本發(fā)明涉及一種提升超聲波低溫鋁粉置換高濃度鎘溶液中鎘的置換效率的方法，屬于鍛件制造。

背景技術(shù)：

1、在鉛冶煉過程中，鉛原料中80～90％的鎘富集在煙塵、煙灰中，導(dǎo)致煙塵、煙灰中鎘含量高達(dá)15％～30％，影響到了煉鉛系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。目前，從含鎘煙灰中富集鎘的主要工藝為浸出－置換，具體是利用酸浸或水浸將煙灰中鎘化合物轉(zhuǎn)化成硫酸鎘而進(jìn)入浸出液中，再通過置換劑對(duì)浸出液中的鎘置換出來(lái)。

2、鋁粉(al)與鎘的電位差(+1.26v)大于鋅粉和鐵粉等傳統(tǒng)置換劑，利用鋁作為鎘的置換劑理論上可以得到好的置換效果。然而，現(xiàn)有技術(shù)中，鋁粉置換鎘過程在103～105℃的高溫下和40～70min的長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行，其鎘置換率也僅到89％。并且，高溫鋁粉置換鎘過程中易造成酸性有害氣體揮發(fā)會(huì)帶來(lái)液體燙傷及酸霧傷害等隱患，需采取必要的防護(hù)措施。鋁粉在溶液中處于高溫條件下會(huì)迅速釋放大量熱量，造成反應(yīng)環(huán)境溫度和壓力急劇上升并生成大量危險(xiǎn)性氣體-氫氣，易引發(fā)火災(zāi)爆炸事故，給操作環(huán)境帶來(lái)巨大安全隱患。

3、申請(qǐng)人在研究超聲波低溫鋁粉置換方法中發(fā)現(xiàn)，將鋁粉(25g/l)直接加入到鎘離子濃度為5g/l的鎘溶液中，引入超聲波，可提高鋁粉的置換效果，鎘置換率高達(dá)95.08％；然而，當(dāng)鎘溶液中鎘離子濃度高達(dá)10～30g/l時(shí)，即使引入超聲波，鎘置換率也不高于83％，并且隨鎘離子濃度增加，其鎘置換率降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)目前鋁粉置換高濃度鎘(10～30g/l)的技術(shù)方案中，即使引入超聲波，鎘置換率仍較低的問題，本發(fā)明提出一種提升超聲波低溫鋁粉置換高濃度鎘溶液中鎘的置換效率的方法，本發(fā)明嚴(yán)格控制鋁粉改性的超聲預(yù)處理時(shí)間和ph值以去除鋁粉表面氧化鋁膜并改變鋁粉表面結(jié)構(gòu)，以表面改性鋁粉為鎘置換劑，可實(shí)現(xiàn)低溫、低鋁粉耗量條件下高效置換高濃度鎘溶液中鎘，提升鎘的置換效率(鎘置換率達(dá)95％以上)。

2、一種提升超聲波低溫鋁粉置換高濃度鎘溶液中鎘的置換效率的方法，具體步驟如下：

3、(1)將鋁粉加入到酸性溶液中，在溫度20～70℃、ph值0.5～3條件下進(jìn)行超聲波改性預(yù)處理60～240s，得到表面改性鋁粉；所述超聲波功率密度為100～500w/l；

4、(2)表面改性鋁粉加入到高濃度鎘溶液中，在室溫下進(jìn)行超聲波鎘置換，得到高鎘渣和置換后液，通過鎘的置換率函數(shù)估算鎘置換率；所述高濃度鎘溶液中鎘含量為10～30g/l。

5、優(yōu)選的，所述步驟(1)酸性溶液為硫酸溶液。

6、優(yōu)選的，所述步驟(2)表面改性鋁粉與高濃度鎘溶液的固液比g:l為8～20:1。

7、優(yōu)選的，所述步驟(2)超聲波功率密度為100～300w/l，鎘置換時(shí)間為30～90min。

8、所述步驟(2)鎘的置換率函數(shù)為：

9、m＝88.43-0.009x1+0.85x2+0.002x3+0.15x4-0.005x5

10、式中，m為鎘置換率，單位為％；x1為鋁粉進(jìn)行超聲波改性預(yù)處理時(shí)間，單位為s；x2為ph值；x3為超聲波的功率，單位為w/l；x4為改性預(yù)處理溫度，單位為℃；x5為鎘含量，單位為g/l。

11、本發(fā)明提升超聲波低溫鋁粉置換高濃度鎘溶液中鎘的置換效率的原理：(1)精準(zhǔn)控制預(yù)處理時(shí)間，實(shí)現(xiàn)表面改性鋁粉釋放電子迅速，使高濃度鎘溶液保持低電位、高還原性氛圍：向高濃度鎘溶液中加入表面改性鋁粉(超聲波改性處理360s)，由于內(nèi)部鋁不斷釋放電子而不受鋁氧化膜的限制，高濃度鎘溶液的電位迅速降低(圖1)；當(dāng)向高濃度鎘溶液中加入未經(jīng)表面改性鋁粉時(shí)，因?yàn)殇X氧化膜的包裹使電子難以逸出，高濃度鎘溶液的電位在反應(yīng)開始后的240s內(nèi)基本保持不變，延長(zhǎng)時(shí)間到600s后緩慢下降，但仍然無(wú)法達(dá)到采用表面改性鋁粉的水平；因此控制超聲波改性時(shí)間為60～600s，優(yōu)先選擇60～240s；(2)精準(zhǔn)控制預(yù)處理ph值，實(shí)現(xiàn)氧化鋁膜有效被酸性溶液腐蝕，僅僅改變鋁粉表面結(jié)構(gòu)(蓬松不致密)，并且不破壞內(nèi)部鋁粉結(jié)構(gòu)：酸性溶液ph太低，氧化鋁膜被腐蝕的同時(shí)鋁粉內(nèi)部也會(huì)與酸反應(yīng)，降低鋁粉的有效利用率；酸性溶液ph較高，氧化鋁膜的去除率低，且容易發(fā)生水化反應(yīng)形成鋁水合物，導(dǎo)致鋁粉易團(tuán)聚，降低鋁粉的置換效果，因此控制預(yù)處理ph為0.5～5，優(yōu)先選擇1～2。

12、本發(fā)明的有益效果是：

13、本發(fā)明嚴(yán)格控制鋁粉改性的超聲預(yù)處理時(shí)間和ph值以去除鋁粉表面氧化鋁膜并改變鋁粉表面結(jié)構(gòu)，利用以表面改性鋁粉為鎘置換劑，可實(shí)現(xiàn)低溫、低鋁粉耗量條件下高效置換高濃度鎘溶液中鎘，提升鎘的置換效率(鎘的置換率達(dá)到95％以上)。

技術(shù)特征：

1.一種提升超聲波低溫鋁粉置換高濃度鎘溶液中鎘的置換效率的方法，其特征在于，具體步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述提升超聲波低溫鋁粉置換高濃度鎘溶液中鎘的置換效率的方法，其特征在于：步驟(1)酸性溶液為硫酸溶液。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述提升超聲波低溫鋁粉置換高濃度鎘溶液中鎘的置換效率的方法，其特征在于：步驟(2)表面改性鋁粉與高濃度鎘溶液的固液比g:l為8～20:1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述提升超聲波低溫鋁粉置換高濃度鎘溶液中鎘的置換效率的方法，其特征在于：步驟(2)超聲波功率密度為100～300w/l，鎘置換時(shí)間為30～90min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述提升超聲波低溫鋁粉置換高濃度鎘溶液中鎘的置換效率的方法，其特征在于：步驟(2)鎘的置換率函數(shù)為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種提升超聲波低溫鋁粉置換高濃度鎘溶液中鎘的置換效率的方法，屬于鎘資源回收領(lǐng)域。本發(fā)明將鋁粉加入到酸性溶液中，在溫度20～70℃、pH值0.5～3條件下進(jìn)行超聲波改性預(yù)處理60～240s，得到表面改性鋁粉；所述超聲波功率密度為100～500W/L；表面改性鋁粉加入到高濃度鎘溶液中，在室溫下進(jìn)行超聲波鎘置換，得到高鎘渣和置換后液，通過鎘的置換率函數(shù)估算鎘置換率；所述高濃度鎘溶液中鎘含量為10～30g/L。本發(fā)明嚴(yán)格控制鋁粉改性的超聲預(yù)處理時(shí)間和pH值以去除鋁粉表面氧化鋁膜改變鋁粉表面結(jié)構(gòu)，采用表面改性鋁粉，可實(shí)現(xiàn)低溫、低鋁粉耗量條件下高效置換高濃度鎘溶液中鎘，提升鎘的置換效率。

技術(shù)研發(fā)人員：黎氏瓊春,王天,張利波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：昆明理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17