實驗探究鋁渣的再利用

陳正泰

循環經濟

“循環經濟”一詞是美國經濟學家波爾丁在20世紀60年代提出生態經濟理論時談到的。波爾丁受當時發射的宇宙飛船的啟發，進而分析地球經濟的發展，他認為飛船是一個孤立無援、與世隔絕的獨立系統，靠不斷消耗自身資源存在，最終它將因資源耗盡而毀滅。惟一使之延長壽命的方法就是要實現飛船內的資源循環，盡可能少地排出廢物。同理，地球經濟系統如同一艘寧宙飛船，盡管地球資源系統大得多，地球壽命也長得多，但是也只有實現對資源循環利用的循環經濟，地球才能得以長存。

學習了化學必修2中《化學與自然資源的開發利用》一章后，我們湖北省實驗中學的同學們利用課余時間開始討論并關注金屬廢品的循環利用問題?；瘜W科韓高義老師依據中學生綠色化學及綜合利用環境中廢氣、廢渣等課程的要求，建議同學們查閱資料，參與社會實踐，利用企業產生的余料進行資源化利用。這一提議大大地激起了我們利用已學知識開展循環經濟專題研究的興趣。在這項活動中，我特地選擇了鋁型材這個小類開展實驗。本文是我的實驗報告，希望得到大家的指導。

以鋁型材表面處理廢鋁渣制備聚合氯化鋁（PAC）的方法，所制聚合氯化鋁可用于工業廢水處理等，將工業廢品進行資源化利用，變廢為寶， 是循環經濟的一個重要表現，也處理資源短缺，變廢為寶中的一個很好的例子。

本次實驗主要用鹽酸處理鋁工業廢渣制備聚合氯化鋁的方法研究與探討，我的理論依據和參照實驗范本是：

絮凝法凈化水是最古老的固液分離方法之一，由于其適用性廣、工藝簡單、處理成本低等特點，絮凝法目前仍廣泛應用于飲用水、生活污水和工業廢水處理中。聚合氯化鋁是一種優良的無機高分子絮凝劑，使用時具有絮體形成快、沉淀性能好，水中堿度消耗少，特別是對水溫、pH、濁度和有機物含量變化適應性強等優點。我國從上世紀70年代開始，已對聚合氯化鋁進行了研發，近年來隨著實驗室研究的深入，工業生產得到了快速的發展。

[實驗部分] 選用了廢鋁泥鋁渣與鹽酸直接反應，加上適度的穩定劑進行化合，具體情況如下：

1. 實驗原理及化學反應式 鋁泥加鹽酸反應生成中間產物三氯化鋁，通過控制pH，聚合生成產品聚合氯化鋁。反應如下：

[Al（OH）3+3HCl=AlCl3+3H2O→[Al2（OH）nCl6-n]m]

2. 尋找原料 原料取用某鋁業公司的廢鋁渣，為白色的塊狀物，因在露天下，微濕。

3. 原料處理 ①取一定量的濕渣，在烘箱中100℃條件下烘2小時；②用含量為30%的鹽酸將干渣進行溶解化合；③請化學老師利用儀器進行檢測，測定溶解液中鋁的含量，測定結果為干渣中鋁含量的23%——實驗物品鋁含量符合生產聚合氯化鋁條件。

4. 聚合氯化鋁的合成 ①將100mL上一步所制得的三氯化鋁加入反應器（250mL玻璃燒杯）中，加熱至100℃，并且不斷攪拌；②連續緩慢地加入堿化劑氫氧化鈣，繼續攪拌；③反應一定時間，真空過濾；④濾液加入少量檸檬酸作為穩定劑，放在恒溫水浴鍋中熟化一定時間，得到液體聚合氯化鋁液體產品。

[實驗思考] 通過觀察，我掌握了一些數據，現記錄如下。

1. 廢鋁渣最優溶解條件 取10g的廢鋁渣， 加入適量的水潤濕后，分別加入實際加入量與理論加入量比為0.8、0.9、1.0、1.1和1.2的鹽酸溶解，在恒溫磁力攪拌器于100℃下攪拌15分鐘，反應后對液體氯化鋁產品中的鋁含量進行測定，實驗結果表明了鹽酸加入量與鋁的浸出率之間的關系，在鹽酸實際加入量與理論加入量之比為0.8和0.9時，鋁的浸出率分別為79.79%和86.50%，表明鹽酸加入量不足，反應不完全，使鋁的浸出率較低；在鹽酸實際加入量與理論加入量之比大于1時，即過量酸的加入，鋁的浸出率沒有明顯提高，都接近于90%。但是過量酸的加入會導致廢鋁渣溶解液的酸度高，使得后續工藝堿化劑的加入量增加，造成浪費。因此實際生產中，鹽酸可用工業鹽酸和工業廢酸代替。

2. 最佳的反應溫度 溫度是影響廢渣酸溶反應速度的重要因素之一，升高溫度有利于提高廢渣中鋁的浸出率，在30℃～110℃的反應溫度范圍內，鋁的浸出率隨溫度的升高而增加。反應的溫度越高，意味著成本越大，為保持有較快的反應速度和較高的浸出率，溫度控制在100℃～110℃比較適宜。

3. 最佳的反應時間 隨著反應時間的增加，鋁的浸出率逐漸升高。當反應時間達到15分鐘之后，鋁的浸出率與時間關系曲線斜率變緩，鋁的浸出率基本上穩定，均達到95%以上，繼續增加反應時間對浸間，使生產的效率提高，綜合考慮浸出率和經濟節能原因，反應時間選擇15分鐘為宜。

4. 水的最佳加入量 水的加入量過少，加熱溶解、冷卻之后，有氯化鋁晶體析出，不能參與后續的聚合反應，造成原料的浪費，需補充一定量的水使其溶解；而水的加入量過多，不僅使反應速度變慢，而且使溶解液中有效成分氯化鋁含量偏低，需濃縮處理。為了使最終液體產品PAC達到工業產品的要求，選擇廢鋁渣與水的質量比為1∶5。

[結論部分]

1. 用鹽酸浸出工業廢渣中的鋁最佳工藝條件： 鹽酸加入量一般以理論加入量，溫度控制在100℃～110℃比較適宜，反應時間選擇15分鐘，廢鋁渣與水的質量比為1∶5，此時鋁的浸出率可達到95%左右。

2. 此工藝不僅可回收利用廢鋁渣，又可省去廢渣處置費用， 為廢鋁渣的綜合利用提供了實用技術，可以響應十八大生態文明建設，發展綠色經濟，變廢為寶，實現循環經濟利用建設。

3. 廢渣與鹽酸反應過程中，溫度的控制與反應時間需要完整的結合。反應完后，應留足聚合過程時間。

[實驗啟示] 在老師的指導下，我參與本次社會實踐活動和試驗，受到很大的啟發和教育。實踐證明，循環利用既解決資源短缺問題，又能解決污染環境問題?？萍季褪巧a力，我們要繼續學好科技知識，用科技技術改變我們的社會和國家，使我們國家更加繁榮富強，用科學知識讓我們的藍天更藍，讓我們賴以生存的地球空氣清新，環境美好。