「银浆罐回收」 卤素法电镀锡阳极泥中锡的碱浸回收及动力学分析

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「银浆罐回收」 卤素法电镀锡阳极泥中锡的碱浸回收及动力学分析

「银浆罐回收」 卤素法电镀锡阳极泥中锡的碱浸回收及动力学分析
化工环保
卤素法电镀锡阳极泥中锡的碱浸回收及动力学分析
田源1,2,孙彬彬1,童俊1,鹿慧1,蒋家超1
1。中国矿业大学环境与测绘学院,江苏徐州;
2。河北省众联能源环保科技有限公司,河北石家庄
[摘要]以溶液为浸出剂,采用碱浸法回收卤素法电镀锡阳极泥中的锡,考察了浸出效果的影响因素,并对浸出过程的动力学进行了研究。实宝泉银条回收验结果表明:在质量浓度200/、反应温度90℃、液固比6、反应时间240的最佳工艺条件下,锡的浸出率约为98%;最佳工艺条件下,浸出液中的氟离子对后续钯粉置换回收锡没有影响;在303.15~3「银浆罐回收」63.15范围内,该浸出过程主要受内扩散控制,反应活化能为9.725/。
[关键词]电镀锡阳极泥;碱浸;浸出动力学
[中图分类号]703[文献标志码]
1,21111
;2。。。,
30%~40%。
现有的电镀锡工艺根据工业生产中液体组分的差异,可分为碱法、佛洛斯坦法、拉斯坦法和卤族元素法等[4],不同方法产出的锡废渣性质差异性极大。传统的锡废渣回收技术多采用火法、酸浸等[5]。其中:火法包括焚烧[6-7]、离子电弧[8]、微波、煅烧和焙烧等[9-10],可大幅减小污泥体积,并降解某些有毒成分,同时可直接反应得到金属单质或化合物,但存在能耗高、二次污染重、直收率相对较低等不足;酸浸法在处理卤素法电镀锡阳极泥时,因泥中含有大量的氟离子,会生成大量氢氟酸
[基金项目]徐州市社会发展应用基础研究计划项目16260。
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而造成严重的设备腐蚀。
另一方面,碱浸法能回收某些特定的两性金属,如锡[11-13]、钯[14]、砷[12]等。对于卤素法电镀锡阳极泥,由于其中的锡能在强碱中溶解,而主要杂质银几乎不溶,可使锡与银得到有效分离;同时氟离子在特定条件下经一系列化学反应后进入固形分中,在资源化的同时亦可实现无害化处理。目前,针对卤素法电镀锡阳极泥的资源化研究还较少。
本工作以卤素法电镀锡生产线锡阳极泥为原料,考察了强碱浸出锡的影响因素,并对浸出动力学进行了研究。
1实验部分
1.1试剂和材料
实验所用试剂均为分析纯。擦银布回收
实验用泥由海南某镀锡厂提供,外观为蓝色块状物。分析显示,其主要化学成分见表1以氧化物表示,干基。分析见图1表明,该泥中锡主要以26的形式存在,银主要以
36的形式存在。
阳极泥的主要化学成分
36.0
37.4
20.5
3.51
0.955
0.765
0.162
0.0827
阳极泥的
1.2实验原理
卤素法电镀锡工业产生的阳极泥中的绝大多数成分可与溶液发生化学反应,其中,锡进「银浆罐回收」入溶液,而银、氟则形成固体沉淀进入残渣中,从而实现分离。该过程中锡得以回收,同时极大地降低了废水中氟离子的含量,避免了酸法回收过程中氟离子需后续处理的流程,降低了处理成本。具体化学反应如下:
26+6→6+23+32136+3→6+32
4[6]3+12→346+43
1.3实验方法
将阳极泥于105℃恒温干燥6,取适量破碎后过100目检验筛,称取160,加入一定浓度的溶液进行浸出实验。在可控温水浴锅内进行磁力搅拌,间隔一定时间取浸出液4,快速离心8000/,5后,取上清液待测。阳极泥浸出实验装置见图2。
图2阳极泥浸出实验装置
1水浴锅;2搅拌子;3锥形瓶;
4冷凝管;5电节点温度计
1.3分析方法
采用德国公司的8型射线荧光光谱仪和8型射线衍射仪对阳极泥的化学组成进行表征分析。
采用碘量法[15]测定浸出液中的锡含量。
2结果与讨论
2.1反应条件对锡浸出效果的影响
。1.1碱浓度
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度会导致32-在碱液中的溶解度降低,影响了锡的浸出。
降。因此,选择反应时间为240。
。1.4液固比
在质量浓度200/、反应温度90℃、搅拌转速3600/、反应时间240的条件下,液固比对锡浸出率的影响见图5。由图5可见:随着液固比的增大,浸出率也不断增大;当液固比增至6~8时,浸出率变化并不明显,约为98%;继续增大液固比,浸出率反而减小。原因可能是:在有限的容器中,液固比过高会导致搅拌效率降低,从而使得浸出率有所下降。综合考虑浸出效果与药剂成本,选择液固比为6。
图3质量浓度对锡浸出率的影响
由式1可知,与26的反应摩尔比为6∶1,理论条件下每1浸出液中需投加约100。但实验结果表明,必须投加过量的才能提高锡的浸出率,实验最佳质量浓度为200
/,即投加摩尔比约为12∶1。
。1.2反应温度
在质量浓度200/、液固比6、搅拌转速3600/的条件下,反应温度对锡浸出率的影响见图4。由图4可见,随着反应温度的升高,锡的浸出率不断增大,在温度达到90℃时浸出率最高。这是因为,随着温度的升高,反应物活性不断提升,浸出反应更加彻底。
图4反应温度对锡浸出率的影响
。1.3反应时间
由图4还可见,0~240时,4组温度下浸出率均随反应时间的延长而不断升高;当反应时间达到240时,浸出率最高;浸出时间超过240后,浸出率略有下降。分析其原因可能是:240时浸出率已达最高水平,与时间的关联已经不大,过长时间的搅拌反而会导致锡浓度的略微下
图5液固比对锡浸出率的影响
。1.5搅拌转速
在质量浓度200/、反应温度90℃、液固比6、反应时间240的条件下,搅拌转速对锡浸出率的影响见图6。由图6可见:随着搅拌转速的不断增大,浸出反应更加充分,浸出率也增大;但当搅拌转速增至3600/后,浸出率变化并不明显,约为98%。考虑到实际工业中的成本因素,选择3600/为最佳搅拌转速。
1200
2400
3600
4800
6000
7200
图6搅拌转速对锡浸出率的影响
2.2氟元素浸出分析
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虽然阳极泥中含有大量氟元素,但氟在碱性体系下的溶解度较低。配制质量浓度200/的锡酸钠溶液模拟浸出液,向其中不断投加氟化钠,得到氟离子的饱和浓度约为3.7/。碱浸后浸出液中锡的回收通常采用钯粉置换法,置换后的钯溶液通过电解法回收钯,该法要求溶液中剩余锡质量浓度小于0.1/[16]。因此,本实验配制了不同氟离子浓度的模拟浸出液,通过投加钯粉置换锡,反应结束后测定溶液中剩余锡质量浓度,结果见图7。
图7氟离子质量浓度对钯粉置换回收锡的影响
由图7可见,不管氟离子浓度是近饱和还是较低,剩余锡质量浓度均在150后达到电解回收钯的要求,且与不含氟离子的空白体系差别不大。因此,尽管浸出液中会混有一定量的氟离
0.30
子,但对钯粉置换回收锡没有影响,满足后续处理要求。
2.3锡浸出的动力学分析
阳极泥在强碱溶液中的浸出反应属于液-固多相反应,由于浸出渣中存在氟、银等化合物,在浸出过程中会发生反应见式1和式2。该类反应属于有固态产物层生成的浸出反应,在实际浸出过程中受到液体边界层扩散、固态产物边界层扩散及界面化学反应的控制,按照阻力的相对大小,其控制步骤分别对应为外扩散控制、内扩散控制、界面化学反应控制。在外扩散控制的条件下,由于液体边界层厚度与液体的流动状态有关,所以其反应速率受搅拌转速的影响较为显著,且其浸出速率与浸出剂浓度成正比,浸出速率受温度的影响较小[17]。这些特性与本实验的结果相悖,故阳极泥的碱性浸出不属于外扩散控制。内扩散控制和界面化学反应控制的反应动力学方程表达式分别见式
4和式5[17]。/
1-2/3-1-234
1-1-1/35式中:为锡浸出率;为浸出反应扩含银锡回收散系数,
-1;为反应时间,。
将最优条件下的实验数据分别按式4和式
5进行线性拟合,拟合结果见图8。
图8不同温度下的动「银浆罐回收」力学方程拟合结果
0.90
由图8可见,式4的拟合结果具有更好的线性回归关系。因此,可认为阳极泥浸出过程中,内扩散控制固膜扩散为主要控制步骤,在[303-。15]~363.15范围内符合“未反应核收缩”模型1819,其温度由低到高对应的值直线斜率分别为6.498-84×10-4,8.49823×10-4,0.00102,
0.001241。根据方程见式6,以对1/作图,得到拟合直线相关系数0.998,由直线斜率得到反应活化能为9.725/。活化能较低,进一步证实该浸出过程为固膜扩散控制过程,遵循内扩散控制的收缩核模型。因此,锡的浸出率与搅拌转速并无太大关系,而浓度在碱浸中的影响最大,控制反应中的碱浓度是该工艺的关键。
化工环保
以溶液为浸出剂,采用碱浸法回收卤素法电镀锡阳极泥中的锡。在质量浓度200/、反应温度90℃、液固比6、反应时间240的最佳工艺条件下,锡的浸出率约为98%。
在最佳碱浓度条件下,氟离子的饱和浓度为。/,对后续钯粉置换回收锡没有影响。
在303.15~363.15范围内,该浸出过程主要受内扩散控制,反应活化能为9.725/。
针对以往的电镀锡废渣工业处理方案,本研究针对特定性质的锡废渣提出碱法工艺的解决方案,较传统酸法工艺而言,具有更加合理的氟离子处置方案,大幅减少了生产设备的损耗和化石能源的浪费。

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