WB08硫酸铝中铝离子的测定(精)

1前言
铝阳极氧化和着色属化工过程，它涉及到使用各种化工原料，而排放的废液中则含有大量的化学物质，这些物质主要来源于常温脱脂、碱蚀、出光、阳极氧化、着色和封孔等工序，在每道工序之后，都要经过充分的冲洗，将附着在铝件上的药液洗净，这些洗涤水中有些是碱性的，有些是酸性的。

因此，在排放含酸性和碱性的废水中，通过中和反应，在一定的pH范围内，不少阳离子如Al3+、Sn2+、Mg2+、Ni2+等生成氢氧化物沉淀: 2NaAlO2+H2SO4+2H2O—→Na2SO4+2Al (OH)3
2NaOH+H2SO4—→Na2SO4+2H2O
NiSO4+2NaOH—→Ni(OH)2+Na2SO4
MgSO4+2NaOH—→Mg(OH)2+Na2SO4
SnSO4+2NaOH—→Sn(OH)2+Na2SO4
Fe2(SO4)3+6NaOH—→3Na2SO4+2Fe (0H)3
Al2(SO4)3+6NaOH—→3Na2SO4+2Al (0H)3
经中和后，反应生成物中的沉淀物有Al(OH)3、Ni(OH)2、Sn(OH)2、Mg(OH)2和Fe(0H)3；溶液中则有Na2SO4，其中Al(0H)3和Na2SO4是主要的。

因此，要从废液中回收硫酸铝是完全可能的。

在铝材生产的常温脱脂、碱蚀、出光、阳极氧化、着色和封孔等工序中，碱蚀是消耗铝最多的工序，其目的是使铝材的表面均匀而得到较好地表面，因而铝材受到较大的腐蚀和损耗，一般碱蚀损耗的铝材为0.6%～0.9%，按年产10000吨铝材的工厂计算，年耗铝为60～90吨。

此外，铝阳极氧化以硫酸作电解液，在电解过程中，铝发生化学溶解生成Al3+，致使铝材进一步损耗，并排放出大量的废硫酸。

针对铝材生产中的这些情况，我们对废液中的硫酸铝进行了回收试验研究，探讨了回收工艺流程。

为更好地回收硫酸铝提供了实验依据。

2实验
2.1回收工艺流程
图1硫酸铝回收工艺流程示意图
2.2离子分析
由于硫酸铝的回收主要来自于碱蚀和铝阳极氧化工序，因此溶液中离子的分析针对这两个工序进行。

2.2.1碱蚀槽液中总碱、铝、游离碱的测定
在酒石酸钾钠过量下，用盐酸滴定总碱，然后加入氟化钾，氢氧化铝与氟离子结合放出氢氧根离子，再用盐酸滴定这些氢氧根离子，可计算出铝离子的量，具体反应为: 实验步骤为:准确吸取碱蚀液5.00ML于250ML锥形瓶中，加入30ML酒石酸钾钠溶液和50ML蒸馏水，加入2滴酚酞指示剂，用盐酸标准溶液(浓度为CHCL)滴定至红色消失为终点，记下滴定读数为V1；然后加入20ML氟化钾溶液(此时溶液再显红色)，继续用盐酸标准溶液(浓度为CHCL)滴定至红色消失为终点，记下滴定读数为V2。

计算:总碱(NAOH)=40CHCLV1/5.00(G/L)
铝(AL)=27CHCLV2/(3×5.00)(G/L)
游离碱(NAOH)=40CHCLV1(V1-V2)/5.00(G/L)
2.2.2铝阳极氧化溶液中总硫酸、铝、游离硫酸的测定
(1)总硫酸的测定:准确吸取试液5.00ML于250ML锥形瓶中，加入100ML蒸馏水，3～5滴酚酞指示剂，用氢氧化钠标准溶液(浓度为CNAOH)滴定至淡红色为终点，记下滴定读数为V1。

总硫酸(H2SO4)=49CNAOHV1/5.00(G/L)
(2)游离硫酸的测定:准确吸取试液5.00ML于250ML锥形瓶中，加入100ML蒸馏水，0.3～0.5G氟化钾，3～5滴酚酞指示剂，用氢氧化钠标准溶液(浓度为CNAOH)滴定至淡红色为终点，记下滴定读数为V2。

游离硫酸(H2SO4)=49CNAOHV2/5.00(g/L)
(3)游离硫酸及铝的连续测定:准确吸取试液5.00mL于250mL锥形瓶中，加入50 mL蒸馏水，加甲基橙2滴，用氢氧化钠标准溶液(浓度为cNaOH)滴定至由红变为橙色为终点V1；然后再加入3～5滴酚酞指示剂，以氢氧化钠标准溶液(浓度为cNaOH)滴定至淡红色不退为终点(V2)。

游离硫酸(H2SO4)=49cNaOHV1/5.00(g/L)
铝(Al)=27cNaOHV2/(3×5.00)(g/L)
2.2.3硫酸铝中Al3+和的测定
(1)Al3+的测定:采用EDTA络合滴定法，其原理为:在弱酸性溶液(加入pH5.0～6.0的缓冲溶液)中，铝离子与过量的EDTA 络合，用氯化锌标准溶液滴定过量的EDTA。

然后加入过量的氟化钠，F-与络合的铝离子反应，置换出与铝离子络合的EDTA，再用氯化锌标准溶液滴定EDTA，从而计算铝离子的含量。

(2)的测定:采用重量分析法，加入过量的BaCl2，使硫酸根完全以BaSO4沉淀，经洗涤、灼烧等处理，通过称量BaSO4的量来计算的含量。

2.3溶液pH值的测定
所有溶液的pH值均在室温条件下，采用320型pH计(上海Mettler-TOLEDO有限公司生产)进行测定。

3讨论
根据铝合金阳极氧化生产工艺(如图1)，对生产中的碱蚀和阳极氧化槽内的溶液进行了分析。

碱蚀溶液的铝离子高达120～130g/L，NaOH则维持在40～60g/L之间。

由于碱蚀槽内加入由多种物质组成的添加剂，致使溶液中NaAlO2的含量达350～400 g/L，所以碱蚀溶液的碱性很强，铝离子的含量非常高。

而铝阳极氧化槽内溶液的成分为:H2SO4 170g/L左右，Al3+ 16～21g/L。

当碱蚀废液和阳极氧化废液排放时，由于排放量的比例不同，混合溶液的pH也不一样，但总体而言，混合后偏碱性。

针对上述实验结果，我们在硫酸铝回收工艺流程中，根据铝的两性，在pH为4.0时开始沉淀，pH为5.5时完全沉淀，而在pH为7.8时沉淀开始溶解，pH为10.8时沉淀完全溶解。

因此，排放碱蚀废液和阳极氧化废液时，最好控制pH在5.5左右，使混合槽内的酸碱物质发生反应生成Al(0H)3沉淀，再加入一定量的高分子凝聚剂以便加快沉淀速度，然后采用压缩空气搅拌4～6min，混合均匀后，静置4～6h。

过滤得到以Al(OH)3为主要成分的沉淀物，再用稀硫酸溶液调整pH 为2，将上层清液转移到反应锅内，加热浓缩至结晶析出，得硫酸铝结晶粗品。

由于此结晶含杂质较多，必须进行2～4次重结晶，这样可得到纯度高达99.6%的硫酸铝。

按照我们所试验的硫酸铝回收工艺(图1)，年产铝材10000吨的工厂，一年可生产硫酸铝约为1500吨，具有较好的经济效益。

经过多次试验，该硫酸铝回收工艺流程比工业制硫酸铝简单，处理方便，并可与废水处理结合起来，解决了铝材生产环保问题。

4结论
根据铝合金阳极氧化生产工艺，由碱蚀和阳极氧化两道工序排放的含有大量铝离子的酸碱溶液，按一定量的比例混合，控制混合液的pH在5.5左右，再采用加入凝聚剂、沉淀过滤、稀硫酸调整pH、加热浓缩结晶、重结晶等一系列工艺可得到高纯度的硫酸铝。

该工艺流程简单、方便可行。

既可解决铝材生产的环保问题，又可得到较好的经济效益。