倫熾榮
在對硅藻土用堿浸法進行處理時要用到大量氫氧化鈉溶液,處理硅藻土后的溶液剩余大量氫氧化鈉和多種雜質。本文探討了對氫氧化鈉溶液的提純、循環利用的方法及工藝,以達到保護環境和節省成本的目的。
硅藻土在我國的儲存量約有20億噸,因其應用廣泛,需求量大而被大量開采,但原土礦中含有較多雜質不能直接被利用。利用堿浸離心法能有效去除雜質,還能適量增大硅藻孔徑,從而增強其吸附陛能。在對硅藻土進行堿浸的過程中,所需要的氫氧化鈉溶液的量大,處理后剩余的廢堿液中堿度較大,若只使用一次就處理排放會造成不必要的浪費和增加成本,且廢液不易處理,容易造成環境污染。由此看來對氫氧化鈉的循環利用十分有必要。本文探討了對氫氧化鈉溶液的循環利用的方法及工藝,從而達到節省成本,保護環境的目的。本實驗使用的硅藻土原土礦為長白山硅藻土。
1 實驗設計
1.1廢堿液的成分分析
將長白山硅藻土進行研磨粉碎,取20g硅藻土,加入60g質量分數為5%的NaOH溶液,在固液比為1:3,水浴加熱100℃的條件下,混合處理3h,得到固液混合物,用濾紙進行兩次重復過濾。
硅藻土的主要成分為SiO2,含有少量的Al2O3、Fe2O3、Ca0、MgO、K2O、Na2O、P2O5和有機質,其中主要成分SiO2占80.31%,經過濾后的硅藻土廢堿液呈深褐色,味臭,Si02與NaOH溶液反應后,溶液的主要成分有Na2SiO3和NaOH。因此廢堿液中可能有Fe3+,還含有未知的有色物質和有刺激性氣味物質。
1.2實驗假設
1.2 1實驗一:利用吸附劑對廢堿液進行除色除味。廢堿液中的NaOH屬于化學活性物質,想除去諸多雜質,不能使用酸性試劑造成堿度損失,本實驗經過篩選選出以下吸附劑:活性炭、輕質碳酸鈣和堿式氯化鋁。
1.2.2實驗二:探究廢堿液中的雜質對堿浸硅藻土的影響。廢堿液中含有大量的OH-,由此猜想不除雜的廢堿液是否可以直接用于堿浸硅藻土。本實驗采用控制變量法,通過將廢堿液中的NaOH含量調至5%,探究廢堿液中的雜質對堿浸硅藻土效果的影響。假若利用廢堿液堿浸的效果與用5%NaOH溶液的堿浸效果相差不大,則說明廢堿液可在不除雜的條件再次對硅藻土進行堿浸,這樣可以節省大量NaOH溶液,從而降低成本。
1.2.3實驗三:用加熱蒸干的方法提純堿液。假設實驗二中廢堿液雜質對廢堿液堿浸的效果造成較大影響,本實驗猜想是SiO32-。對廢堿液堿浸的效果造成較大影響,并通過加熱蒸干的方法除去SiO32-,探究是否是SiO32-。對廢堿液堿浸的效果造成較大影響。
SiO32-。在水中會發生水解反應,加熱可促進SiO32-水解,生成H2SiO3和NaOH,而H2SiO3在加熱條件下會發生分解反應,生成SiO2和水,所以蒸干后的固體中應含有SiO2和NaOH。SiO2固體不溶于水也鹽酸,能與氫氟酸和NaOH溶液反應。將得到的固體研磨成粉末,加水溶解并快速過濾,可獲得不含有SiO32-的堿液。
將新制的堿液調至pH=14,對硅藻土進行堿浸,若堿浸的效果與用5%NaOH溶液的堿浸效果相差不大,則說明是SiO32-對廢堿液堿浸的效果造成較大影響,且加熱蒸干法可實現堿液的循環利用。
2 探究過程
2.1檢驗廢堿液的成分
2.1.1檢驗Fe3+:取少量廢堿液于試管中,加適量水至溶液淺褐色,加入3滴KSCN溶液,溶液不變紅色,說明溶液中無Fe3+。
2.1.2檢驗Si032-:取少量廢堿液于試管中,加入適量飽和氯化銨溶液,溶液中出現白色沉淀,則證明溶液中有Si032-。
2.2實驗一:利用吸附劑對廢堿液進行除色除味
取顆粒直徑約為2mm的活性炭、輕質碳酸鈣、堿式氯化鋁作為吸附劑,稱3份200g廢堿液于燒杯中,分別加入50g活性炭顆粒、10g輕質碳酸鈣和1g堿式氯化鋁的混合固體,攪拌0.5h,靜置過濾后進行觀察與稱量。
2.3實驗二:探究廢堿液中的雜質對堿浸硅藻土的影響
往廢堿液中加入NaOH固體,將廢堿液的NaOH質量分數調至為5%,取20g硅藻土,加入60gNaOH質量分數為5%的廢堿液,在固液比為1:3,水浴加熱100℃的條件下,混合處理3h,得到固液混合物,用濾紙進行兩次重復過濾。得到的硅藻土顏色較深,接近黑色,粘性強,易結塊,對后面的分散、離心操作帶來較大的不良影響,最終在離心后的幾乎得不到產物。
2.4實驗三:用加熱蒸干的方法提純堿液
取200g廢堿液于蒸發皿中,加熱蒸干,獲得7.4g淡黃色固體,研磨成粉末后,溶于100g水,溶液呈淡黃色,液面有較多白色固體顆粒漂浮,過濾獲得淺黃色濾液和白色固體。取少量固體于試管中,加入足量鹽酸,固體不溶解。再取少量固體于試管中,加入足量氫氟酸,固體溶解,說明白色固體為SiO2。
濾液呈淺黃色,用pH計測得濾液的pH=10.g。往濾液中加入NaOH固體,將濾液的NaOH質量分數調至為5%,取20g硅藻土,加入60gNaOH質量分數為5%的廢堿液,在固液比為1:3,水浴加熱100℃的條件下,混合處理3h,得到固液混合物,用濾紙進行兩次重復過濾。得到的硅藻土與用質量分數為5%的NaOH溶液處理的產物顏色與質量相差不大,經過分散、離心后得到的產物純度與質量與用質量分數為5%的NaOH溶液處理的產物相差不大。
3 結論
3.1從表1可得出活性炭,輕質碳酸鈣和堿式氯化鋁對除色除味有一定效果。
3.2實驗二說明廢堿液在不除雜的情況下堿浸硅藻土的效果較差,廢堿液不可直接用于堿浸。
3.3實驗三說明,廢堿液中的SiO32-雜質對廢堿液堿浸的效果造成較大影響。通過加熱蒸干法可以將廢堿液重新利用,并得到副產品SiO2。