jìn)行重力過濾，過濾得到的濾餅于105℃烘干3h后稱重，確定濾餅重量，結(jié)果如圖1所示。
從圖1可以看出，在pH=6時，濾餅Al(OH)3重量最大，達(dá)到了2.37g，而當(dāng)pH調(diào)至8時重量最小，僅為2.29g，pH在6~8之間，隨著pH的升高沉淀得到的Al(OH)3重量降低，而當(dāng)pH大于8時，Al(OH)3的重量又開始增加。因此，從回收量和經(jīng)濟(jì)水平來看，pH=6是最佳中和pH值。
同時，實驗可見，隨著NaOH溶液的滴加，水樣首先出現(xiàn)繁花而后立即形成白色絮狀體，且白色絮狀體上浮，在pH=4時幾乎全部為絮狀體，繼續(xù)滴加NaOH溶液，絮狀體間隙不斷縮小形成Al(OH)3膠體。
2.2 pH對Al(OH)3過濾阻力的影響
本實驗采用比阻設(shè)備對中和得到的Al(OH)3濾泥進(jìn)行了過濾比阻測定。廢水樣在pH調(diào)節(jié)到6~9時，溶液呈現(xiàn)膠體狀，其特點是含固體的流體態(tài)溶液，粘度大，間隙水含量不如污泥的間隙水含量，過濾困難，用重力過濾幾乎不可能，只能采用真空抽濾，抽濾時濾餅對過濾會有一定影響。為進(jìn)一步研究，分別對不同pH下的溶液進(jìn)行比阻測定分析，比阻測定結(jié)果見圖2。
一般認(rèn)為，比阻在109~1010s2/g的污泥算作難過濾的污泥，比阻在(0.5~0.9)×109s2/g的污泥算作中等難度，比阻小于0.4×109s2/g的污泥，屬于容易過濾。從圖2可以看出，當(dāng)pH介于6~9之間時，所有溶液都屬于難過濾溶液，pH=7時過濾阻力最小，比阻值為1.07×1011s2/g，相對最容易過濾，其次是pH=6時較容易過濾，比阻值為1.13×1011s2/g，當(dāng)pH=8和9時，最難過濾，比阻值分別達(dá)到了1.40×1011s2/g和1.30×1011s2/g。
2.3 pH對濾液中殘留Al3+的影響
濾液是中和沉淀過濾后的溶液，濾液中殘留的Al3+量能進(jìn)一步表征鋁的回收程度。為了進(jìn)一步判斷pH對鋁回收率的影響，測定了濾液中殘留的Al3+量。方法采用《工業(yè)循環(huán)冷卻水中鋁離子的測定—試鐵靈分光光度法》(HG/T3525-2011)，結(jié)果見圖3。
由圖3可見，在pH=6時，濾液中Al3+離子含量最低，濃度為0.38mg/L，隨著pH的升高，濾液中殘留的Al3+離子濃度逐漸升高，pH=9時，濃度達(dá)到了2.97mg/L。結(jié)果表明：pH=6時，鋁回收效率最高。
2.4 高溫煅燒Al(OH)3制備α-Al2O3
綜合上述分析，pH=6時鋁回收率高，濾餅過濾阻力小，因此，采用pH=6條件下烘干得到的Al(OH)3作為原料，進(jìn)行馬弗爐高溫煅燒制備Al2O3，研究煅燒溫度為獲得Al2O3形態(tài)的影響。將Al(OH)3樣品分別稱取10g于3個坩堝中，3個樣品分別于至800℃、1000℃和1200℃下煅燒2h，取下冷卻至室溫，進(jìn)行X射線衍射分析，測定方法參照《YS/T89-2011煅燒α型氧化鋁》。結(jié)果見圖4~圖6。
依據(jù)《YS/T89-2011煅燒α型氧化鋁》標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合圖4~圖6可知，當(dāng)煅燒溫度為800℃時，煅燒樣品不會產(chǎn)生α-Al2O3，而是產(chǎn)生各種含鋁雜質(zhì)，當(dāng)煅燒溫度提高到1000℃時，煅燒產(chǎn)品開始出現(xiàn)少量α-Al2O3，當(dāng)煅燒溫度達(dá)到1200℃時，能夠獲得大量的α-Al2O3。由此可見，該類廢水鋁回收制備αAl2O3時煅燒溫度最好不要低于1200℃。
三、結(jié)論
本研究對電容器用鋁箔擴(kuò)孔工段產(chǎn)生的高濃度含鋁酸性廢水的鋁回收技術(shù)進(jìn)行了實驗研究，結(jié)果表明：采用化學(xué)沉淀法回收鋁時，當(dāng)pH調(diào)至6時，鋁的回收率最高，過濾得到的Al(OH)3濾餅量最多，濾液中殘留的Al3+量最少，當(dāng)pH=7時，濾餅最容易過濾，濾餅的過濾比阻值最低，pH=6時，濾餅較容易過濾。綜合鋁的回收率來看，pH=6應(yīng)該是比較好的化學(xué)法回收鋁的基本條件，對中和沉淀獲得的Al(OH)3進(jìn)行了高溫煅燒制備Al2O3，結(jié)果表明，當(dāng)煅燒溫度為800℃，煅燒2h時，樣品并沒有轉(zhuǎn)化成Al2O3，當(dāng)逐步提高煅燒溫度，提高到1000℃，煅燒2h時，樣品開始有少量α-Al2O3產(chǎn)生，當(dāng)溫度提高到1200℃時，樣品將產(chǎn)生大量的α-Al2O3，純度和獲得率最高。因此，對于此類高濃度廢水采用化學(xué)法回收鋁時，應(yīng)考慮將廢水pH值調(diào)至6，在對中和獲得的Al(OH)3資源化成附加值更高的α-Al2O3時，煅燒溫度應(yīng)該不低于1200℃。( >
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