【摘 要】
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随着钕铁硼磁性材料应用领域的扩大,需求量增加,由此也产生钕铁硼磁材废料问题,对废料的回收利用成为一个重要课题。但目前研究的重点都放在废料中稀土和微量贵重金属的回收利用上,忽视了回收稀土后产生的二次废料的综合利用,不仅造成资源浪费,还对环境产生污染。本文根据二次废料组分及物性特点,以此为原料来制备硫酸亚铁,并对硫酸亚铁在含磷废水中应用做了研究。主要研究内容如下:(1)铁元素浸出率实验研究。考虑到制备
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随着钕铁硼磁性材料应用领域的扩大,需求量增加,由此也产生钕铁硼磁材废料问题,对废料的回收利用成为一个重要课题。但目前研究的重点都放在废料中稀土和微量贵重金属的回收利用上,忽视了回收稀土后产生的二次废料的综合利用,不仅造成资源浪费,还对环境产生污染。本文根据二次废料组分及物性特点,以此为原料来制备硫酸亚铁,并对硫酸亚铁在含磷废水中应用做了研究。主要研究内容如下:(1)铁元素浸出率实验研究。考虑到制备产物的合理路线,采用硫酸溶液进行浸取,对浸出影响因素温度、酸浓度、酸解时间、液固比及浸取次数进行实验了考察。实验表明:在反应温度90℃、硫酸浓度7.0 mol/L、酸浸时间120 min、液固比4:1、浸取2次的条件下,铁的浸出率达到97.89%。在此条件下对浸出过程控制的两个动力学方程进行了拟合分析,以曲线拟合的相关系数值R2判断浸出过程中反应速率的控制因素,相关系数R2均大于0.90,表明浸出均受化学反应控制和扩散控制影响,扩散控制略占主导。(2)还原实验研究。对还原温度、反应时间、废铁粉过量系数进行了实验研究,实验表明:温度80℃、铁粉过量系数1.2、反应时间120 min,Fe3+转化为Fe2+的转化率达 98.19%。(3)溶析结晶提取硫酸亚铁的研究。对硫酸亚铁在纯水和乙醇溶液中溶解度进行测定,并对所测溶解度进行了 Apelbalt方程拟合,其线性相关系数在0.99以上。实验采用溶析法提取硫酸亚铁,从硫酸亚铁初始浓度、乙醇用量、结晶温度以及操作条件等因素考察对结晶率的影响,结果表明:溶析温度10℃、硫酸亚铁溶液浓度200 g/L、乙醇与硫酸亚铁溶液体积比1:1,乙醇加入采取连续滴加方式,滴加速度10 mL/min、搅拌速度50 r·min-1、陈化时间1 h,析晶率达95%以上。(4)硫酸亚铁脱除废水中磷的实验研究。在温度25℃,Fe2+、Fe3+及PO43-的浓度均为1 mol/L的条件下,利用Van’t Hoff等温方程ΔrGm(T)=ΔrGmθ(T)+RTlnJ计算ΔrGm(T,(Fe2+))和ΔrGm(T,(Fe3+)),结果分别为-56.86 KJ·mol-1和-124.92 KJ·mol-1,这表明Fe2+、Fe3+都易与磷酸盐生成铁盐沉淀,从而达到除磷的目的。本实验以模拟高磷废水(含磷100 mg/L)为研究对象,通过对反应体系的pH、双氧水加入量、Fe/P(摩尔比)、氧化方式等的考察,结果表明:双氧水浓度7.23 mmol/L、Fe/P(摩尔比)1.6、反应体系pH=7.0,磷的去除率达到97%以上。对硫酸亚铁除磷的产物进行了理论分析,表明硫酸亚铁磷是三个因素共同作用的结果:一是单独未氧化的Fe2+对磷酸盐的作用,二是氧化新生的Fe3+对磷酸盐的沉淀作用,三是铁离子水解产物对磷酸盐的吸附去除作用。实验表明:单独的Fe2+除磷效果差,产物主要以Fe3(PO4)2为主;H2O2氧化条件下,脱除产物以FePO4为主,同时伴有铁离子水解产物对磷的吸附作用为辅。
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