固废磷化渣资源化的研究

论文摘要

磷化作为金属表面处理技术的一种被广泛应用,在化工、冶金、汽车、航天航空、船舶等领域都有着广泛的应用。然而磷化过程中必然会产生以磷酸铁和磷酸锌为主要成分的固体废弃物磷化渣,如果任意排放固废磷化渣势必将对环境造成二次污染。所以对固废磷化渣资源化的研究具有极其重要的意义。从白色固废磷化渣中提取及其有价值的磷、铁物质并使其转化为经济价值和社会效益都比较高的产品。本文开发以白色固废磷化渣与烧碱处理,提取其中具有价值的磷、铁资源并对其进行综合利用的新工艺。通过对湖南某公司的白色固废磷化渣的成分进行化学分析得出,其中的主要离子PO43-、Fe3+、Zn2+的质量分数分别为51.8%、27.5%和2.35%,以磷酸铁和磷酸锌为主要的形式存在于白色固废磷化渣中。本文以制备十二水磷酸钠,并在此基础上进一步研究合成纳米羟基磷灰石（HAP）和磷酸,从而对白色固废磷化渣的资源化进行研究。十二水磷酸钠的制备:本实验配制质量分数为30%的NaOH溶液,并且在110°C和搅拌的条件下,以磷化渣与烧碱的质量比为1.25:1将NaOH溶液缓慢加到磷化渣中反应2h后,加入适量的水来严格控制pH为1011后,继续反应0.5h,此时固废磷化渣中PO43-提取率达91.45%。反应后过滤得Na3PO4溶液,蒸发、结晶、过滤后得到十二水磷酸钠晶体,且其质量分数高达98.55%;纳米羟基磷灰石的制备:在搅拌和有超声波辅助的条件下,采用化学沉淀法将上述中的Na3PO4溶液缓慢滴加到饱和的Ca（OH）2溶液中反应获得纳米HAP,并且使用红外吸收光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）以及扫描电镜（SEM）对纳米HAP粉末进行表征分析。分析结果表明,在常温和有超声波辅助的条件下,控制Na3PO4溶液的滴加速度为0.3mL/min,然后使用无水乙醇来洗涤沉淀物,可获得质量分数高达99.5%、粒径50nm左右、高结晶度以及高分散性的纳米HAP粉末产品。磷酸的制备:在常温和搅拌的条件下,将上述中的Na3PO4溶液缓慢加入到Ca（OH）2溶液中反应制备出HAP,再将HAP与硫酸反应制备出磷酸。实验结果表明:当反应时间为2.5h,酸过量系数1.02,液固比2.5:1以及反应温度75±3℃,从磷酸钠溶液到磷酸反应的过程中,磷酸根的转化率可达96.87%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 磷化处理技术的基本原理
• 1.3 国内外磷化处理技术的发展趋势
• 1.4 固废磷化渣形成理论
• 1.5 影响固废磷化渣量的因素
• 1.6 国内外固废磷化渣的研究现状
• 1.6.1 利用磷化渣配制磷化液和含锈的转化液
• 1.6.2 固废磷化渣与烧碱反应制备磷酸钠
• 1.6.3 固废磷化渣与磷酸、碱反应制备磷酸二氢锌、磷酸钠、氧化铁
• 1.6.4 采用石灰法制备磷酸盐颜料
• 1.6.5 采用加水加热的方法制备羟基磷酸铁盐
• 1.6.6 采用石灰法制备磷酸
• 1.6.7 其他回收固废磷化渣中的资源
• 1.7 课题的来源及研究的意义
• 1.8 课题研究的内容
• 1.8.1 十二水磷酸钠的制备
• 1.8.2 纳米羟基磷灰石的制备
• 1.8.3 磷酸的制备
• 第2章 碱法制备磷酸钠
• 2.1 基本原理
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 实验原料与试剂
• 2.2.3 分析方法
• 2.2.4 工艺流程
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 碱法制备磷酸钠温度的确定
• 2.3.2 碱法制备磷酸钠NaOH 浓度的确定
• 2.3.3 碱法制备磷酸钠反应时间的确定
• 2.4 磷酸钠的纯度分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 固废磷化渣石灰法制备磷酸
• 3.1 基本原理
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验仪器
• 3.2.2 实验原料与试剂
• 3.2.3 分析方法
• 3.2.4 工艺流程
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 磷酸三钠制备羟基磷灰石的XRD 分析
• 3.3.2 反应时间对磷转化率的影响
• 3.3.3 反应液固比对磷转化率的影响
• 3.3.4 酸过量系数对磷转化率的影响
• 3.3.5 反应温度对磷转化率的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 氢氧化钙—磷酸钠体系沉淀法合成纳米羟基磷灰石
• 4.1 基本原理
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器
• 4.2.2 实验原料与试剂
• 4.2.3 分析方法
• 4.2.4 工艺流程
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 HAP 粉体的FT-IR 分析
• 4.3.2 HAP 粉体的XRD 分析
• 4.3.3 HAP 粉体的SEM 分析
• 4.3.4 洗涤方法对HAP 粉体分散状态以及粒径的影响
• 4.3.5 超声波对合成HAP 的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.1.1 固废磷化渣采用碱法制备十二水磷酸钠晶体的主要结论
• 5.1.2 固废磷化渣采用石灰法制备磷酸的主要结论
• 5.1.3 固废磷化渣制备纳米HAP 的主要结论
• 5.2 本课题的创新点
• 5.3 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文