廢合金刀頭中錫的回收利用工藝研究

徐修冬，孫三洋，張彤，肖晉宜，丁德才

（斯瑞爾環境科技股份有限公司，廣東惠州 516267）

金剛石刀頭具有良好的切削性能，廣泛地應用于礦山開采、石材加工等行業[1]，如對大理石、花崗巖、混凝土及?；u等材料的鋸解、切割、拋光。金剛石刀頭主要由超高硬度的金剛石和合金胎體材料組成，金剛石主要起磨削作用，而胎體材料則牢固把持住金剛石，使其不過早脫落。根據切削介質的不同，合金胎體材料成分差異較大，主要由鐵、銅、鋅、錫等金屬元素組成[2]。在刀頭的使用過程中，刀頭與石材的接觸面不斷地磨損；當磨損到剩下10%～15%時，刀頭就必須報廢，從而產生廢合金刀頭，這會導致大量珍貴金屬資源的浪費。因此，回收利用廢合金刀頭，十分必要。國內在這方面已開展了較多研究，主要集中于回收廢刀頭中的金剛石、銅、鐵等成分[3－5]。錫是人類最早生產和使用的金屬之一，廣泛地應用于馬口鐵、焊料和合金等領域。探討了廢合金刀頭中錫的回收工藝，回收得到的錫泥可供錫產業鏈相關廠家作為原料使用，使珍貴的金屬錫再生出來并循環利用，具備一定的經濟與社會價值。

1 實驗部分

1.1 實驗原料與儀器

1.1.1 實驗原料

廢合金刀頭；工業鹽酸，31%（以HCl 計）；三氯化鐵溶液，13%（以Fe3+計）；還原鐵粉，85%（以單質鐵計）；工業氫氧化鈉，96%；

1.1.2 實驗儀器

恒溫水浴鍋，型號HS－26，上海尚普儀器設備有限公司；

電動攪拌機，型號HD2010W，上海司樂儀器有限公司；

pH 計，型號PHS－3E，上海儀電科學儀器股份有限公司；

循環水真空泵，型號SHZ－D（Ⅲ），上海力辰邦西儀器科技有限公司；

原子吸收分光光度計，型號WFX－200，北京北分瑞利分析儀器（集團）有限責任公司。

1.2 實驗過程

1.2.1 溶解廢合金刀頭、置換除銅

在攪拌和加熱的條件下，使用三氯化鐵和鹽酸的混合溶液溶解廢合金刀頭，而后向所得溶解液中添加還原鐵粉置換除銅，過濾，所得濾液用于下一步回收錫。經測試，濾液中錫含量為3 011 mg/L。

體育法學的特殊性決定了其受眾有兩類：體育院系的教練和學生；法律院系對于體育法有興趣的教授和學生。這兩類受眾由于知識背景和學習目的不同，對于體育法教科書的需求也有所不同。體育院系的教練和學生本身知識結構不夠完善，尤其是法律常識薄弱，體育法律知識又是其工作中的必備，因此，針對這類人群所編寫的教科書應注重趣味性和實用性的結合。法律院系的學生法學理論基礎夯實，選擇體育法只是由于興趣，針對這部分人所編寫的教科書就應當在理論上有所側重，注重學生創新思維和學術能力的培養。目前，國內的體育法學教科書均未作此類區分。筆者認為，針對受眾的區分是必要的。

1.2.2 回收錫

將濾液升溫到60 ℃后，添加適量三氯化鐵溶液，攪拌反應30 min，再以一定的速度滴加氫氧化鈉溶液沉錫。反應完畢，過濾，得到濾液和錫泥；清洗錫泥，烘干，分別測試濾液和錫泥的錫含量。

2 結果與討論

2.1 三氯化鐵用量的影響

溶解廢合金刀頭后，以還原鐵粉置換除銅時，為弱還原氣氛，溶液中的錫由Sn4+被還原為Sn2+。查詢Sn（OH）4和Sn（OH）2的Ksp 可知[6]，Sn4+更容易被OH－沉淀下來，其Ksp 如表1 所示。

表1 Sn（OH）4 和Sn（OH）2 的Ksp

因此，在加堿之前先添加三氯化鐵溶液氧化Sn2+為Sn4+，有助于沉淀分離錫。取除銅后濾液到燒杯中，以250 r/min 速度攪拌，水浴加熱到60 ℃后，按照氧化Sn2+所需理論量，分別添加0.8、1.0、1.2 和1.5 倍的三氯化鐵溶液，繼續攪拌30 min 后，在相同條件下以氫氧化鈉溶液調pH 值為1.1，而后過濾，濾液測試錫含量，所得結果如圖1 所示。

圖1 FeCl3 用量對濾液中錫含量的影響

當FeCl3用量低于1.0 倍時，溶液中的Sn2+不能完全被氧化，在實驗條件下，濾液中殘留的Sn2+沒有被沉降下來，導致反應后溶液中的錫含量偏高；當FeCl3用量高于1.0 倍時，濾液中錫含量變化不大，而過量的Fe3+會消耗更多的氫氧化鈉，與堿反應沉淀下來的Fe（OH）3會拉低錫泥中的錫含量。因此，FeCl3的最佳用量為1.0 倍。

2.2 pH 值的影響

金屬離子與堿的反應，沉淀下來的金屬離子種類以及同一金屬離子沉淀下來的比例，均與溶液pH 值息息相關。考察了pH 值對錫的沉降效果以及所得錫泥中的錫含量的影響。在上述相同條件下，添加1.0 倍FeCl3后，以氫氧化鈉溶液分別調節溶液pH 值為0.9、1.0、1.1、1.2、1.5 和2.0，而后過濾，分別測試濾液及錫泥中的錫含量，其結果如圖2 所示。

圖2 pH 值對濾液及錫泥中錫含量的影響

2.3 氫氧化鈉濃度的影響

氫氧化鈉濃度會影響生產效率。濃度越高，生產效率越高，引入系統的水分越少；與此同時，產生局部過堿的風險增高，導致更多的雜質離子共沉淀，降低錫泥的錫含量。考察了氫氧化鈉濃度對所得錫泥中錫含量的影響。在上述相同條件下，使用質量濃度為2.5%、5%、10%、20%和32%的氫氧化鈉溶液，分別調節溶液pH 值為1.1，而后過濾，測試錫泥中的錫含量。其結果如圖3 所示。

圖3 氫氧化鈉濃度對錫泥中錫含量的影響

由圖3 可見，隨著氫氧化鈉濃度的升高，錫泥中的錫含量逐步降低。分析其原因，主要是因為沉錫所用氫氧化鈉溶液的濃度越高，溶液中局部過堿的程度就越大，導致與氫氧化錫共沉淀的氫氧化鐵越多。氫氧化鈉濃度為5%時，錫泥中的錫含量最高，因此選擇使用5%的氫氧化鈉。

2.4 氫氧化鈉添加速度的影響

氫氧化鈉添加速度也會影響到溶液中局部的酸堿度，進而影響錫泥的錫含量。在上述相同條件下，以0.5、1.5、3.0、6.0 和10.0 mL/min 的添加速度加5%的氫氧化鈉，分別調節溶液pH 值為1.1，而后過濾，測試錫泥中的錫含量。其結果如圖4 所示。

圖4 氫氧化鈉添加速度對錫泥中錫含量的影響

隨著氫氧化鈉添加速度的增加，所得錫泥中的錫含量呈現先增加后降低的趨勢。當添加速度為6 mL/min時，錫泥中的錫含量最高。因此，選擇氫氧化鈉添加速度為6 mL/min。

3 結論

3.1 使用三氯化鐵與鹽酸的混合溶液溶解廢合金刀頭，再以還原鐵粉置換出銅后，使用三氯化鐵氧化Sn2+，而后添加氫氧化鈉溶液沉錫，回收得到了錫泥。

3.2 沉錫最佳條件為：三氯化鐵用量1 倍，氫氧化鈉濃度5%，氫氧化鈉添加速度6 mL/min，終點pH 值1.1。

本工藝實現了廢合金刀頭中錫的回收，得到的錫泥可作為錫產業鏈相關廠家的原料，使珍貴的金屬錫再生出來，循環利用，具備一定的經濟與社會價值。