1、46/46摘 要 本文針對工業含鋁廢水的處理與利用進行了大量的實驗研究。實驗中檢測了工廠所排廢水的基本性質，包括廢水處理前后的鋁離子含量和PH值等，主要運用化學沉淀法，經過中和、沉淀、過濾等操作使廢水中的鋁離子以氫氧化鋁沉淀的方式脫離，然后將沉淀進行處理得到高純度硫酸鋁，使廢水PH在69達到國家排放標準。該方法的實驗原理主要是利用鋁為兩性金屬，在不同的PH值的環境中得到的物質的存在方式不同，通過調節PH值，對其進行沉降、過濾而從濾液中分離。濾液經過測定各項指標，確定符合國家標準直接排放。分離后的固體經過酸處理制成硫酸鋁。本實驗通過平行實驗測出沉淀時的最佳PH值和反應時間等條件，同時對于不同種類

2、的堿性試劑與廢水反應所得到的實驗結果進行分析，討論其優缺點和得到沉淀的最好方式。本實驗中采用的化學沉淀法具有操作簡便，成本低廉，所得產品純度高的特點。關鍵字：鋁離子，化學沉淀，PH值，兩性Abstract In this thesis, a lot of experiments were carried out to solve the problem of industrial aluminized wastewater treatment and utilization. At present, a lot of the catalyst used in industry is preci

3、ous metal catalyst which aluminum oxide is as its carrier. Therefore, waste water discharge contains a lot of aluminum ion. If the alumina contained waste water discharges directly, it can cause certain environmental pollution as well as a serious waste of the aluminum resources. So, the treatments

4、of industrial aluminum-containing waste water are of great significance in improving our environment pollution as well as promoting sustainable industrial development.Basic properties of the plant effluent were tested in this experiment, including aluminum ion content and PH value before and after t

5、he waste water treatment, and chemical precipitation was mainly used, through sedimentation, filtration and other operations to make aluminum hydroxide in the wastewater precipitated out in this way, and then precipitation was processed to high-purity aluminum sulfate, and the PH of wastewater was 6

6、-9 which reached the national emission standards.In this method, attention should be paid to that in the environment different PH value, the material exist in different ways because aluminum is amphoteric metal.By adjusting the PH, using parallel experiment to measure the best PH value, the reaction

7、 time and some other conditions when precipitation appeared, thus high purity alumina was obtained. At the same time, the experimental results which obtained from the reactions of different kinds of alkaline reagents and wastewater were analyzed, and its advantages and disadvantages as well as the b

8、est way to get precipitation were discussed. This chemical precipitation in the experiment is easy to operate and costs low. Moreover, its products are of high purity. Key word: aluminum ion, chemical precipitation, PH value, amphoteric目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc27331 1. 文獻綜述 PAGEREF _Toc27331

9、7 HYPERLINK l _Toc21220 1.1 工業廢水的種類 PAGEREF _Toc21220 7 HYPERLINK l _Toc18649 1.2 工業廢水的處理方法 PAGEREF _Toc18649 8 HYPERLINK l _Toc22048 1.2.1 國內外污水處理流程 PAGEREF _Toc22048 8 HYPERLINK l _Toc12875 1.2.2 工業廢水的處理方法 PAGEREF _Toc12875 8 HYPERLINK l _Toc23932 1.3 含鋁廢水的處理方案 PAGEREF _Toc23932 14 HYPERLINK l _To

10、c31168 1.3.1 含鋁廢水合成銨明礬 PAGEREF _Toc31168 14 HYPERLINK l _Toc29851 1.3.2 含鋁廢水制備超細氧化鋁 PAGEREF _Toc29851 15 HYPERLINK l _Toc22918 1.3.3 水處理劑聚合氯化鋁的制備新研究 PAGEREF _Toc22918 16 HYPERLINK l _Toc7424 1.3.5利用鋁制品漂洗廢水制備堿式氯化鋁 PAGEREF _Toc7424 19 HYPERLINK l _Toc25558 2. 實驗部分 PAGEREF _Toc25558 21 HYPERLINK l _Toc

11、25527 2.1 實驗試劑 PAGEREF _Toc25527 21 HYPERLINK l _Toc3675 2.2 實驗儀器 PAGEREF _Toc3675 22 HYPERLINK l _Toc22857 2.2 廢水水樣的測定 PAGEREF _Toc22857 23 HYPERLINK l _Toc31451 2.2.1 水樣PH的測定 PAGEREF _Toc31451 23 HYPERLINK l _Toc9793 2.2.3 廢水主要指標 PAGEREF _Toc9793 29 HYPERLINK l _Toc28206 2.3 實驗過程 PAGEREF _Toc28206

12、 29 HYPERLINK l _Toc2241 2.3.1 化學沉淀法 PAGEREF _Toc2241 29 HYPERLINK l _Toc12262 2.3.2 硫酸鋁的制備 PAGEREF _Toc12262 31 HYPERLINK l _Toc11273 2.4 其他方法制得硫酸鋁 PAGEREF _Toc11273 33 HYPERLINK l _Toc8286 2.4.1 用碳酸鈉代替氫氧化鈉 PAGEREF _Toc8286 33 HYPERLINK l _Toc4307 2.4.2 用氨水代替氫氧化鈉 PAGEREF _Toc4307 34 HYPERLINK l _To

13、c4 2.4.3 用磷酸鈉代替氫氧化鈉 PAGEREF _Toc4 35 HYPERLINK l _Toc13811 3 結果與討論 PAGEREF _Toc13811 37 HYPERLINK l _Toc31250 3.1 鋁標準曲線的繪制 PAGEREF _Toc31250 37 HYPERLINK l _Toc27296 3.2 試劑量的控制 PAGEREF _Toc27296 38 HYPERLINK l _Toc22050 3.3 廢水初濃度的控制影響 PAGEREF _Toc22050 39 HYPERLINK l _Toc16459 4 結論 PAGEREF _Toc16459

14、 40 HYPERLINK l _Toc3894 參考文獻 PAGEREF _Toc3894 42 HYPERLINK l _Toc32756 致謝 PAGEREF _Toc32756 44 工業含鋁廢水的處理和利用前言 目前，我國化工產業的發展勢頭十分迅猛，隨之帶來的不僅僅是國家經濟的進一步發展，化工廠排放的工業“三廢”所造成的嚴重污染，也成為國民政府重點關注的問題所在。 隨著改革開放步伐的日益加速，我國的城市化也進入了快速發展的時期，城鎮人口數持續增長，但我國卻是個水資源短缺，水災頻繁的國家，人均占水量在世界排名第110位，是聯合國認定的十三個貧水國家之一。但就是這樣的狀況，我國仍舊在每年

15、約有1/3 的工業廢水未經處理就直接排入水域，符合國家一級和二級水質標準的河流僅占32.2%。由此可見，廢水的處理與再利用是經濟發展和水資源保護的主要組成部分?，F如今，英國、德國、芬蘭、荷蘭等歐洲國家均已投資對因工業革命和經濟發展帶來的水污染進行治理。 目前，我國工業采用的催化劑都是以氧化鋁作為載體的重金屬催化劑，在溶解催化劑中貴金屬的同時，也將鋁溶解在酸液中，以至殘液具有很強的酸性，并含有大量的鋁離子。同時，隨著近代工業高速發展，鋁型材在工業生產、建筑及民用材料中應用愈來愈廣泛，由于鋁型材加工業是近年發展起來的新興工業，產生的酸洗廢水多數工廠都未經處理而排放。雖然廢水排放標準中對鋁濃度沒有限

16、制，但在很多工業廢水中，鋁仍以污染物的形式存在，如果不加處理，會導致環境的污染，鋁資源的浪費甚至對人類的健康造成危害。近代醫學表明過量的攝取鋁會引起老年癡呆，腎衰竭，骨質疏松癥，尿毒癥等疾病。因此，含鋁廢水資源化的研究是十分緊迫的任務。 國內外的學者對于含鋁廢水的處理做了大量的研究。目前主要使用的方法分為三類：第一類是化學法，包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、鐵氧體公沉淀法、化學還原法、電化學還原法等，它的缺點是可能會造成二次污染；第二類是物理化學法，它是在不改變廢水中物質的化學形態下進行吸附、濃縮、分離等操作，包括混凝、氣浮、吸附、膜分離等；第三類是借助微生物或植物的絮凝、吸收、積累、富集等作用

17、去除廢水中重金屬的方法，其中包括生物絮凝、生物化學法和植物生態修復等，它具有效果好，投資少，不產生二次污染的特點。 本文主要研究化學法中的化學沉淀法，經過中和、沉淀、過濾等操作使廢水中的鋁離子以氫氧化鋁沉淀的方式脫離，然后將沉淀進行處理得到高純度硫酸鋁，使廢水PH在69達到國家排放標準。該方法中應注意由于鋁為兩性金屬，在不同的PH值的環境中得到的物質的存在方式不同，通過調節PH值，用平行實驗測出沉淀時的最佳PH值和反應時間等條件，從而得到高純度的硫酸鋁。 隨著我國石油、化工、環保等工業的發展.，金屬催化劑的用量不斷，隨之排放的含鋁廢水也在逐步增加。含鋁廢水若直接排放不僅會造成一定的環境污染還伴

18、有著嚴重的鋁資源浪費。所以，處理工業含鋁廢水對于改善我國的環境污染和促進化工業可持續發展有著重大的意義。文獻綜述1.1 工業廢水的種類工業廢水的定義：工業企業的各行各業在生產過程中排出的廢水，均稱為工業廢水。包括生產污水（被污染的工業廢水）、生產廢水（生產過程中排出的未受污染或受輕微污染以及水溫稍有升高的排水如冷卻水、熱排水等）和生活污水3種。工業廢水的分類：按工業廢水中所含主要污染物的化學性質分類，含無機污染物為主的為無機廢水，這類廢水主要含有重金屬鹽類如Pb2+、Cd2+、Cr6+、Fe2+、Hg2+或高濃度陰離子如F-、AsO43-、CN-、Cl-、SO42-等，一般采用物理、化學如化學

19、沉淀、沉降等工藝處理；含有機污染物為主的為有機廢水，包括可降解和不可降解兩類，對于可生物降解的有機廢水可以考慮采用生物處理工藝。例如電鍍廢水和礦物加工過程的廢水，是無機廢水；食品或石油加工過程的廢水，是有機廢水。按照行業的產品加工對象分類。如冶金廢水、造紙廢水、煉焦廢水、金屬酸洗廢水、紡織印染廢水、制革廢水、農藥廢水、化纖廢水等等。第三種是按廢水中所含污染物的主要成分分類，如酸性廢水、堿性廢水、含氰廢水、含鉻廢水、含鎘廢水、含汞廢水、含酚廢水、含醛廢水、含油廢水、含硫廢水、含有機磷廢水和放射性廢水等。這種分類方法的優點是突出了廢水中主要污染物成分，可針對性地考慮處理方法或進行回收利用1.2 工

20、業廢水的處理方法 1.2.1 國內外污水處理流程 現代污水處理技術，按處理程度劃分，可分為一級、二級和三級處理。 一級處理，主要去除污水中呈懸浮狀態的固體污染物質，物理處理法大部分只能完成一級處理的要求。經過一級處理的污水，BOD 一般可去除30%左右，達不到排放標準。一級處理屬于二級處理的預處理。 二級處理，主要去除污水中呈膠體和溶解狀態的有機污染物質(BOD，COD 物質)，去除率可達90%以上，使有機污染物達到排放標準。 三級處理，進一步處理難降解的有機物、氮和磷等能夠導致水體富營養化的可溶性無機物等。主要方法有生物脫氮除磷法，混凝沉淀法，砂率法，活性炭吸附法，離子交換法和電滲分析法等。

21、 1.2.2 工業廢水的處理方法化學法 化學法主要包快化學沉淀法和電解法。化學沉淀法 化學沉淀法的原理是通過化學反應使廢水中呈溶解狀態的重金屬轉變為不溶于水的重金屬化合物，通過過濾和分離使沉淀物從水溶液中去除，包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、鐵氧體共沉淀法。中和沉淀法 在含重金屬的廢水中加入堿進行中和反應，使重金屬生成不溶于水的氫氧化物沉淀形式加以分離。中和沉淀法操作簡單，是常用的處理廢水方法。實踐證明在操作中需要注意以下幾點：中和沉淀后，廢水中若pH值高，需要中和處理后才可排放；(2)廢水中常常有多種重金屬共存，當廢水中含有zn、Pb、sn、Al等兩性金屬時，pH值偏高，可能有再溶解傾向，因此

22、要嚴格控制pH值， 實行分段沉淀；廢水中有些陰離子如：鹵素、氰根、腐植質等有可能與重金屬形成絡合物， 因此要在中和之前需經過預處理；(4)有些顆粒小，不易沉淀，則需加入絮凝劑輔助沉淀生成。硫化物沉淀法 該方法是通過向廢水中投加硫化劑, 使金屬離子與硫化物反應, 生成難溶的金屬硫化物沉淀從而得以分離的方法。硫化劑可采用硫化鈉、硫化氫或硫化亞鐵等。此法的優點是生成的金屬硫化物的溶解度比金屬氫氧化物的溶解度小, 處理效果比氫氧化物沉淀更好, 而且殘渣量少,含水率低, 而且反應的pH值在79之間，處理后的廢水一般不用中和，便于回收有用金屬。缺點是硫化物價格高，硫化物沉淀物顆粒小，易形成膠體；硫化物沉淀

23、劑本身在水中殘留，遇酸生成硫化氫氣體，產生二次污染。為了防止二次污染問題，英國學者研究出了改進的硫化物沉淀法，即在需處理的廢水中有選擇性的加入硫化物離子和另一重金屬離子(該重金屬的硫化物離子平衡濃度比需要除去的重金屬污染物質的硫化物的平衡濃度高)。由于加進去的重金屬的硫化物比廢水中的重金屬的硫化物更易溶解，這樣廢水中原有的重金屬離子就比添加進去的重金屬離子先分離出來， 同時防止有害氣體硫化氫生成和硫化物離子殘留問題。鐵氧體法 鐵氧體是由鐵離子、氧離子以及其它金屬離子所組成的氧化物, 是一種具有鐵磁性的半導體。鐵氧體技術是根據生產鐵氧體的原理發展起來的，利用鐵氧體反應, 把廢水中的二價或三價金屬

24、離子,充填到鐵氧體尖晶石的晶格中去, 從而得到沉淀分離的方法。在含Cr廢水中加入過量的FeSO4 ，使Cr6+ 還原成Cr3+ ，Fe2+氧化成Fe3+ ，調節pH值至8左右，使Fe離子13Cr離子產生氫氧化物沉淀。通入空氣攪拌并加入氫氧化物不斷反應，形成鉻鐵氧體。鐵氧體法形成的污泥化學穩定性高，易于固液分離和脫水。鐵氧體法除能處理含Cr廢水外，特別適用于含重金屬離子的電鍍混合廢水 。鐵氧體法具有設備簡單、投資少、操作簡便、不產生二次污染等優點。但在形成鐵氧體過程中需要加熱(約70。C)，能耗較高，處理后鹽度高，而且有不能處理含Hg和絡合物廢水的缺點。 2.電解法 電解法是利用金屬的電化學性質

25、，金屬離子在電解時能夠從相對高濃度的溶液中分離出來，然后加以利用。按照陽極類型不同, 將電解法分為電解沉淀法和回收重金屬電解法兩類。電解法主要用于電鍍廢水的處理，具有去除率高、無二次污染、設備簡單、占地小、操作管理方便、而且可以回收有價金屬所沉淀的重金屬可回收利用等優點。大約有3O多種廢水溶液中的金屬離子可進行電沉積。電解法是一種比較成熟的處理技術，能減少污泥的生成量，且能回收Cu、Ag、Cd等金屬，已應用于廢水的治理。這種方法的缺點是水中的重金屬離子濃度不能降得很低、電耗大、出水水質差、廢水處理量小。所以，電解法不適于處理較低濃度的含重金屬離子的廢水。近年來， 電解法迅速發展，并對鐵屑內電解

26、進行了深入研究，利用鐵屑內電解原理研制的動態廢水處理裝置對重金屬離子有很好的去除效果。物理化學法離子交換法 離子交換法是利用離于交換劑的交換基團, 與廢水中的金屬離子進行交換反應, 將金屬離子置換到交換劑上予以除去的方法。推動離子交換的動力是離子間濃度差和交換劑上的功能基對離子的親和能力，多數情況下離子是先被吸附，再被交換，離子交換劑具有吸附、交換雙重作用。用離子交換法處理重金屬廢水, 如Cu2+ 、Zn2+ 、Cd2+ 等, 可以采用陽離子交換樹脂; 而以陰離子形式存在的金屬離子絡合物或酸根(HgCl2- 、Cr2 O72 -等) , 則需用陰離子交換樹脂予以除去。幾年來，國內外學者就離子交

27、換劑的研制開發展開了大量的研究工作 ，應用的離子交換劑有離子交換樹脂、沸石、膨潤土。膜分離技術 膜分離法包括反滲透法、電滲析法、擴散滲折法、液膜法和超濾法等。膜分離技術是利用一種特殊的半透膜，在外界壓力的作用下，不改變溶液中化學形態的基礎上，將溶劑和溶質進行分離或濃縮的方法，由于膜過濾技術具有分離效率高、節能、設備簡單、操作方便等優點，使其在廢水處理領域有很大的 HYPERLINK /fazhan/ 發展潛力。但由于 HYPERLINK /gongxue/ 工業廢水往往含有酸、堿、油等物質，處理條件比較苛刻，因此，處理廢水使用的膜必須具有較好的材料性能，從而在苛刻的條件下保持良好的分離性能和較

28、長的使用壽命。從這方面來看，開發抗污染等性能優良的過濾膜具有重要的戰略意義。吸附法 該方法是利用吸附劑表面活性對重金屬的吸引將廢水中的重金屬離子除去的方法。吸附劑種類很多，常用的有活性炭，活性炭可以同時吸附多種重金屬離子，吸附容量大。但活性炭價格貴，使用壽命短，需再生，操作費用高。吸附法由于占地面積小、工藝簡單、操作方便、無二次污染, 特別適用于處理含低濃度金屬離子的廢水。生物化學法生物絮凝法 生物絮凝法是利用微生物或微生物產生的代謝物進行絮凝沉淀的一種除污方法 。微生物絮凝劑是一類由微生物產生并分泌到細胞外、具有絮凝活性的代謝物，一般由多糖、蛋白質、DNA、纖維素、糖蛋白和聚氨基酸等高分子物

29、質構成，分子中含有多種官能團，能使水中膠體懸浮物相互凝聚沉淀。由于多數微生物具有一定線性結構，有的表面具有較高電荷或較強的親水性，能與顆粒通過各種作用相結合，起到很好的絮凝效果。目前開發出具有絮凝作用的微生物有細菌、霉菌、放線菌、酵母菌和藻類等共l7種。其中對重金屬有絮凝作用的有l2種。王國惠 從活性污泥中篩選到一株產絮凝劑的菌株WJ2100。該菌株產絮凝劑的適宜pH為6.5，對Na+、K+、Ca2+和Fe3+ 均有較好的促絮凝作用，Ca2+ 尤為顯著?？到ㄐ鄣冗M行了生物絮凝劑Pullulan絮凝水中Pb2+的試驗，探討了Pullulan與電解質A1Cl3+的復合比、絮凝溶液pH值以及初始Pb

30、2+濃度對絮凝效果的影響。結果表明，在PullMan與A1C13+用量比為4：11、溶液pH值為657、Pb2+初始濃度為10、25、60和100 mgL時，分別投加8、25、40、80 mgL的Pullulan，對Pb2+的去除率可達最高，分別為7386 、7630 、7707 和8119 。6次重復性試驗表明，PullMan的絮凝效果具有較高的穩定性。生物絮凝法具有無機絮凝劑和合成有機絮凝法無法比擬的優點，處理廢水安全方便無毒、不產生二次污染、絮凝效果好，雖然當前也存在著生產成本較高、活體絮凝劑保存困難、難以進行工業化生產的難題，大部分生物絮凝劑還處于探索研究階段，但微生物可以通過遺傳工程

31、、馴化或構造出具有特殊功能的菌株。因此微生物絮凝法具有廣闊的發展前景。植物修復法 植物修復法是指利用高等植物通過吸收、沉淀、富集等作用降低已有污染的土壤或地表水的重金屬含量， 以達到治理污染、修復環境的目的。植物修復法是利用生態工程治理環境的一種有效方法，它是生物技術處理企業廢水的一種延伸。利用植物處理重金屬，主要有三部分組成：利用金屬積累植物或超積累植物從廢水中吸取、沉淀或富集有毒金屬利用金屬積累植物或超積累植物降低有毒金屬活性，從而可減少重金屬被淋濾到地下或通過空氣載體擴散利用金屬積累植物或超積累植物將土壤中或水中的重金屬萃取出來，富集并輸送到植物根部可收割部分和植物地上枝條部分。通過收獲

32、或移去已積累和富集了重金屬植物的枝條，降低土壤或水體中的重金屬濃度。 在植物修復技術中能利用的植物有藻類植物、草本植物、木本植物等。植物修復法與其他的方法相比具有技術和經濟上的雙重優勢，實施較簡便、成本較低 和對環境擾動少。種植植物不僅可以凈化和美化環境，而且在清除土壤中重金屬污染物的同時，可以從富含金屬的植物殘體中回收貴重金屬，取得直接的經濟效益。缺點是治理效率較低，不能治理重污染土壤。1.3 含鋁廢水的處理方案 1.3.1 含鋁廢水合成銨明礬實驗過程 從某工廠鋁型材車間取得實際酸洗廢水樣，分析得知：AI3+含量為20.95 g/L；H+為4.09 mol/L；SO42-為423.77 g/

33、L。 取廢水樣100 mL，逐滴加入0.7 mol/L 的(NH4)2SO4溶液，直到不再出現沉淀為止，此時恰好需(NH4)2SO4溶液100 mL；然后過濾反應液，干燥濾渣、稱重，得31.05 g銨明礬NH4Al(SO4)2。對過濾后的上清液分析得出：AI3+ 含量為1.81 g/L；SO42-含量為172.03 L。由此可算出鋁的回收率為91.36 。 將過濾后的上清液加熱煮沸15 min，然后置于容器中，在60C的溫度下加入N H3，將溶液的pH值調至910，使其進行反應；待反應完畢后，蒸發溶液，至結晶析出為止；結晶物為硫酸銨(NH4)2SO4，冷卻、干燥后，重量為23.76 g，產品純

34、度為99.7。因此，在合成銨明礬的過程中，實際上只消耗了NH3。銨明礬純度分析 銨明礬的分子式為NH4Al(SO4)2，稱取制得的銨明礬2.0357 g溶于適量的水中。分別測得各物質含量Al3+ 0.2306 g；SO42-1.6282 g；NH4+O.1544 g Al3+/SO42-=0.2306/1.6282=27/962 Al3+/NH4+ =0.2306/O.1544=27/18 分子組成比NH4+ ：Al3+：SO42-=1：1：2， 所以，銨明礬的純度為：（0.2306+1.6282+0.1544)/2.0357100%=98.89% 1.3.2 含鋁廢水制備超細氧化鋁實驗方法和

35、結果 SiO2的溶解度與pH值的關系，如表1所示。由表1可知，SiO2的溶解度在pH10.50，生成物以三水氧化鋁或三水氧化鋁和擬薄水鋁石混合物為主，當PH在10.50，以擬薄水鋁石為主，當PH9.0時，生成物基本上為絲鈉鋁石。因此本實驗通過CO2轉子流量計控制CO2流量為0.1m3/h左右，PH值在1011之間，得到了叫為理想的擬薄水鋁石。老化、灼燒過程的影響：在通常條件下，老化PH值對水合氧化鋁晶型及擬薄水鋁石質量影響較大。本實驗財通三水鋁石在500 左右灼燒，得到活性氧化鋁。用生物顯微鏡觀察產品的外觀形狀，為白色球狀。 1.3.5利用鋁制品漂洗廢水制備堿式氯化鋁 實驗原理 鋁制品漂洗排放

36、廢水成分主要是鋁和氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉，用鹽酸中和生成氫氧化鋁絮狀沉淀，在用鹽酸生成氯化鋁。NaAlO2+HCl+H2O=Al(OH)3+NaCl Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O 堿性氯化鋁是氯化鋁和氫氧化鋁之間的中間水解產物，羥基的多少會影響堿式氯化鋁的聚合度，從而影響到產品的凝聚能力和混凝效果。堿式氯化鋁中羥(OH)的多少用鹽基度表示。 鹽基度=1OH3Al100，式中OH、A1分別為羥基、鋁的摩爾濃度。AlCl3+Al(OH)3 = Al2(OH)3Cl3 最后調整反應產物的鹽基度，即得到堿式氯化鋁。工藝流程加入硫酸溶液加入NaOH溶液漏斗過濾 工業廢水 清夜排出廢液

37、PH在69 靜置一小時溶液中出現絮狀沉淀用PH試紙測的試劑PH范圍在68取下燒杯，冷卻自然結晶成硫酸鋁電爐上蒸發沉淀溶解放在石棉網上加熱加入硫酸溶液得到Al（OH）3沉淀抽濾 圖 1.1 制備硫酸鋁工藝流程2.實驗部分2.1 實驗試劑實驗所用試劑見表2.1。 表2.1 實驗試劑藥品名稱分子式廠家純度氫氧化鈉NaOH沈陽化學試劑廠分析純無水碳酸鈉Na2CO3沈陽市試劑五廠分析純磷酸三鈉Na3PO412H2O沈陽市試劑五廠分析純氨水NH4OH沈陽市東陵區紅日化工廠分析純硝酸HNO3沈陽市新化試劑廠分析純硫酸H2SO4沈陽化學試劑廠分析純鋁粉Al沈陽市東興試劑廠分析純硫酸鎂MgSO47H2O沈陽市試

38、劑一廠分析純鄰苯二酚紫C9H14O7S天津市化學試劑研究所分析純抗壞血酸C6H8O6沈陽東興試劑廠分析純1.10菲啰啉C12H8N2H2O沈陽市試劑三廠分析純氯化鉀KCl沈陽市試劑四廠分析純2.2 實驗儀器實驗所用儀器見表2.2表2.2 實驗儀器實驗儀器使用數量燒杯（1000 ml）1（個）燒杯（50 ml,100 ml,200 ml)若干容量瓶 （50 ml，100 ml）若干容量瓶（250 ml）5（個）錐形瓶（200 ml）5（個）移液管（1 ml,5 ml,10 ml）2（只）量筒（10 ml,25 ml,50 ml,100 ml）1（個）滴管3（個）洗瓶1（個）藥匙1（個）漏斗1（個

39、）吸耳球1（個）精密PH試紙若干鐵架臺1（臺）721型分光光度計1（臺）PHS-3B精密PH計廠家1（臺）續表2.2實驗儀器使用數量分析天平1（臺）2.2 廢水水樣的測定 2.2.1 水樣PH的測定實驗儀器與試劑：PHS-3B精密PH計，容量瓶（250 ml）兩支，燒杯（100 ml） 三個，PH4.00的標準緩沖溶液，PH6.86的標準緩沖溶液， 3mol/L的KCl溶液。實驗步驟：標準緩沖溶液的配置 準備好配置標準緩沖溶液所需的化學試劑，檢查包 裝袋上注明的試劑名稱、25 的pH值、配制溶液的體積（250 ml）和生產廠家等。取出PH 4.00的化學試劑的包裝袋，剪開上端一角，將試劑倒入燒

40、杯中。用少量純水沖洗包裝袋的內表面，將袋中殘余部分洗入燒杯，重復三次。向燒杯內加注純水，一直到約80 ml100 ml，用玻璃棒攪動直至試劑全部溶解，將溶液轉移到250 ml的容量瓶內；用20 ml30 ml純水清洗燒杯，并將清洗液轉移到容量瓶中，如此重復3次，最后定容。在配制完成的標準緩沖溶液的容量瓶上，貼好標簽，標簽上標注標準緩沖溶液的PH為4.00。同樣步驟配置出PH 6.86的標準緩沖溶液，定容后在容量瓶上作出標定。PH計的矯正 將3 mol/L的氯化鉀放入復合電極中作為傳導介質，接通電源，打開開關，并將功能開關置PH檔，接上復合電極預熱20 min，溫度補償器置于被測溶液溫度的刻度上

41、。使用時把斜率旋鈕刻度置于100%處，用去離子水清洗沖洗復合電極，再用濾紙將其擦干。然后將PH 6.86標準溶液25 ml倒入已用水洗凈并擦干的塑料燒杯中，洗滌燒杯和復合電極后倒掉，再加入20 ml PH 6.86標準溶液于塑料燒杯中，將復合電極插入于溶液中，輕輕搖晃燒杯使得液面晃動，用儀器定位旋鈕，調至讀數6.86，直到穩定。把電極從PH 6.86的標準緩沖溶液中取出，用去離子水清洗干凈，并用濾紙吸干，插入PH 4.00的標準緩沖溶液中，再調節斜率旋鈕，使儀器顯示4.00。水樣的PH的測定 將水樣稀釋一定的倍數，用精密PH試紙測試水樣PH值大于1，小于9，將復合電極從緩沖溶液取出，用去離子水

42、清洗，然后用濾紙將水分吸干，將電極放入裝有一定量的稀釋水樣的燒杯中，慢慢轉動燒杯，注意不要讓電極接觸到容器壁或容器底。多次測量，取得平均值。緩沖溶液的保存與使用 緩沖溶液用帶蓋試劑瓶保存，瓶蓋蓋嚴。在常溫下保存和使用標準緩沖溶液時，應避免太陽直射。發現標準緩沖溶液中有渾濁、沉淀出現，應立即停止使用，重新配制。使用中注意事項如果儀器不關機，可以連續測定，一旦關機就要校準。但12小時即使不關機也必須校準一次。PH計在進行PH值測量時，要保證電極的球泡完全進入到被測量介質內，這樣才能獲得更加準確的測量結果。玻璃電極放入待測溶液測量時，輕輕轉動燒杯，使得液面晃動，但要注意不要碰到玻璃壁和玻璃底，否則電

43、極容易損壞并且造成所測量的數值不準確。結果討論 水樣稀釋不同倍數的PH值，見下表2.3，表 2.3 不同水樣PH值稀釋倍數48163060PH值1.001.351.441.541.65 根據計算可以得到，原水樣的PH值為0.40，根據PH值與濃度的關系： PH = - lgC可以得到原水樣中H+的濃度是0.3981 mol/L,由圖2.1可以看出，隨著稀釋倍數的增加，PH值的增加慢慢趨于平緩。圖 2.1 稀釋水樣PH值 2.2.2 水樣中鋁含量的測定實驗儀器：722分光光度計，250 ml容量瓶三個，50 ml和100 ml容量瓶 若干，100 ml燒杯若干，平底燒瓶若干，1 ml和5 ml的

44、移液管。 實驗試劑：硝酸（1:1）溶液，七水硫酸鎂，抗壞血酸，1.10菲啰啉，鋁粉，鄰苯二酚紫， 碳酸氫鈉。所需溶液的配置酸化水 將2.0 ml的硝酸放入500 ml的去離子水中。鋁標準儲備溶液:1000 mg/L 稱取50 mg鋁粉(精確至士0.5 mg)，加人少量水和0.5 mL硝酸溶液，使鋁溶解在50 ml容量瓶中，等溶解完全，用水稀釋到刻度。 鋁標準溶液 ：10 mg/L 移取1.0 m L鋁儲備溶液置于100 ml容量瓶中，然后用酸化水稀釋到刻度。混合試劑 取0.5 ml硝酸放人一個100 ml塑料燒杯中，加人約35 ml水。在上述溶液中，加人12.5 g 七水硫酸鎂(MgS047H

45、20),2.5 g 抗壞血酸，0.125 g 1 ,10一菲哆琳(一水合物)(C12H8N2H2O)和2.5 ml鋁標準溶液。然后轉移到100 ml容量瓶中，用水稀釋至刻度。鄰苯二酚紫溶液：0.5 g/L 將0.025 g鄰苯二酚紫放在燒杯中加入10 ml離子水，溶解之后放入50 ml的容量瓶中，用水稀釋至刻度。六次甲基四胺緩沖溶液 稱取105 g六次甲基四胺在燒杯中用100 ml的去離子水溶解，待溶解后放入250 ml容量瓶中定容。標準參比溶液的制備 分別用移液管移取0 ml(空白)，1.00 ml,2.00 ml,3.00 ml,4.00 ml,5.00 ml的鋁標準溶液，置于100 ml

46、容量瓶中，用酸化水稀釋至刻度。顯色 分別吸取25.00 ml的標準參比溶液于100 ml的燒杯中，在各個燒杯中按照以下的順序加入試劑，每加入一種后均要要均。1.0 ml混合試劑；1.0 ml鄰苯二酚紫溶液；5.0 ml六次甲基四胺緩沖溶液。 分別用標簽標定05號，放置15 min后用分光光度計在波長580 nm處，測定出各個溶液的吸光值，其實酸化水作為參比溶液，即0號。整個測量應在1 h之內完成，測量之前分光光度計先預熱20 min。實驗結果 通過分光光度計測得的各個鋁標準溶液所對應的吸光度值，見下表2.4 表 2.4 （名稱）所取標液012345吸光度00.10.150.2550.380.5

47、8 將水樣稀釋100倍，吸取25 ml的水樣置于100 ml的燒杯之中，加入顯色試劑，1.0 ml混合試劑；1.0 ml鄰苯二酚紫溶液；5.0 ml六次甲基四胺緩沖溶液,搖勻后靜置15 min，然后按照標準溶液的測定方式，測出水樣的吸光度值為0.175。結果計算 樣品中鋁的含量以質量濃度A1，按照式2.2.2計算A1 = ( AS-ASO)式中：AS 水樣的吸光值；ASO空白的吸光值； 校準曲線的斜率。 A1 的誤差在校準曲線的5%。 測得水樣的吸光度是0.175，根據算式2.2.2，可以得到廢水在稀釋100倍后鋁含量為224 gL-1,從而可以得到原廢水的含鋁量是0.8296 mol/L。

48、2.2.3 廢水主要指標 測得原廢水的各項指標，見表2.5。表 2.5 原廢水的指標指標Al3+（mol/L）PH值值0.82960.42.3 實驗過程 2.3.1 化學沉淀法實驗原理 由于鋁在不同的pH值溶液中的存在方式不同，其中以pH值為6.58.5時，溶解度最小，Al（OH）3以膠狀沉淀的形式存在于水中。在偏酸性溶液中以游離Al3+形式存在，在堿過量的情況下，Al（OH）3會和氫氧根離子反應，生成AlO2，反應式如下： Al3+ 3OH Al（OH）3 Al（OH）3+OH AlO2+2H2O 上述結果中已經知道原廢水中的含鋁量為0.8296 mol/L，則經過計算在100 ml的原水中

49、應該加入的NaOH的理論值是13.27 g,由于水樣本身呈酸性，則實際值應比理論值多，用來中和廢水中的酸，在逐漸加入氫氧化鈉溶液的過程中，廢水中先生成乳白色的 Al（OH）3膠狀沉淀，隨著氫氧化鈉加入過量，沉淀逐漸消失，由于原水樣中含有鐵離子，會和氫氧化鈉生成棕紅色的Fe（OH）3沉淀，可在最后用漏斗過濾，除去。實驗儀器與試劑儀器：燒杯，玻璃棒，天平，藥匙，量筒，漏斗，濾紙，鐵架臺；試劑：氫氧化鈉，6 mol/L硫酸。實驗步驟先稱取14.86 g的氫氧化鈉溶解于100 ml的水中，在另一燒杯中裝取100 ml的原水樣，將溶解好的氫氧化鈉溶液用玻璃棒緩緩引流到水樣之中，同時要進行攪拌，在引流的過

50、程中，會有大量的白色膠乳裝沉淀生成，然后逐漸溶解，過程中放出大量的熱，最后液體中會剩有少量的棕紅色沉淀。將放有濾紙的漏斗安裝在鐵架臺上，用玻璃棒緩緩引流，將上述帶有棕紅色沉溶液過濾，除去沉淀，得到清夜。向清夜中緩緩注入20 ml的6 mol/L H2SO4，用玻璃棒攪拌，攪拌中會出現少量的白色乳狀沉淀，注入的過程中用PH試紙確保溶液的PH值的范圍在68之間。將溶液靜置1個小時，溶液分層，此時達到了Al（OH）3沉淀析出的最佳時間。將上層清夜小心出去，留下底部的沉淀部分，即為Al（OH）3沉淀。注意事項 實驗中氫氧化鈉一定要加過量，使得Al（OH）3沉淀生成后在逐漸溶解，這樣可以確保廢水中的鋁離

51、子完全的反應。加入氫氧化鈉的實際值一定要比理論值高，高出的部分是用來綜合原廢水中的酸，由于原廢水中的H+的濃度可知是0.3981 mol/L，經計算，對加入的氫氧化鈉應該是1.6 g，所以實際加入氫氧化鈉的量是14.87 g。并且在實驗過程中要注意PH值的控制，要使得PH值達到69之間，才能符合國家的排放標準，可以排放。 2.3.2 硫酸鋁的制備實驗原理 用上述化學沉淀法制得的Al（OH）3沉淀和硫酸反應，可制得硫酸鋁，反應的化學方程式：2Al（OH）3+3H2SO4=Al2（SO4）3+6H2O 將含鋁量為0.8259 mol/L作為理論值，加入的6 mol/L H2SO4的體積是20.65

52、 ml。反應結束后，冷卻結晶可得到Al2（SO4）318 H2O。在經過重結晶可得到高純度的Al2（SO4）318 H2O晶體。實驗儀器和試劑儀器：燒杯，玻璃棒，量筒，電爐（石棉網）試劑：6 mol/L H2SO4，Al（OH）3沉淀實驗步驟用量筒量取20 ml的6 mol/L H2SO4溶液，緩緩注入上述帶有Al（OH）3沉淀的燒杯中，并不斷地用玻璃棒攪拌，使得溶液充分混合。將燒杯放在電爐上的石棉網上加熱，用玻璃棒順時針攪動，使得沉淀快速溶解并且反應完全。如果溶液中仍舊有少量的沉淀，可用膠頭滴管逐滴滴加H2SO4，直到沉淀完全溶解。將溶液繼續放在電爐上加熱，將多余的水分蒸發，利于之后的結晶。

53、將燒杯取下，在室溫下冷卻結晶，結晶時間在10個小時以上。結晶出的除了Al2（SO4）318 H2O，還有少量的NaOH晶體，加入少量水，進行重結晶，最后可得到高純度的Al2（SO4）318 H2O晶體。處理后水樣按照2.2.1,2.2.2檢測處理后的水樣指標，結果見表2.6。硫酸鋁的產率 實驗結束后，稱的重結晶后的硫酸鋁Al2（SO4）318 H2O晶體為2.4941 g，產率為90.69%。2.4 其他方法制得硫酸鋁 2.4.1 用碳酸鈉代替氫氧化鈉實驗原理 碳酸鈉是一種強堿弱酸鹽，本身帶有堿性，和原廢水中的鋁離子反應可生成Al（OH）3沉淀，同時放出大量的二氧化碳。加入過量的碳酸鈉可以使得

54、廢水中的鋁離子反應完全。反應離子式：CO32- + H2O CO2 + 2OH- Al3+ 3OH Al（OH）3實驗儀器 燒杯，量筒，玻璃棒，天平實驗試劑 碳酸鈉溶液，6 mol/L H2SO4，實驗步驟取15.30g的碳酸鈉溶解在100 ml的水中，溶解后用玻璃棒引流緩緩注入100 ml的水樣中，同時用玻璃棒順時針攪動，確保反應充分，攪動是會產生大量的熱和伴有氣泡的生成。靜置一小時后，會發現有明顯的固液分離將上層清夜濾掉，向燒杯中加入20 ml 6 mol/L的 H2SO4在電爐上加熱，同時用玻璃棒攪拌，直至沉淀完全溶解。若還有未溶解的沉淀，可適當滴入H2SO4，直到溶液完全澄清。在電爐上

55、蒸發掉多余水分，將燒杯取下，在室溫下冷卻結晶，結晶時間在10個小時以上。由于碳酸鈉加的過量，結晶后除了硫酸鋁Al2（SO4）318 H2O晶體，還會有大量的碳酸鈉晶體析出，加入少量的水進行重結晶。處理后水樣按照2.2.1,2.2.2檢測處理后的水樣指標，結果見表2.6。 2.4.2 用氨水代替氫氧化鈉實驗原理 氨水是一種弱堿，可與廢水中的鋁離子生成Al（OH）3沉淀，離子式：NH3H2O NH4+ + OH-Al3+ 3OH Al（OH）3H+ + OH- H2O 由于上式中可以看出，氨水與廢水中的鋁離子反應消耗了其3倍的量，加上與廢水中的酸反應消耗了1 mol。則所加的氨水量和鋁離子的含量應

56、為4:1的關系，但由于氨水極易揮發，應加入過量。實驗儀器 燒杯，量筒，玻璃棒，天平。實驗試劑 氨水，6 mol/L H2SO4.。實驗步驟 在通風櫥內，取23.60 ml的氨水稀釋至100 ml，然后緩緩注入放有100 ml廢水的燒杯中，同時進行攪拌，使得反應充分進行，加蓋靜置一個小時，按照2.4.1的實驗步驟制得硫酸鋁Al2（SO4）318 H2O晶體。處理后水樣按照2.2.1,2.2.2檢測處理后的水樣指標，結果見表2.6。 2.4.3 用磷酸鈉代替氫氧化鈉實驗原理 磷酸鈉在水溶液中呈堿性，可以與廢水中的鋁離子反應生成磷酸鋁和氫氧化鋁。磷酸鋁呈現白色，不溶于水。固液分離后的沉淀含有兩種沉淀

57、，不易分離。反應離子式：PO43- + H2O OH- + HPO42-Al3+ + 3OH Al（OH）3Al3+ + PO43- AlPO4實驗儀器燒杯、天平、抽濾裝置、玻璃棒、量筒。實驗試劑磷酸三鈉，6 mol/L H2SO4.。實驗步驟 取100廢液于500ml燒杯中，量取磷酸三鈉固體11.6g溶于100ml水中。將磷酸三鈉溶液緩緩倒入裝有廢液的燒杯中，同時用玻璃棒攪拌，使反應充分進行，加蓋靜置一小時后，使得固液分離。然后按照2.2.1,2.2.2檢測處理后的水樣指標，結果見表2.6。表 2.6 排除液體的指標藥品NaOHNa2CO3氨水Na3PO4Al3+（mol/L）0.0660.

58、0540.0870.043PH值6.509.009.438.59 3. 結果與討論3.1 鋁標準曲線的繪制 廢水中鋁含量的分析采用分光光度法，在580 nm波長下用721分光光度計測得鋁標準溶液在100 gL-1,200 gL-1,300 gL-1,400 gL-1,500 gL-1濃度內透過率，橫坐標為鋁的質量溶度A1為橫坐標，對應的標準溶液的吸光值A為縱坐標，繪制標準曲線，如圖3.1所示。 圖3.1 鋁含量的標準曲線 通過線性擬合，該標準曲線方程為Y = 0.105X -0.06 (其中Y為吸光度，X為鋁的質量濃度）。結果表明，鋁濃度在200500gL-1的范圍內，線性關系良好?？梢酝扑愠?/p>

59、，水樣在吸光度值為0.175是所對應的質量濃度是224 gL-1。原廢水的鋁含量為0.8296 mol/L。3.2 試劑量的控制 在2.2.1中已知原水的PH值為0.40，由于原廢水顯酸性，所以在2.3.1中的中和沉淀堿的量需為過量，則加入的過量的堿的計算方法如下： PH = - lgC C = 1/10PH = 1/100.4 =0.3981 mol/L 由于H+ + OH- H2O，則氫氧化鈉和氫離子的比例應為1:1的關系，100 ml的水樣中，含有氫離子0.03981 mol，同樣需要0.03981 mol的氫氧化鈉進行中和，即 為1.5924 g。氫氧化鈉與鋁離子的反應過程是先生成Al

60、（OH）3沉淀，當氫氧化鈉過量時，Al（OH）3繼續和OH 離子反應生成AlO2，反應離子式： Al3+ 3OH Al（OH）3 Al（OH）3+OH AlO2+2H2O所以，氫氧化鈉和水中鋁離子的含量的關系比為4：1，即加入13.27 g?？偟牧繛?4.8624 g。 同理，碳酸鈉和氫離子的比例為1:2的關系，與鋁離子是3:2的關系，則加入碳酸鈉的質量應為15.30 g。 過后加入6 mol/L的H2SO4進行溶解，反應離子式：H2O + H+ + AlO2 = Al（OH）3 3H2SO4 +2Al（OH）3 = Al2(SO4)3 +6H2O 上式可以看出，將AlO2離子全部轉換為 Al