рефераты бесплатно
 

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.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5


ИНТЕРЕСНОЕ



© 2009 Все права защищены.