| |||||
МЕНЮ
| Исследование возможности извлечения редких металлов из золы-уноса ТЭЦ (MS Word 97)|D1 |0,04 |0,08 |0,22 |0,36 |0,50 |0,66 | |D2 |0,03 |0,07 |0,20 |0,34 |0,48 |0,64 | |D3 |0,04 |0,07 |0,21 |0,34 |0,48 |0,64 | Статистическая обработка проводилась на ЭВМ с помощью метода наименьших квадратов. Получено уравнение регрессии: y=6,9(10-1x rт=0,878, rр=1,000 b=6,9(10-1(1,2(10-2. Рисунок 2.5.2. Градуировочный график поглощения растворов алюминия 2.5.3. Фотометрическое определение ванадия [41] 1. Приготовление эталонного раствора ванадия 1000 мг/л. В стакане вместимостью 100 мл растворяют 0,5740 г метаванадиевокислого аммония в 40 мл разбавленной азотной кислоты (1:4), количественно переносят в мерную колбу вместимостью 250 мл и доводят до метки дистиллированной водой. 2. Приготовление рабочего эталонного раствора ванадия 50 мг/л. 5 мл эталонного раствора ванадия 1000 мг/л количественно переносят в мерную колбу вместимостью 100 мл и доводят до метки дистиллированной водой. 3. Приготовление раствора вольфрамовокислого натрия 185 г/мл. В стакане вместимостью 50 мл растворяют 18,5 г двуводного вольфрамовокислого натрия (Na2WO4(2H2O) в горячей дистиллированной воде, охлаждают до комнатной температуры, количественно переносят в мерную колбу вместимостью 100 мл и доводят до метки дистиллированной водой. Проведение анализа. В стакан вместимостью 100 мл помещают аликвоту раствора в зависимости от ожидаемого содержания ванадия, 2 мл разбавленной серной кислоты (1:1), 5 мл разбавленной ортофосфорной кислоты и 2,5 мл вольфрамовокислого натрия. Каждый раз содержимое стакана перемешивают встряхиванием. Раствор нагревают до 40-70(C, охлаждают до комнатной температуры, количественно переносят в мерную колбу вместимостью 50 мл, доводят до метки дистиллированной водой. Раствор должен быть прозрачным. Выдерживают в течение 60 мин. Затем измеряют его оптическую плотность на длине волны 440 нм в кювете с толщиной слоя 5 см. Измерения проводят относительно холостой пробы. Для приготовления холостой пробы в мерную колбу на 50 мл помещают 2 мл разбавленной серной кислоты (1:1), 5 мл разбавленной ортофосфорной кислоты и 2,5 мл вольфрамовокислого натрия, доводят до метки дистиллированной водой. Количество ванадия находят по градуировочному графику. Построение градуировочного графика. Приготовление растворов велось по методике. Взяли 1,0; 2,0; 4,0; 6,0; 8,0; 10,0 мл рабочего эталонного раствора. Фотометрировали на длине волны 440 нм в кюветах 5 см. Полученные данные приведены в таблице 2.5.3. Таблица 2.5.3. Зависимость оптической плотности растворов от концентрации ванадия |С, мкг/мл|1,0 |2,0 |4,0 |6,0 |8,0 |10,0 | |D1 |0,06 |0,12 |0,26 |0,39 |0,50 |0,62 | |D2 |0,05 |0,12 |0,26 |0,38 |0,50 |0,62 | |D3 |0,05 |0,11 |0,25 |0,38 |0,50 |0,60 | Статистическая обработка проводилась на ЭВМ с помощью метода наименьших квадратов. Получено уравнение: y=6,3(10-2x rт=0,811, rр=0,999 b=6,3(10-2(3,1(10-3. Рисунок 2.5.3. Градуировочный график поглощения растворов ванадия 2.5.4. Фотометрическое определение галлия [42] Метод основан на образовании ионного ассоциата хлоргаллата родамина B и измерении оптической плотности его экстрактов. Интенсивная красно- фиолетовая окраска экстракта обеспечивает чувствительный способ определения малых количеств галлия. В этих условиях аналогично реагируют Sb (V), Au (III), Tl (III) и Fe (III). Вольфрам (VI) образует вольфрамат родамина B, не растворимый в толуоле. Al, Zn, Cu, Ta и In не дают окраски при экстракции толуолом. Окислители, в том числе нитраты, должны отсутствовать в растворе. Сурьма и другие перечисленные металлы не реагируют с родамином B, если они восстановлены до более низких степеней валентности [Sb(III), Au(0), Tl(I), Fe(II)]. Реактивы: 1. Кислота соляная, 6-н. раствор. 2. Титан треххлористый, раствор, разбавленный концентрированной соляной кислотой 1:1. 3. Родамин B, 0,5%-ный раствор в 6-н. растворе соляной кислоты. 4. Смесь толуола с бутилацетатом. Готовят смешением толуола с бутилацетатом в соотношении 2:1. 5. Галлий металлический. Приготовление стандартных растворов галлия. 1. Раствор А. Навеску галлия массой 0,1 г растворяют в 10 мл 6-н. раствора соляной кислоты при нагревании с добавлением нескольких капель пергидроля. Полученный раствор выпаривают досуха. Остаток снова растворяют в 6-н. растворе соляной кислоты, раствор переносят в мерную колбу вместимостью 100 мл, доливают 6-н. раствором соляной кислоты до метки и перемешивают. 1 мл раствора А содержит 1000 мкг галлия. 2. Раствор Б. Отбирают пипеткой 10 мл раствора А и переносят в мерную колбу вместимостью 100 мл, доливают 6-н. раствором соляной кислоты до метки и перемешивают. 1 мл раствора Б содержит 100 мкг галлия. 3. Раствор В. Отбирают пипеткой 10 мл раствора Б и переносят в мерную колбу вместимостью 100 мл, доливают 6-н. раствором соляной кислоты до метки и перемешивают. 1 мл раствора В содержит 10 мкг галлия. 4. Раствор Г. Отбирают пипеткой 10 мл раствора В и переносят в мерную колбу вместимостью 100 мл, доливают 6-н. раствором соляной кислоты до метки и перемешивают. 1 мл раствора Г содержит 1 мкг галлия. Проведение анализа. В мерную колбу вместимостью 50 мл (или делительную воронку вместимостью 25 мл) отбирают 5 мл анализируемого раствора и прибавляют по каплям при помешивании 1 мл треххлористого титана. Через 5 мин в колбу (или воронку) прибавляют 0,4 мл 0,5%-ного раствора родамина B, перемешивают и выдерживают в течение 5 мин. Затем приливают 5 мл смеси толуола с бутилацетатом, закрывают колбу (или воронку) притертой пробкой и встряхивают 2 мин. После разделения слоев осторожно сливают в кювету верхний органический слой, окрашенный в красно-фиолетовый цвет, и закрывают кювету крышкой. Колориметрирование производят на длине волны 540 нм в кювете с толщиной слоя 5 мм. Нулевой раствор готовят следующим способом: в мерную колбу вместимостью 50 мл (или делительную воронку вместимостью 50 мл) наливают 10 мл 6-н. раствора соляной кислоты, приливают 2 мл треххлористого титана, 0,8 мл 0,5%- ного раствора родамина B, 10 мл смеси толуола с бутилацетатом, закрывают притертой пробкой колбу (или воронку) и встряхивают в течение 2 мин. После разделения органический слой сливают в кюветы для колориметрирования. Построение градуировочного графика. Приготовление реактивов велось по методике. Взяли 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0 мл стандартного раствора Г. Фотометрировали на длине волны 540 нм в кюветах 5 мм. Данные приведены в таблице 2.5.4. Таблица 2.5.4. Зависимость оптической плотности растворов от концентрации галлия |M, мкг |2 |4 |6 |8 |10 | |D1 |0,09 |0,13 |0,19 |0,26 |0,27 | |D2 |0,10 |0,14 |0,18 |0,26 |0,30 | |D3 |0,11 |0,14 |0,18 |0,23 |0,29 | Статистическая обработка проводилась на ЭВМ с помощью метода наименьших квадратов. Получено уравнение регрессии: y=3,7(10-2+2,5(10-2x rт=0,878, rр=0,983 a=3,7(10-2(5,7(10-2 b=2,5(10-2(8,6(10-3 Рисунок 2.5.4. Градуировочный график поглощения растворов галлия 2.5.5. Методика определения кремния [43]. При растворении плава в соляной кислоте выделяется кремниевая кислота: Na2SiO3+2HCl(2NaCl+H2SiO3( Некоторая часть образовавшейся кремниевой кислоты остается в растворе в виде гидрозоля. Чтобы перевести ее полностью в осадок, раствор плава выпаривают и оcтаток от выпаривания высушивают, при этом золь кремниевой кислоты переходит в гель. При прокаливании до 1000(C кремнекислота теряет воду, превращаясь в кремниевый ангидрид: H2SiO3[pic]SiO2+H2O( Выполнение определения. Раствор в фарфоровой чашке после выщелачивания плава разбавляют 10%-ным раствором соляной кислоты до объема 150 мл и выпаривают досуха на водяной бане (избегать разбрызгивания). Затем добавляют 10 мл соляной кислоты (пл. 1,19) и снова выпаривают на водяной бане досуха. После этого сухой остаток сушат 1 ч в сушильном шкафу при температуре 120(C. Более эффективна сушка на водяной бане до полного удаления запаха HCl с последующим прокаливанием в течение 2 ч. Содержимое чашки охлаждают и осторожно смачивают 15 мл HCl (пл. 1,19), прибавляя ее по каплям. Покрывают чашку часовым стеклом и оставляют стоять 10 мин. После этого содержимое чашки обрабатывают 70-80 мл горячей дистиллированной воды, дают стоять 10 мин на кипящей водяной бане и отстоявшийся раствор фильтруют через фильтр с красной лентой, не перенося осадка на фильтр. Осадок в чашке промывают горячей водой, вначале декантацией, затем переносят его на фильтр и промывают его на фильтре до исчезновения реакции на хлор с азотнокислым серебром в промывных водах. Для удаления невидимых на белом фоне чашки оставшихся крупинок кремнекислоты чашку протирают маленьким кусочком фильтровальной бумаги, который присоединяют к осадку (№1) на фильтре. Фильтрат количественно переносят в ту же чашку, в которой проводилось выпаривание, и вторично выпаривают досуха и до удаления запаха HCl. После охлаждения сухой остаток в чашке смачивают по каплям соляной кислотой (пл. 1,19) в количестве 5- 7 мл, накрывают часовым стеклом и оставляют стоять 10 мин. Затем содержимое чашки обрабатывают 30 мл горячей дистиллированной воды и дают стоять 10 мин на кипящей водяной бане и далее поступают так же, как и в первый раз: отфильтровывают, промывают и т. д. Вторичной обработкой фильтрата достигают более полного перевода золя кремнекислоты в осадок. Фильтрат №1 сохраняют для дальнейшего анализа, а осадок №2 на фильтре присоединяют вместе с фильтром к ранее выделенному осадку №1 кремнекислоты. Общий осадок кремнекислоты вместе с фильтрами озоляют вначале при низкой температуре во взвешенном и прокаленном платиновом или фарфоровом тигле на пламени газовой горелки, помещая тигель на асбестовую сетку, затем на голом огне, постепенно увеличивая пламя. Под конец прокаливают до постоянной массы в муфельной печи (в течение 30-50 мин при t=1000-1100(C). Весовая форма SiO2 белого цвета. 2.5.6. Выполнение сплавления и растворения навески силиката (золы) [43] Для сплавления навеску испытуемого материала (золы) в количестве 0,5- 1,0 г отвешивают в фарфоровом тигле с точностью до 0,0002 г. К навеске добавляют 4-6 г безводной соды, хорошо растертой в фарфоровой ступке. Величина фарфорового тигля должна быть такой, чтобы он не более чем наполовину был заполнен порошком. Содержимое тигля осторожно и тщательно перемешивают маленьким шпателем, затем смесь сверху засыпают 1-2 г чистой соды. После этого тигель вносят в разогретую до 200-300(C муфельную печь и медленно нагревают до 800-900(C в течение 30-40 мин. Затем при данной температуре выдерживают 1,5 ч. После охлаждения тигля плав переносят в фарфоровую чашку емкостью 200-250 мл и растворяют в 30-40 мл HCl (1:1). Тигель несколько раз ополаскивают раствором HCl (1:1), сливая раствор в фарфоровую чашку. Раствор в фарфоровой чашке после выщелачивания сплава выпаривают досуха, избегая разбрызгивания. Затем добавляют 10 мл соляной кислоты (пл. 1,19) и снова выпаривают досуха. Содержимое чашки охлаждают и осторожно смачивают небольшим количеством HCl (1:1). Оставляют стоять 10 мин, нагревают и отстоявшийся раствор фильтруют, не перенося осадка на фильтр. Осадок в чашке промывают раствором HCl (1:1), вначале декантацией, затем переносят его на фильтр и промывают на фильтре. Полученный раствор анализируют. 2.6. Методики эксперимента 2.6.1. Методика обескремнивания В стеклянный термостойкий стакан вместимостью 1000 мл помещается 800 мл щелочного раствора концентрацией 200 г/л. Раствор термостатируется до 80(C. Затем в стакан помещается 160 г золы и включается механическая мешалка. Время обескремнивания 3 часа. 2.6.2. Методика щелочной и кислотной обработки Обработка золы проводится в термостойком стакане вместимостью 250 мл. Предварительно раствор едкого натра или серной кислоты термостатируется до необходимой температуры. Затем помещается зола и включается механическая мешалка. 2.6.3. Методика электрохимического выщелачивания Для исследования была собрана электрохимическая ячейка: В электрохимическую ячейку помещается серная кислота или раствор едкого натра объемом 200-250 мл и концентрацией 100-400 г/л и, при необходимости, термостатируется. После этого в ячейку помещается навеска (20-25 г) обескремненной золы, включается механическая мешалка и электролизер. Сила тока задается в пределах 1-10 А. 3. ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 3.1. Отработка методики анализа на содержание ванадия Ванадий определялся по методике ГОСТ 10364-90. Она предусмотрена для определения ванадия (V). Но в наших опытах при электролизе ванадийсодержащих растворов ванадий может перейти в более низкую степень окисления (III, IV). Поэтому нами предварительно отрабатывалась методика окисления ванадия. Опыты проводились с модельными растворами NH4VO3, которые готовились следующим образом. Навеска NH4VO3 массой 0,5740 г растворялась в растворе H2SO4 (1:1), и определялось содержание ванадия по методике. Оно составило 50,9(5,8 мг/л (статистическая обработка в приложении 1). Затем этот раствор восстанавливали цинком при кипячении в течение 0,5 ч до V(II) фиолетовой окраски. Анализ показал содержание ванадия 32,5(1,6 мг/л, что дает заниженные результаты. Для окисления V(II) до V(V) использовалась концентрированная азотная кислота в расчете 5 мл HNO3 на 100 мл раствора. Анализ окисленного раствора по методике показал значение 49,9(2,3 мг/л. Таким образом, предварительное окисление аликвоты азотной кислотой позволяет определить истинное содержание ванадия в растворе. 3.2. Поведение галлия и ванадия при выщелачивании Предварительными исследованиями было показано, что обработка золы ТЭЦ раствором щелочи 200 г/л при температуре 80(C и времени выщелачивания 2 ч приводит к извлечению 49,7% кремния, 5,5% алюминия и 5,6% ванадия. То есть такая обработка приводит к концентрированию металлов в зольном остатке. Удаление аморфной части SiO2, частичное разрушение частиц золы должно обеспечить более эффективное извлечение галлия и ванадия из золы. Таким образом обработанная зола использовалась в последующих опытах. 3.2.1. Исследование влияния температуры и добавки NaCl на эффективность выщелачивания галлия, ванадия, железа и алюминия в сернокислой среде Исследование проводилось при условиях: . концентрация H2SO4 200 г/л; . время обработки 2 ч; . Т:Ж=1:5 (40 г золы и 200 мл серной кислоты). Анализ на содержание элементов в растворе проводился по методикам 2.5.1 – 2.5.4. Степень извлечения металлов рассчитывалась исходя из их содержания в спеке обескремненной золы, %: Ga – 0,0036; V – 0,033; Fe – 5,77; Al – 17,9 (см. 2.5.6.). Данные приведены в таблице 3.2.1. Таблица 3.2.1. Полнота выщелачивания Ga, V, Fe и Al в серной кислоте |Темпе-|NaCl,|Ga |V |Fe |Al | |ратура|г/л | | | | | |, (C | | | | | | | | |m, мг |(, %|m, мг |(, % |m, г |(, %|m, г |(, %| |55 |- |0,09(0,|6,1 |0,81(0,1|4,6 |0,66(0,0|36,8|0,78(0,0|17,7| | | |02 | |1 | |2 | |5 | | |70 |- |0,14(0,|9,6 |1,09(0,1|6,2 |0,85(0,0|47,2|0,89(0,0|20,2| | | |04 | |5 | |3 | |6 | | |90 |- |0,23(0,|16,3|1,06(0,1|6,0 |1,09(0,0|60,4|1,04(0,0|23,6| | | |06 | |5 | |4 | |6 | | |85 |5 |0,37(0,|25,6|1,02(0,1|5,8 |1,28(0,0|71,1|1,03(0,0|23,4| | | |10 | |4 | |5 | |6 | | |85 |50 |0,35(0,|24,0|1,23(0,1|7,0 |1,44(0,0|79,8|0,92(0,0|20,8| | | |10 | |7 | |5 | |6 | | Статистическая обработка результатов в приложении 2. Из таблицы 3.2.1. видно, что кислотное выщелачивание не приводит к эффективному извлечению галлия и ванадия из золы-уноса ТЭЦ. Повышение температуры и введение добавки NaCl увеличивает извлечение галлия в 2,7 и 4 раза соответственно. Но полнота извлечения галлия недостаточна. Можно отметить значительную степень извлечения железа серной кислотой, которая при температуре 80(C и в присутствии NaCl концентрацией 50 г/л достигает 79,8%, что может быть использовано при разработке технологической схемы комплексной переработки золы. 3.2.2. Исследование эффективности выщелачивания галлия, ванадия, железа и алюминия щелочными растворами с добавкой NaCl Обработка обескремненной золы в щелочной среде проводилась в условиях: . концентрация щелочи 200 г/л; . температура 80(C; . время обработки 2 ч; . Т:Ж=1:5 (40 г золы и 200 мл щелочи). Полученные данные приведены в таблице 3.2.2. Таблица 3.2.2. Извлечение Ga, V, Fe и Al при щелочной обработке |NaCl, |Ga |V |Fe |Al | |г/л | | | | | | |m, мг |(, % |m, мг |(, % |m, мг |(, % |m, мг |(, % | |- |0,81(0,0|56,3 |2,1(0,4 |12,1 |23,4(1,0|1,3 |339(11 |7,7 | | |9 | | | | | | | | |5 |0,79(0,0|55,1 |1,2(0,2 |7,0 |12,4(0,5|0,7 |66(2 |1,5 | | |9 | | | | | | | | |50 |0,80(0,0|56,0 |1,8(0,3 |10,2 |7,9(0,3 |0,4 |53(2 |1,2 | | |9 | | | | | | | | Статистическая обработка результатов в приложении 3. Из таблицы 3.2.2. следует, что при обработке щелочью железо и алюминий выщелачиваются незначительно; ванадий выщелачивается на 12%, что в 2 раза больше, чем в кислоте, но также недостаточно. Довольно эффективно в щелочной среде переходит в раствор из золы галлий, более чем наполовину. Введение добавки NaCl уменьшает степень извлечения ванадия и алюминия и практически не сказывается на степени извлечения галлия и железа. |
ИНТЕРЕСНОЕ | |||
|