рефераты бесплатно
 

МЕНЮ


Исследование возможности извлечения редких металлов из золы-уноса ТЭЦ (MS Word 97)

нейтрализации растворов используют азотную кислоту. Ванадий после

выпаривания и разбавления растворов осаждают хлористым алюминием.

В ряде патентов предлагается обработка ванадийсодержащих материалов

растворами сульфида натрия или проведение плавки с применением в качестве

шихтовых материалов смеси сульфата натрия с углеродом. При этом образуются

сульфованадаты натрия, которые легко растворяются в воде. Осторожным

подкислением выделяется ванадий в форме сульфидов (V2S5 или V2S3). В данных

процессах достигается очень хорошее отделение ванадия от железа [31, 32].

Разработан процесс извлечения некоторых металлов (Li, B, V и Ga) из

летучей угольной золы [33]. Процесс включает 3 операции: двухстадийное

выщелачивание серной кислотой при двух различных концентрациях,

концентрирование редких металлов из раствора с применением хелатных смол и

очистка каждого металла экстракцией. Галлий и ванадий выщелачивают 3-н.

раствором H2SO4, затем концентрируют их совместно на хелатной смоле

иминодиацетатного типа и очищают экстракцией с применением

триоктиламмонийхлорида и ди(2-этилгексил)фосфорной кислоты соответственно.

Другой кислотный метод обработки золы был запатентован в США [34]. Он

заключается в выщелачивании золы, содержащей V и Ni, соляной кислотой с

промотором растворения (V2O5, гипохлориты натрия, калия, кальция,

пероксиды, ClO2). Затем щелока отделяют от остатка и обрабатывают

гидроксидом натрия, калия или кальция, повышая pH раствора до уровня 5,5-

6,5(6,2). Выпадающий при этом осадок, содержащий соединения V(3+) и V(4+),

отделяют от раствора, который затем дополнительно подщелачивают (до pH 8,5-

9,5), выделяя в осадок гидроксид никеля. Ванадийсодержащий осадок

высушивают, после чего смешивают с гидроксидом натрия, калия или кальция,

смесь прокаливают на воздухе при 500-1000(C (950(C), в результате чего

ванадий окисляется до пятивалентного состояния. V(5+) выщелачивают водой,

полученные щелока подкисляют соляной кислотой, выделяя в осадок V2O5.

Предложены также щелочные способы обработки золы с целью извлечения

ванадия. В одном из способов [35] ванадийсодержащую золу подвергают

гравитационному разделению. Обогащенную ванадием фракцию выщелачивают

щелочным раствором, продувая одновременно газ-окислитель (например, сжатый

воздух). Щелочной раствор концентрируют, затем пропускают через него CO2-

содержащий газ до pH 8-9. Осадок отделяют. К раствору добавляют соль

аммония (NH4Cl) для извлечения ванадия в виде аммонийной соли.

В другом способе [36] смоченную золу-уноса подвергают разделению для

образования тонкодисперсного углеродного продукта и не содержащей углерода

водной суспензии. Полученную суспензию выщелачивают при повышенном давлении

в растворе гидроксида щелочного металла с концентрацией менее 5 моль/л при

110-300(C. Суспензию разделяют на жидкую и твердую фазы для получения

щелока от выщелачивания, обогащенного ванадием, и обедненного ванадием

остатка. Щелок от выщелачивания приводят в контакт с экстрагентом,

содержащим четвертичный амин и производное оксима. Затем насыщенный

экстрагент приводят в контакт с водным раствором для получения

ванадийсодержащего водного щелока и регенерированного экстрагента. Из

ванадийсодержащего щелока извлекают ванадийсодержащие соединения.

Предложены способы извлечения ванадия из ванадийсодержащего сырья путем

электрохимического выщелачивания [37, 38]. В этих исследованиях в качестве

электролита предлагают использовать растворы, содержащие хлориды и

карбонаты щелочных металлов. Электролиты, содержащие хлор-ионы, вызывают

коррозию аппаратуры, использование карбонатов сопряжено с трудностями

регенерации отработанного электролита. Объектом служил ванадийсодержащий

конвертерный шлак Нижне-Тагильского металлургического комбината с

содержанием пятиокиси ванадия 18,38%. Задача поисковых исследований

заключалась в нахождении оптимальных параметров процесса, подборе

конструкции и вида материалов электролизёров и электродов, состава

электролитов. Факторы: температура и время выдерживания, плотность тока,

концентрация электролита, высота и навеска шлакового слоя, перемешивание,

введение активирующих веществ, отношение Т:Ж, а также температура и

продолжительность предварительной термической обработки шлака. Были

опробованы различные конструкции электролизёров и электродов из графита,

никеля, свинца и нержавеющей стали. Наиболее подходящими оказались

электроды из нержавеющей стали. Электролизёр имел форму стакана из

оргстекла, катод представлял собой полый цилиндр, через который проходило

перемешивающее устройство. Вокруг катода располагались аноды, сделанные в

виде лопастей. Нижняя часть катода отделялась от среды фильтровальным

материалом.

При использовании в качестве электролита серной кислоты (5-13%) степень

перехода ванадия в раствор составила в пределах 60-80%. При этом раствор в

значительном количестве загрязнялся железом, алюминием, фосфором и другими

примесями. Так же не дали желаемого результата электрохимическое

выщелачивание шлака в растворе едкого натра, хлорида натрия и их смеси.

Извлечение ванадия в растворе не превышало 30-40%. Поэтому дальнейшие

исследования проводили с предварительно обожженным шлаком. В качестве

электролита использовали раствор едкого натра различной концентрации.

Видимо, предварительная термическая обработка шлака (780-800(C, 15-20 мин)

способствует разрушению его силикатной составляющей вследствие окисления

шпинелида, что интенсифицирует процесс электрохимического выщелачивания.

Можно предположить, что увеличение скорости окисления ванадия низких

валентностей происходит и за счет выделения атомарного кислорода при

электрохимическом процессе.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Характеристика золы

Зола и шлак ТЭЦ представляет собой остаток от сжигания твердого

топлива. Они являются продуктами высокотемпературной (до 1200-1700(C)

обработки минеральной, несгорающей части углей. При этом в камерных топках

получают отходы двух видов: зола-уноса и шлак.

Шлак образуется в результате сжигания размягченных частиц золы в объеме

топки или на ее стенках и накапливается в шлаковом бункере под топкой.

Размер зерен шлака 1(50 мм. Зола-уноса уносится из топки с дымовыми газами

и улавливается при их очистке в циклонах и электрофильтрах. Размер частиц

золы менее 1 мм. Свыше 80% минеральной части углей переходит в золу, до 20%

– в шлак.

Химический состав золы ТЭЦ-4

(экибастузский уголь)

|SiO2 |Al2O3 |FeO |CaO |MgO |SO2 |TiO2 |K2O |Na2O |P2O5 |MnO2 |

|61-62|27,3% |5,65%|1,17%|0,49%|0,52%|1,49%|0,42%|0,32%|0,52%|0,17% |

|% | | | | | | | | | | |

Содержание химических элементов в золе, % масс.

|Элементы |% масс. |

|Кремний, (Si) |29 |

|Железо, (Fe) |4,0 |

|Кальций, (Ca) |0,52 |

|Алюминий, (Al) |11,0 |

|Магний, (Mg) |0,16 |

|Стронций, (Sr) |0,044 |

|Титан, (Ti) |0,38 |

|Марганец, (Mn) |0,082 |

|Барий, (Ba) |0,20 |

|Иттрий, (Y) |0,0040 |

|Лантан, (La) |0,0014 |

|Церий, (Ce) |0,0066 |

|Иттербий, (Yb) |0,0006 |

|Тербий, (Tb) |0,0008 |

|Диспрозий, (Dy) |0,0009 |

|Самарий, (Sm) |0,0005 |

|Торий, (Th) |0,0006 |

|Уран, (U) |0,0002 |

|Цирконий, (Zr) |0,034 |

|Медь, (Cu) |0.0056 |

|Ванадий, (V) |0,014 |

|Галлий, (Ga) |0,0044 |

Примечание: анализ золы проводился в институте Гидроцветмет (г.

Новосибирск).

2.2. Техника безопасности

Техника безопасности при выполнении любой работы в химической

лаборатории должна быть предметом постоянного внимания, так как даже

незначительная неосторожность и невнимательность могут привести к

несчастным случаям с тяжелыми последствиями.

Правила работы с электрическим оборудованием.

При работе с электрооборудованием необходимо соблюдать следующие

требования:

. электрооборудование должно быть исправным;

. при работе с электрооборудованием, находящимся под напряжением, применять

исправные средства защиты (резиновые перчатки, изолирующие подставки и

др.), работу проводить инструментом с изолированными рукоятками;

. в случае перерыва подачи электроэнергии все приборы должны быть

немедленно выключены;

. в случае загорания проводов или электрооборудования, находящегося под

напряжением, необходимо выключить электроэнергию и тушить огонь сухим

углекислотным огнетушителем, сухим песком, покрывалом из асбеста.

Правила работы с едкими веществами.

Едкие вещества (кислоты, щелочи), попадая на кожу, вызывают ожоги.

Особая опасность заключается в возможности поражения глаз. Поэтому

необходимо соблюдать следующие условия:

. при любых работах с едкими веществами обязательно применение защитных

очков или масок;

. переливать кислоты только при включенной тяге в вытяжном шкафу;

. растворение щелочей необходимо производить прибавлением к воде небольших

кусочков, куски щелочи брать только щипцами;

. кислоты следует разбавлять в термостойких стаканах прибавлением их к воде

небольшими порциями, разлитые кислоты и щелочи следует немедленно

нейтрализовать и только после этого проводить уборку

В лаборатории для оказания первой помощи должна быть аптечка, а также

растворы борной кислоты, бикарбоната натрия и перманганата калия.

2.3. Приборы и посуда

1. Колориметр фотоэлектрический концентрационный КФК-2 №838440. Рабочий

диапазон длин волн 315-980 нм. Пределы измерения оптической плотности от 0

до 1,5.

2. Термостат ЕЗЕ №3178.

3. Мешалка механическая РМ-70/30, рабочее напряжение 220В, сила тока

0,2A, частота 30Гц, максимальное число оборотов 3000 в мин.

4. Весы аналитические А-3/200. Точность измерения 10-4 г, заводской

номер 133051.

5. Весы технические. Точность измерения 10-1 г.

6. Плитка электрическая, рабочее напряжение 220 В.

7. Муфельная печь ПМ-8 №42048. Напряжение 220 В, ток переменный,

максимальная температура 1100(C, частота 50 Гц, мощность 1,8 кВт.

8. Стаканы термостойкие вместимостью 100, 250, 400, 1000 см3.

9. Колбы мерные вместимостью 50, 100, 200, 250, 1000 см3.

10. Пипетки мерные вместимостью 5, 10, 20, 25 см3.

11. Цилиндры мерные вместимостью 10, 100 см3.

12. Колбы плоскодонные термостойкие вместимостью 100 см3.

13. Фарфоровая ступка.

14. Фарфоровые тигли.

2.4. Реактивы

1. Соляная кислота HCl, х.ч.

2. Азотная кислота HNO3, х.ч.

3. Серная кислота H2SO4, х.ч.

4. Ортофосфорная кислота H3PO4, х.ч.

5. Кислота сульфосалициловая 2-водная C7H6O6S(2H2O, х.ч.

6. Аммиак NH3, х.ч.

7. Ледяная уксусная кислота CH3COOH, х.ч.

8. Гидроокись натрия NaOH, х.ч.

9. Железоаммонийные квасцы (NH4)2SO4(Fe2(SO4)3(24H2O, ч.д.а.

10. Аммоний сернокислый (NH4)2SO4, ч.д.а.

11. Натрий уксуснокислый CH3COONa, ч.д.а.

12. Алюминон (аммонийная соль ауринтрикарбоновой кислоты), ч.д.а.

13. Метаванадиевокислый аммоний NH4VO3, ч.д.а.

14. Вольфрамовокислый натрий 2-водный Na2WO4(2H2O, ч.д.а.

15. Титан треххлористый TiCl3, ч.д.а.

16. Родамин В (тетраэтилдиамино-о-карбоксилфенилксантенилхлорид),

ч.д.а.

17. Толуол C7H8, ч.д.а.

18. Бутилацетат C6H12O2, ч.д.а.

2.5. Методики анализов

2.5.1. Фотометрическое определение железа с сульфосалициловой кислотой [39]

Метод основан на том, что сульфосалициловая кислота или её натриевая

соль образует с солями железа окрашенные комплексные соединения. Причем в

слабокислой среде сульфосалициловая кислота реагирует только с солями Fe

(III) (красное окрашивание), а в слабощелочной - с солями Fe (III) и (II)

(желтое окрашивание).

Реактивы:

1. Сульфосалициловая кислота, 10%-ный раствор, или сульфосалицилат

натрия, насыщенный раствор.

2. Аммиак, разбавленный раствор. Смешивают 200 мл концентрированного

аммиака и 300 мл дистиллированной воды.

3. Стандартный раствор соли железа. Растворяют 0,8634 г

железоаммонийных квасцов в дистиллированной воде, к раствору добавляют

10 мл H2SO4 плотностью 1,84 г/см3, разбавляют в мерной колбе на 1 л.

Отбирают 100 мл полученного раствора, разбавляют водой в мерной колбе снова

до 1 л.

В 1 мл раствора содержится 0,01 мг железа.

Ход определения общего содержания железа.

В коническую колбу вместимостью 50 мл наливают 10 мл анализируемой

воды. В этом объеме должно содержаться от 1 до 10 мкг железа, что

соответствует концентрациям от 0,1 до 1 мг/л. Более концентрированные по

содержанию железа сточные воды предварительно разбавляют в мерной колбе

так, чтобы содержание железа в 10 мл полученного раствора было в указанных

пределах. Затем в пробирку приливают 5 мл раствора сульфосалициловой

кислоты и 5 мл раствора аммиака.

Измеряют оптическую плотность полученного раствора на длине волны 420-

430 нм по отношению к холостому раствору. Молярный коэффициент поглощения

равен 5,5(103.

Содержание железа находят по градуировочному графику, для построения

которого наливают из микробюретки 1-10 мл стандартного раствора, разбавляют

до 10 мл дистиллированной водой и продолжают как при анализе пробы.

Построение градуировочного графика.

Были приготовлены реактивы как указано в методике. Взяли 2,0; 4,0; 6,0;

8,0; 10,0 мл стандартного раствора. Фотометрировали на ФЭКе на длине волны

440 нм в кюветах 3 см. Данные приведены в таблице 2.5.1.

Таблица 2.5.1.

Зависимость оптической плотности растворов от концентрации железа

|С, мкг/мл |0,4 |0,8 |1,2 |1,6 |2,0 |

|D1 |0,075 |0,17 |0,26 |0,36 |0,44 |

|D2 |0,075 |0,16 |0,25 |0,36 |0,44 |

|D3 |0,080 |0,17 |0,26 |0,35 |0,44 |

Статистическая обработка проводилась на ЭВМ по методу наименьших

квадратов. Получено уравнение регрессии:

y=2,3(10-1x

rт=0,878, rр=1,000

b=2,3(10-1(1,3(10-2.

Рисунок 2.5.1.

Градуировочный график поглощения растворов железа

2.5.2. Фотометрическое определение алюминия с алюминоном [40]

Метод основан на способности иона Al3+ образовывать с алюминием красное

труднорастворимое комплексное соединение.

Реакция осуществляется при pH=4,9 в присутствии сульфата аммония.

Оптическую плотность измеряют на длине волны 540 нм. Чувствительность

метода 0,05 мг/л алюминия.

1. Приготовление основного стандартного раствора с концентрацией

0,10 г/мл. Стандартный раствор можно приготовить из алюминиевой стружки.

Для этого 0,1 г стружки растворяют в 5 мл концентрированной соляной кислоты

при нагревании и перемешивании. Переливают раствор в мерную колбу на

1000 мл и доводят до метки дистиллированной водой.

2. Приготовление рабочего стандартного раствора с концентрацией

0,005 мг/мл. 5,0 мл основного стандартного раствора помещают в мерную колбу

на 100 мл и доводят объем до метки дистиллированной водой. Раствор готовят

в день проведения анализа.

3. Приготовление раствора сульфата аммония. 50,0 г сульфата аммония

растворяют в 100 мл дистиллированной воды.

4. Приготовление ацетатного буфера (pH=4,9(1). 241 г CH3COONa помещают

в колбу на 1000 мл и растворяют в 500 мл дистиллированной воды. Дают

раствору остыть, добавляют 155 мл ледяной уксусной кислоты, доводят объем

до метки дистиллированной водой. pH буфера устанавливают потенциометрически

и, при необходимости, корректируют, добавляя NaOH или CH3COOH. Для анализа

исходный буферный раствор разбавляют в 10 раз дистиллированной водой. Срок

хранения 3 месяца.

5. Приготовление раствора алюминона. 0,5 г алюминона растворяют в

125 мл горячей дистиллированной воды, затем добавляют 125 мл разбавленного

ацетатного буфера. Раствор готов к употреблению сразу. Хранят его в склянке

из темного стекла. Срок хранения 3 месяца.

6. Приготовление раствора гидроокиси натрия. 5,0 г NaOH растворяют в

100 мл дистиллированной воды.

7. Приготовление реакционной смеси. Смешивают одну объемную часть

сульфата аммония с двумя частями алюминона и двадцатью двумя –

разбавленного ацетатного буфера. В день анализа в необходимом объеме

реакционной смеси растворяют аскорбиновую кислоту по 25 мг на каждые 25 мл

реакционной смеси. Раствор можно хранить в течение 1 месяца.

Проведение анализа.

Проведению анализа может помешать окисное железо (Fe3+). Влияние железа

массовой концентрации 0,3 мг/л и более устраняется восстановлением его

аскорбиновой кислотой до закисного железа (Fe2+).

В мерную колбу на 50 мл, где уже находится исследуемый раствор,

добавляют 25 мл реакционной смеси, 25-30 мг аскорбиновой кислоты, доводят

до метки дистиллированной водой. Раствор выдерживают в течении 25-30 мин.

Затем измеряют его оптическую плотность на длине волны 540 нм в кювете с

толщиной слоя 30 мм. Измерения проводят относительно холостой пробы. Для

приготовления холостой пробы в мерную колбу на 50 мл помещают 25 мл

реакционной смеси, 25-30 мг аскорбиновой кислоты, доводят до метки

дистиллированной водой. Количество алюминия в пробе находят по

градуировочному графику. При необходимости производят разбавление

исследуемого раствора.

Построение градуировочного графика.

Приготовление реактивов велось по методике. Взяли 0,5; 1,0; 3,0; 5,0;

7,0; 9,0 мл рабочего стандартного раствора. Фотометрировали на длине волны

540 нм в кюветах 3 см. Полученные данные приведены в таблице 2.5.2.

Таблица 2.5.2.

Зависимость оптической плотности растворов от концентрации алюминия

|С, мкг/мл|0,05 |0,1 |0,3 |0,5 |0,7 |0,9 |

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5


ИНТЕРЕСНОЕ



© 2009 Все права защищены.