于海蓮，汪永紅，胡 震

（1.四川理工學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，四川自貢 643000；2.中昊晨光化工研究院有限公司氟化三廠(chǎng)）

隨著現(xiàn)代化社會(huì)的建設(shè)，對(duì)鋼鐵的需求日益劇增，伴隨而來(lái)的是產(chǎn)生的爐渣廢棄物也越來(lái)越多。爐渣大量堆積，不僅占用大量土地，而且其有害成分會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。特別是爐渣中的鎂，若大量滲透到土壤中，不僅加大地下水中的鎂含量，對(duì)人們的身體健康造成危害，而且會(huì)產(chǎn)生“燒苗”［1］現(xiàn)象，即農(nóng)作物會(huì)因?yàn)闈B透壓遠(yuǎn)低于土壤而失去大量水分慢慢死掉。工業(yè)處理后的爐渣，雖然可以用作水泥原料，但是其中鎂含量超標(biāo)會(huì)影響水泥的凝固性和安定性等［2-3］。因此，從人類(lèi)飲水健康、植物生長(zhǎng)、水泥產(chǎn)品質(zhì)量以及資源循環(huán)利用等方面考慮，需要對(duì)爐渣進(jìn)行降鎂。目前爐渣降鎂的工藝方法主要有氟化鈉除鎂法［4］和熔融法［5］。其中氟化鈉除鎂法是利用氟化鈉與溶液中的鎂離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氟化鎂沉淀從而達(dá)到去除鎂離子的目的，但是爐渣溶液中的亞鐵離子、鈣離子、鋁離子等對(duì)氟化鎂產(chǎn)品的質(zhì)量有很大影響；熔融法提純氧化鎂工藝簡(jiǎn)單，只需要用高溫爐加熱汽化爐渣，并收集冷凝2800℃左右的氣體直接得到氧化鎂產(chǎn)品，但是溫度對(duì)設(shè)備耐熱耐壓的要求很高，能耗較高。筆者開(kāi)發(fā)了控制pH沉淀鎂離子方法，來(lái)降低高鎂爐渣中的鎂含量。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料、試劑與儀器

原料：廣西防城港煉鋼爐渣，預(yù)先干燥處理，過(guò)篩粒徑小于250μm。爐渣主要成分及含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：Fe，5.14%；CaO，15.14%；Ni，0.085%；Al2O3，8.29%；SiO2，46.32%；MgO，24.19%。試劑：濃鹽酸、濃硫酸、氫氧化鈉均為分析純；pH緩沖試劑（pH=4.00、6.86、9.18）。 儀器：HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋；SHB-Ⅲ型循環(huán)水式真空泵；NICOLET6700型紅外光譜儀；TAS986型原子吸收分光光度計(jì)；JHS-1/9型電子恒速攪拌機(jī)；DHG-9075A型電熱鼓風(fēng)干燥箱；STARTER 2100/3C型精密酸度計(jì)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

用鹽酸溶解爐渣，在水浴鍋中加熱并攪拌使?fàn)t渣溶解充分。過(guò)濾，向?yàn)V液中滴加氫氧化鈉溶液，控制pH為4.8。過(guò)濾后再向?yàn)V液中滴加氫氧化鈉溶液，控制pH為7.0。過(guò)濾后再向?yàn)V液中滴加氫氧化鈉溶液，控制pH為9.1。過(guò)濾后繼續(xù)向?yàn)V液中滴加氫氧化鈉溶液，控制pH為10.6。將溶液轉(zhuǎn)移到分液漏斗中靜置分層，將析出的絮狀氫氧化鎂沉淀置于坩堝中加熱蒸干，得到白色粉末狀氫氧化鎂。非淬水高鎂爐渣降鎂工藝流程示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 非淬水高鎂爐渣降鎂工藝流程示意圖

1.3 產(chǎn)品分析

采用紅外光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行定性分析（KBr壓片）。采用火焰原子吸收光譜法測(cè)定氫氧化鎂含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外光譜分析

用紅外光譜儀對(duì)制備的樣品進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)圖2。在3698.1 cm-1和1422.0 cm-1處的2個(gè)峰分別是氫氧化鎂結(jié)構(gòu)中—OH的伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)，在3434.0 cm-1處的寬峰是氫氧化鎂中自由質(zhì)子到導(dǎo)電態(tài)質(zhì)子的轉(zhuǎn)變，在446.0 cm-1處的峰是Mg—O鍵的伸縮振動(dòng)。在1629.0 cm-1和571.7 cm-1處的峰是樣品中H2O中H—O—H鍵的伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)。氫氧化鎂標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的紅外光譜圖在3697、3436、1423、448 cm-1處有4個(gè)峰，將樣品紅外光譜譜圖跟氫氧化鎂標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)紅外光譜譜圖對(duì)比可知，生成的絮狀沉淀即為氫氧化鎂產(chǎn)品。不過(guò)，樣品中還含有少量自由水，可能是由于產(chǎn)品未充分干燥引起的。

圖2 制備樣品紅外光譜譜圖

2.2 考察各工藝因素對(duì)爐渣溶解的影響

2.2.1 鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)和反應(yīng)溫度對(duì)爐渣溶解時(shí)間的影響

固定條件：爐渣粉末為10 g，濃鹽酸體積為26 mL，反應(yīng)溫度為60℃，攪拌速率為300 r/min?？疾禧}酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)爐渣溶解時(shí)間的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。隨著鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，爐渣完全溶解用時(shí)減少，尤其是在鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46%～52%時(shí)反應(yīng)用時(shí)最短，但溶液會(huì)緩慢變?yōu)槲⒛z狀，而鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在44%左右時(shí)反應(yīng)溫和，且完全溶解后不會(huì)變?yōu)槟z狀，耗時(shí)也合理。因此，選擇鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為44%。

固定條件：爐渣粉末為10 g，濃鹽酸體積為26 mL，鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為44%，攪拌速率為300 r/min?？疾旆磻?yīng)溫度對(duì)爐渣溶解時(shí)間的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。從圖4看出，隨著反應(yīng)溫度的升高爐渣溶解耗時(shí)減少，溫度介于60～70℃時(shí)溶解耗時(shí)幾乎無(wú)差別，但當(dāng)反應(yīng)溫度為70℃時(shí)，已溶解完全的溶液會(huì)變?yōu)槲⒛z狀，不利于過(guò)濾。因此，選擇反應(yīng)溫度為60℃。

圖3 鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)爐渣溶解時(shí)間的影響

圖4 反應(yīng)溫度對(duì)爐渣溶解時(shí)間的影響

2.2.2 pH對(duì)各種干擾離子沉淀析出的影響

根據(jù)對(duì)爐渣成分的分析，采用鹽酸溶解爐渣然后加NaOH調(diào)pH的方法，可以使反應(yīng)體系中的各種離子沉淀出來(lái)。根據(jù)文獻(xiàn)［6］與實(shí)際操作結(jié)果得出，控制體系pH在表1所示范圍內(nèi)，分別沉淀出不同的化合物。從表1看出：氫氧化亞鐵、氫氧化鋁、氫氧化鐵以及氫氧化鈣的沉淀pH范圍與氫氧化鎂沉淀的pH范圍沒(méi)有重疊部分，這也是選擇pH在4.8～9.1過(guò)濾的理論依據(jù)。

表1 爐渣中各種沉淀物析出時(shí)的pH

2.2.3 氫氧化鎂析出的pH選擇

圖5為pH對(duì)析出氫氧化鎂純度的影響。當(dāng)pH在9.6～10.6時(shí)，氫氧化鎂純度隨pH增大而增加，說(shuō)明濾液中鎂離子還沒(méi)沉淀完全；而pH在10.6～10.8時(shí)，氫氧化鎂純度急劇下降，說(shuō)明濾液中鈣離子開(kāi)始大量析出。因此，選擇氫氧化鎂沉淀析出pH為10.6。

圖5 pH對(duì)氫氧化鎂純度的影響

在pH為10.6條件下，對(duì)10 g爐渣進(jìn)行降鎂處理，爐渣中的鎂降低了93%；得到了3.48 g氫氧化鎂，其純度為95%。

3 結(jié)論

研究了采用鹽酸溶解爐渣中的鎂制備氫氧化鎂工藝的可行性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法簡(jiǎn)便可行，能夠?qū)崿F(xiàn)爐渣降鎂的目的，并以氫氧化鎂產(chǎn)品形式回收，為爐渣資源的循環(huán)利用開(kāi)辟了新的思路。

［1］王智.高鎂爐渣性能研究進(jìn)展［D］.長(zhǎng)沙：中南工業(yè)大學(xué)，1998.

［2］甘雪萍，戴曦，張傳福.高鎂爐渣性能研究進(jìn)展［J］.有色金屬，2001，53（1）：67-69.

［3］姬連敏，李麗娟，聶鋒，等.國(guó)內(nèi)氫氧化鎂阻燃劑的研究現(xiàn)狀［J］.鹽湖研究，2007，15（2）：62-72.

［4］林才順.氟化鈉去除鈣鎂工藝的影響因素分析與控制［J］.湖南冶金，2003，31（4）：36-38.

［5］柴多里，儲(chǔ)志兵，楊?？?，等.沉淀法制備氫氧化鎂及其對(duì)砷溶液的吸附特性［J］.硅酸鹽學(xué)報(bào)，2010，38（1）：114-118.

［6］劉承科，關(guān)魯雄，李宗柏，等.大學(xué)化學(xué)［M］.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，1994.