铝电子膜高磷酸废水的资源化处理

1.前言

高纯铝电子膜广泛应用于电容器、高能电池等行业。铝电子膜生产过程中产生多种强酸性废水，其中含铝废水铝离子浓度可达3000mg/L(简称溶液B)，含磷废水总磷可达15000mg/L(简称溶液PD)，氢离子浓度可达0.3 mol/L ~ 0.5 mol/L，传统的处理工艺是用石灰石中和，但这种方法产生大量多组分混合废渣，难以回收利用。有效回收废水中的资源，不仅可以降低成本，提高效益，还可以有效降低后续污染治理的难度，减少污染物的产生。开展此类废水的资源化处理是循环经济和环境保护的迫切要求。

本研究将B液和PD按比例混合后，用石灰浆作为中和剂，研究反应pH对反应沉淀量的影响，并分析沉淀产物的成分，为铝电子膜生产中的废水处理和资源化利用提供参考。

2.反作用原理

溶液B和PD按一定比例混合后，溶液略高于溶液。加入石灰浆后，氢离子被消耗。当pH值降至约3时，会发生以下反应:

随着pH值的变化，溶液中会发生副反应:

磷酸铝是一种具有良好经济价值的产品，控制反应的pH值是本研究的关键。

3.实验部分

3.1实验试剂和水样

实验所用水样取自贺州某铝电子膜实际废水，具体指标见表1。

试剂:氢氧化钙、氢氧化钠、浓硫酸、盐酸、EDTA、氨水、六亚甲基四胺、NH4F、钼酸铵、磷酸二氢钾、过硫酸钾、酒石酸钾钠四水合物、抗坏血酸均为分析纯。参比氧化锌(99.99%)，二甲基酚橙(指示剂级)。

3.2实验仪器和设备

BR-Z20X X射线衍射仪；WQF-180热重分析仪:WFX-110火焰原子吸收分光光度计。

3.3实验方法

将溶液B和溶液PD按1: 4.5的体积比混合后，取250mL混合溶液，在快速搅拌下加入石灰浆，当反应终点pH分别为3.0、3.5和4.0时过滤，将滤饼烘干，密封检验。

3.4分析方法

用乙炔-空气火焰原子吸收分光光度法测定钙。分析条件为:钙波长422.7nm，灯电流6mA，乙炔流量1.2L/min，空气流量6L/min，燃烧器高度7mm，狭缝0.2 mm，钙的标准曲线范围为0.10～10mg/L

铝离子用化学方法测定。准确称取0.5g样品于100mL烧杯中，加入(1∶1)HCl溶液使其完全溶解，将定量溶液转移至250mL瓶中，加水至刻度，制成待测液，然后用化学法测定铝离子的含量。

总磷测定法测定磷酸根。参照GB/T11893-1989水质总磷的测定钼酸铵分光光度法。

XRD衍射扫描角30° ~ 650°。氮气流速为100毫升/分钟，加热速率为10℃/分钟。

4.结果和讨论

4.1不同pH值下的沉淀质量分析

当反应pH为3.0、3.5和4.0时，沉淀物的质量分别为15.2469克、24.3839克和27.4678克。随着pH值的增加，沉淀质量明显增加。

4.2沉淀XRD分析

如图1所示，通过XRD衍射分析三种沉淀物。

与图1中的标准谱图相比，图中的三个强峰分别出现在2θ = 11.20、27.34和30.64，峰值在11.20较高，其次是30.64和27.34。其他峰的强度顺序也与磷酸铝ASTM#(21-371比较图1与氢氧化钙和氢氧化铝的标准图谱，图1中没有氢氧化钙和氢氧化铝的特征峰。结果表明，当反应终点pH=3.0时，沉淀中磷酸铝的纯度较高。

pH 3.5时沉淀的XRD图如图2所示。与图1相比，图2中11.20处的衍射峰强度减弱，并出现其他衍射峰，与Ca(OH)2 (PDFNO.44-1481)的特征衍射峰相匹配，pH 4.0时沉淀物的XRD衍射图谱如图3所示，分别为21.05、36.95和40.36。

4.3沉淀成分分析

表2中显示了在三个不同pH终点的沉淀物的化学分析。

从表2可以看出，在反应结束时，在pH 3.0的沉淀物中没有检测到Ca2+，并且Al3+和PO43-的量几乎相等。结果与上述XRD分析结果非常一致(见图1)。另外，总质量中有0.1453mol的水，说明沉淀中的磷酸铝至少有一个结晶水。

当反应结束时的pH值为3.5时，在沉淀物中检测到Ca2+。当反应终点pH=4.0时，沉淀中Ca2+的含量明显增加，PO43-的摩尔数小于Al3+和Ca2+的摩尔数之和，表明部分Al3+以Al(OH)3的形式沉淀。溶度积的计算表明，当溶液的pH值大于3.0时，Al3+开始水解生成Al(OH)3。当pH值接近4.0时，会产生Ca3(PO4)2。因此，当pH=4.0时，沉淀小于和之和。与XRD衍射图中Al(OH)3和Ca3(PO4)2的峰一致(图3)。

4.4热重分析

对当反应溶液的pH值为3.0和4.0时获得的沉淀物进行热重分析，结果显示在图4和5中。

从图4的TG曲线可以看出，失重开始于100℃，结束于190℃左右，此时磷酸铝的结合水被除去。200℃ ~ 900℃基本没有失重，说明沉淀成分单一，不含Al(OH)3、Ca(OH)2等物质。

图5中的TG曲线表明，快速失重开始于70℃。70℃ ~ 200℃是第一快速失重区，应该是降水中结合水的去除，400℃ ~ 450℃是第二明显失重区。文献表明，氢氧化铝在310℃ ~ 540℃范围内有明显的脱水峰，在540℃ ~ 1100℃范围内有缓慢失重区。图5的TG曲线与文献基本一致。在500 ~ 600℃之间有一个缓慢失重区，可能有Ca(OH)2。因为它的分解温度是550℃ ~ 580℃。图5中TG曲线的变化趋势与pH=4.0时沉淀组分的复杂分析结果一致。

5.结论

实验结果表明，在含Al3+和PO43-的强酸性铝电子薄膜生产废水中加入石灰浆，可在pH=3.0时生成高纯度的磷酸铝沉淀，产量达到50.4 g/L。由于磷酸铝的单价较高，该方法不仅可回收部分有价值的沉淀，还可大大减少后续多组分混合废渣的产生量，具有明显的经济效益前景和良好的环境意义。(来源:广西防城港科技信息研究所、贺州正泽环保科技有限公司)

免责声明：本网站内容来源网络，转载是出于传递更多信息之目的，并不意味赞成其观点或证实其内容真实性。转载稿涉及版权等问题，请立即联系网站编辑，我们会予以更改或删除相关文章，保证您的权利。
标签:  铝电子膜高磷酸性废水资源化处理