粉煤灰對鍍錫液中金屬離子的吸附研究

孔　喜，　孫　杰，　楊景偉，　韓白露

(1.沈陽理工大學 環境與化學工程學院，遼寧 沈陽　110159;　2.沈陽黎明航空發動機(集團)公司 熱表處理廠，遼寧 沈陽　110043)

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粉煤灰對鍍錫液中金屬離子的吸附研究

孔喜1，孫杰1，楊景偉2，韓白露1

(1.沈陽理工大學 環境與化學工程學院，遼寧 沈陽110159;2.沈陽黎明航空發動機(集團)公司 熱表處理廠，遼寧 沈陽110043)

摘要：在鍍錫液中，經常由于有雜質鐵離子的存在而使鍍液的效能下降。使用粉煤灰作為吸附劑，研究了粉煤灰對含有Fe2+、Sn2+溶液中的金屬離子的吸附規律。實驗使用鄰菲羅啉吸光光度法對鍍錫液中的Fe2+進行了測定，使用碘量法對Sn2+進行標定。研究結果表明，10g/L粉煤灰，粒徑為33～55μm，θ為50℃時對Sn2+的吸附量最小，對Fe2+的吸附量接近最大值。

關鍵詞:粉煤灰; 鍍錫液; 鐵離子吸附

引　言

鋼帶在酸性鍍錫的連續生產中，由于酸性鍍錫液及前處理的酸洗液對鋼帶基體的腐蝕作用，從而產生Fe2+，該Fe2+在鍍錫液中積累，導致鍍錫層性能降低。同時，由于鍍錫液中Fe2+的存在，對錫泥形成具有催化加速作用[1]。電鍍液中Fe2+與Sn2+競爭電鍍液中的溶解氧，從而導致Fe3+的產生，Fe3+與Sn2+反應，形成Sn4+時，Fe2+再次產生，形成一個氧化一個還原的循環過程，造成鍍液渾濁，鍍液性能降低[2]。因此，如何去除鍍錫液中的Fe2+雜質，就成為一個亟待解決的問題。

一般而言，去除溶液中鐵離子的工藝主要有以下幾種：絡合沉淀法、吸附法、鐵氧體法、離子交換法或生物法等。曹立新等[3]采用三乙四胺六乙酸(TTHA)作為添加劑消除鍍錫液中鐵雜質的影響。黃鳳妹[4]采用二甲基肼、15%磷酸液和二硫化碳3種藥品于一定條件下反應，制得了螯合絡合沉淀劑。梁文艷[5]利用沉淀法去除活性炭生產過程中產生的含鐵廢水。袁俊紅[6]使用ISX離子交換絮凝劑對亞鐵離子進行去除。

本文嘗試使用在鍍錫溶液中添加粉煤灰的方法，研究粉煤灰對溶液中的Fe2+吸附作用，討論在最佳吸附條件下粉煤灰對亞鐵離子和亞錫離子的吸附性能。

1　實　驗

1.1實驗材料及流程

1.1.1實驗材料

實驗所用材料為某火力發電廠產生的粉煤灰。粉煤灰掃描電鏡(SEM)照片如圖1所示。由圖1可以看出，粉煤灰形貌主要由球狀顆粒、棒狀顆粒以及不規則塊狀顆粒組成。

圖1　粉煤灰SEM照片

1.1.2實驗流程

粉煤灰吸附鍍錫溶液中的Fe2+和Sn2+離子實驗工藝流程為：

分樣→配置標準溶液→繪制標準曲線→配制測試離子溶液→粉煤灰對測試離子的吸附實驗→測試→分析。

1.2檢測方法

1.2.1鐵鹽溶液檢測

利用鄰菲羅啉吸光光度法測得鐵鹽溶液的吸光度數值擬合的吸光度與濃度方程為：

A=-0.00271+0.18229c，R=0.99974

式中A為吸光度；c為鐵鹽溶液濃度。

吸附率計算公式：

式中Ar為吸附率；c0為初始濃度值；c為粉煤灰吸附后的濃度值。

1.2.2錫鹽溶液檢測

采用碘量法對錫鹽溶液中錫濃度進行測定，以1%淀粉溶液為指示劑。

2　結果與討論

2.1粉煤灰對Fe2+吸附的影響

圖2為粉煤灰粒徑、投加量和溫度對Fe2+離子的吸附規律。

圖2　粉煤灰投加量、粒徑和溫度對Fe2+吸附率的影響

由圖2(a)可知，隨著粉煤灰投灰量增加，粉煤灰對Fe2+的吸附總量隨之增加，當在100mL溶液中投1.6g粉煤灰(即質量濃度為16g/L)時吸附率高達98%以上。由于過量的粉煤灰會導致在溶液中分離困難，因此粉煤灰用量不宜太多[7]。由圖2(b)可知，隨著粉煤灰粒徑的增加，對Fe2+吸附率先增加后減小，粒徑在82～33μm時的吸附率為98.53%，比其他粒徑的吸附率高。由圖2(c)可知，不同溫度下粉煤灰對Fe2+的吸附率變化不大，吸附率都達到98%以上。溶液中剩余Fe2+的質量濃度隨溫度升高，先升高后降低再升高，當θ為30℃時，粉煤灰吸附率最高，溶液中剩余Fe2+離子質量濃度最低，因此可選30℃作為粉煤灰的最佳吸附溫度。吸附本身是一個放熱過程，所以溫度過高不利于粉煤灰的吸附過程。溫度對吸附過程主要有兩個影響，Fe2+離子由溶液相向顆粒表面的擴散速率隨著溫度的增加而加快；另外顆粒的平衡吸附容量隨著溫度的改變而改變[8]。

2.2粉煤灰對Sn2+吸附的影響

圖3為粉煤灰粒徑、投加量和溫度對Sn2+離子的吸附規律。

圖3　粉煤灰投加量、粒徑和溫度對Sn2+吸附率的影響

由圖3(a)可知，隨著粉煤灰投灰量的增加，Sn2+吸附率呈逐漸增加的趨勢。當投灰量較少時，Sn2+離子吸附率也較小，當投灰質量濃度為10g/L時，粉煤灰對錫鹽溶液中Sn2+離子吸附率最低，僅為24.02%。由圖3(b)可知，隨著粉煤灰粒徑的減小，粉煤灰對錫鹽溶液中Sn2+的吸附率呈先增加后降低再增加的趨勢，當粒徑從82μm減小到33μm時，吸附率出現明顯降低。當粉煤灰粒徑在33～55μm時，粉煤灰對錫鹽溶液中Sn2+離子的吸附率達到最小，為30.01%。由圖3(c)可知，隨著溫度的升高，粉煤灰對錫鹽溶液中Sn2+離子的吸附率呈先下降后上升再下降的趨勢。而當θ由40℃升高到50℃時，粉煤灰對錫鹽溶液中Sn2+離子的吸附率出現明顯下降，當θ達到50℃時，吸附率達到最低，為22.91%。吸附本身是一個放熱過程，所以溫度過高不利于粉煤灰的吸附過程。

2.3粉煤灰對混合離子共同存在時吸附的影響

粉煤灰對Fe2+的最佳吸附條件為：16g/L粉煤灰，粒徑33～82μm，θ為30℃。在該條件下粉煤灰對Fe2+和Sn2+的混合溶液進行吸附。實驗配制含Sn2+溶液，采用質量濃度為26.74g/L SnSO4溶液，Sn2+離子質量濃度為14.79g/L，Fe2+質量濃度為20mg/L，吸附后溶液中Fe2+和Sn2+的質量濃度以及吸附率如表1所示。

表1離子濃度與吸附率

ρ(Fe2+)/(mg·L-1)Fe2+吸附率/%ρ(Sn2+)/(g·L-1)Sn2+吸附率/%12.3938.0512.2916.90

粉煤灰對Sn2+的最差吸附條件為：10g/L粉煤灰，粒徑33～55μm，θ為50℃。在該條件下粉煤灰對Fe2+和Sn2+的混合溶液進行吸附。實驗配制含Sn2+溶液，采用質量濃度為26.74g/L SnSO4溶液，Sn2+質量濃度為14.79g/L，Fe2+質量濃度為20mg/L。吸附后溶液中Fe2+和Sn2+的質量濃度以及吸附率如表2所示。

表2離子濃度與吸附率

ρ(Fe2+)/(mg·L-1)Fe2+吸附率/%ρ(Sn2+)/(g·L-1)Sn2+吸附率/%12.9435.3013.459.06

在不含Sn2+的吸附實驗中，當條件為粉煤灰對Fe2+的最佳吸附條件時，對Fe2+的吸附率達到98%，而在含有Sn2+溶液時Fe2+吸附率卻只能達到38.05%；在不含Sn2+的吸附實驗中，當條件為粉煤灰對Sn2+的最佳吸附條件時，對Fe2+的吸附率達到98%，而在含有Sn2+溶液時Fe2+吸附率卻只能達到35.3%。說明Sn2+對Fe2+的吸附有很大影響。而在幾種不同的最佳吸附條件下Fe2+的吸附變化率不大，只有2.75%，而Sn2+的吸附率變化相對比較大，達到了7.84%。

3　結　論

通過實驗得到最佳的吸附工藝方法。當粉煤灰質量濃度為10g/L，粒徑為33～55μm，θ為50℃時對同時含有Sn2+、Fe2+溶液時對Fe2+的吸附率達到38.05%，對Sn2+的吸附率為9.06%。

參考文獻

[1]王騰.添加劑和雜質對甲基磺酸鹽酸性鍍錫影響研究[D].沈陽：沈陽理工大學，2010：3-5.

[2]孫杰,安成強,譚勇,等.鍍錫液錫泥中錫的物相分析[J].冶金分析,2012,32(10):56-59

[3]曹立新，韓清瑕，李寧,等.三乙四胺六乙酸消除高速鍍錫液中鐵雜質影響的研究[J].材料保護，2006，39(6)：62-65.

[4]黃鳳妹.螯合絡合劑法去除活性炭生產回收磷酸液中的鐵離子[J].化學工業與工程技術，2011，32(6)：11-13.

[5]梁文艷.活性炭生產廢水治理與回用工藝的研究[D].北京：北京工業大學，2005：56-59.

[6]袁俊紅.工業廢水中若干金屬離子去除方法的研究[D].南京：南京工業大學，2005：60-61.

[7]吳幼權.粉煤灰改性及其吸附性能研究[D].重慶：重慶大學，2006：50-51.

[8]盧俊.粉煤灰改性及改性粉煤灰除氟性能研究[D].呼和浩特：內蒙古工業大學，2009：46-47.

doi：10.3969/j.issn.1001-3849.2016.07.003

收稿日期：2015-12-29修回日期： 2016-02-29

中圖分類號：O647.32

文獻標識碼：A

Study on Adsorption Performance of Metal Ions in Tin Electroplating Bath by Pulverized Fuel Ash

KONG Xi1,SUN Jie1,YANG Jingwei2,HAN Bailu1

(1.School of Environmental and Chemical Engineering,Shengyang Ligong University,Shengyang 110159,China;2.Factory of Surface and Heat Treatment,AVIC Shenyang Liming Aero-engine Group Corporation LTD,Shenyang 110043,China)

Abstract:In tin plating solution,the efficiency of the plating solution will be always decreased because of the existing of iron ions.In this paper,using pulverized fuel ash as the adsorbent,adjacent phenanthroline spectrophotometric method and iodine quantity method were used respectively to measure the adsorption performance of Fe2+and Sn2+existed in the electroplating solution.The results showed that the pulverized fuel ash adsorption capacity of Sn2+reached the minimum and Fe2+almost reached the maximum when ash content was 10g/L,particle size was 33～55μm and the temperature was 50℃.

Keyword:pulverized fuel ash; tin electroplating bath; iron ions adsorption