溶劑萃取法回收利用鋁拋光廢酸的研究

郭曉彬

（銅陵化學工業集團有限公司，安徽 銅陵 244021）

0 引言

鋁和鋁合金制品被廣泛應用，通過加入磷酸、硫酸、硝酸3種酸液混合而成的拋光液浸蝕鋁或鋁合金工件，獲得光亮或鏡面表面的工件，稱為三酸化學拋光［1］。拋光酸多次使用后，鋁在其中不斷地累積，使得拋光酸失效。針對鋁拋光廢酸，傳統處理方法是加石灰等藥劑對其進行中和處理，將鋁拋光廢酸中磷酸、硫酸以鹽的形式沉淀出來。這不僅造成資源浪費，而且產生大量含磷污泥，因此，對鋁拋光廢酸進行資源化利用是發展趨勢。日本專利［2］提供了一種鋁拋光廢酸的回收處理方法，即向鋁拋光廢酸中加入氟化鈉、氫氟酸形成冰晶石分離出來，這種方法需加入大量氟化物，成本較高，且產生的冰晶石呈膠狀，分離麻煩。近年來隨著技術進步，中和法、溶劑萃取法、膜分離法、再生法、蒸餾法等技術［3］得到發展。

筆者采用溶劑萃取法對鋁拋光廢酸進行了一系列實驗研究，并詳細探索其作為濕法磷酸凈化原料酸應用的可行性。

1 溶劑萃取法回收鋁拋光廢酸的實驗研究

1.1 試劑及儀器

試劑：萃取劑，磷酸三丁酯，洛陽市奧達有限責任公司；濕法磷酸，安徽六國化工股份有限公司；鋁拋光廢酸（來自某廠不同批次），一般為稀酸，主要成分為磷酸、硫酸和鋁離子，原拋光酸中硝酸量較少，且其在拋光過程中大部分被消耗，廢酸中w（硝酸）不足0.1%，萃取實驗時不考慮。

儀器：數顯恒溫水浴鍋（HH型）、數顯電動攪拌器（JS-1型），常州國宇儀器制造有限公司。

1.2 溶劑萃取實驗方法

單級萃取實驗：鋁拋光廢酸與萃取劑按照體積比1 ∶4在50 ℃恒溫水浴中進行混合攪拌萃取，攪拌時間為30 min，攪拌轉速為200 ～300 r/min；萃取完成后，靜置分層，分離出上層萃取劑，加入1/5體積純水，在60 ℃恒溫水浴、攪拌時間為30 min、攪拌轉速為200 ～300 r/min 條件下進行反萃取，然后靜置分層，分離下層酸即得到反萃酸。

兩級萃取實驗：第一級萃取與單級萃取實驗條件一致；第二級萃取采用第一級反萃所得萃取劑，對萃余液再萃取一次，然后加水反萃，收集所得反萃酸。

四級萃取實驗：與兩級萃取條件一致，重復萃取4次，收集反萃酸進行分析。

1.3 鋁拋光廢酸質量濃度對萃取效果的影響

為研究鋁拋光廢酸質量濃度對萃取效果的影響，分別采用稀酸和濃縮酸進行單級萃取實驗，以反萃酸中的H3PO4萃取收率、H2SO4萃取收率和鋁離子去除率來衡量萃取效果，結果見表1。

表1 鋁拋光廢酸質量濃度對萃取效果的影響 %

由表1 可知，采用稀酸單級萃取時，H3PO4、H2SO4的萃取收率分別為27.8%和16.8%；稀酸經真空濃縮制得濃酸后，在相同條件下進行單級萃取時，H3PO4、H2SO4的萃取收率分別為34.8%和27.9%，分別提高了7.0和11.1個百分點，即酸濃度對萃取有較大影響，H3PO4和H2SO4的萃取收率隨酸濃度提高而顯著增加。鋁離子去除率體現萃取分離效果，酸濃度提高后，鋁離子去除率有所降低，從97.1%降低至93.6%，主要是酸黏度隨濃度提高，影響了萃取劑和酸兩相分離效果。

1.4 萃取級數對萃取效果的影響

以鋁拋光廢酸濃縮酸為對象，研究了萃取級數對萃取效果的影響，結果見表2。由表2 可知，單級萃取、兩級萃取、四級萃取H3PO4的萃取收率分別為32.39%、42.32%、60.57%，H2SO4的萃取收率分別為29.59%、47.01%、61.66%。H3PO4和H2SO4萃取收率隨萃取級數增加而逐步提高，鋁離子去除率受萃取級數影響較小。

表2 萃取級數對萃取效果的影響 %

2 鋁拋光廢酸在濕法磷酸凈化裝置中的應用

為了研究鋁拋光廢酸在濕法磷酸凈化裝置的適用性，將鋁拋光廢酸與濕法磷酸在濕法磷酸凈化裝置中進行單級萃取實驗，結果見表3。第1 組原料酸為鋁拋光廢酸，w（P2O5）31.28%，w（SO42-）36%，w（Al3+）3.26%，w（Fe2O3）0.14%；第2 組原料酸為濕法磷酸，w（P2O5）41.83%，w（SO42-）3.18%，w（Al3+）1.02%；第3組原料酸為濕法磷酸與鋁拋光廢酸按照體積比9 ∶1混合所得。

表3 單級萃取時反萃酸指標 %

由表3可以看出，對鋁拋光廢酸進行單級萃取時，反萃酸中硫酸根含量較高，w（SO42-）高達18.42%，w（Al3+）為0.556%，萃取對鋁離子的去除率為93%，反萃酸為磷酸和硫酸二元混合酸，用途受限。

將濕法磷酸與鋁拋光廢酸按照體積比9 ∶1 混合后進行單級萃取，所得反萃酸與濕法磷酸為原料所得反萃酸相比，w（SO42-） 從0.446%升至0.718%，硫酸根含量略有升高；原料酸中w（Al3+）雖然增加，但反萃酸中Al3+含量降低，主要是由于鋁拋光廢酸雜質較濕法磷酸少，摻入濕法磷酸后，萃取時更易分相；H3PO4萃取收率由31.17%變為31.11%，無明顯變化。鋁拋光廢酸少部分替代濕法磷酸，作為磷酸凈化原料酸使用，不影響萃取收率。

3 結論和建議

鋁拋光廢酸由于硫酸含量高，單獨萃取時得到磷酸和硫酸的二元混合酸，萃取收率隨鋁拋光廢酸濃度增大和萃取級數增加而逐步提高。在濕法磷酸凈化生產工業磷酸的流程中，少量鋁拋光廢酸與濕法磷酸混合后作磷酸凈化的原料酸，雖然會使磷酸凈化所得的反萃酸中硫酸根含量有所升高，但可通過增加萃取級數和洗滌過程消除其帶來的影響，生產符合要求的工業磷酸。鋁拋光廢酸作為濕法磷酸凈化原料酸使用，不但實現資源的充分利用，還能減輕環保壓力，符合循環經濟的原則。