溶剂萃取法回收利用铝抛光废酸的研究

郭晓彬

（铜陵化学工业集团有限公司，安徽 铜陵 244021）

0 引言

铝和铝合金制品被广泛应用，通过加入磷酸、硫酸、硝酸3种酸液混合而成的抛光液浸蚀铝或铝合金工件，获得光亮或镜面表面的工件，称为三酸化学抛光［1］。抛光酸多次使用后，铝在其中不断地累积，使得抛光酸失效。针对铝抛光废酸，传统处理方法是加石灰等药剂对其进行中和处理，将铝抛光废酸中磷酸、硫酸以盐的形式沉淀出来。这不仅造成资源浪费，而且产生大量含磷污泥，因此，对铝抛光废酸进行资源化利用是发展趋势。日本专利［2］提供了一种铝抛光废酸的回收处理方法，即向铝抛光废酸中加入氟化钠、氢氟酸形成冰晶石分离出来，这种方法需加入大量氟化物，成本较高，且产生的冰晶石呈胶状，分离麻烦。近年来随着技术进步，中和法、溶剂萃取法、膜分离法、再生法、蒸馏法等技术［3］得到发展。

笔者采用溶剂萃取法对铝抛光废酸进行了一系列实验研究，并详细探索其作为湿法磷酸净化原料酸应用的可行性。

1 溶剂萃取法回收铝抛光废酸的实验研究

1.1 试剂及仪器

试剂：萃取剂，磷酸三丁酯，洛阳市奥达有限责任公司；湿法磷酸，安徽六国化工股份有限公司；铝抛光废酸（来自某厂不同批次），一般为稀酸，主要成分为磷酸、硫酸和铝离子，原抛光酸中硝酸量较少，且其在抛光过程中大部分被消耗，废酸中w（硝酸）不足0.1%，萃取实验时不考虑。

仪器：数显恒温水浴锅（HH型）、数显电动搅拌器（JS-1型），常州国宇仪器制造有限公司。

1.2 溶剂萃取实验方法

单级萃取实验：铝抛光废酸与萃取剂按照体积比1 ∶4在50 ℃恒温水浴中进行混合搅拌萃取，搅拌时间为30 min，搅拌转速为200 ～300 r/min；萃取完成后，静置分层，分离出上层萃取剂，加入1/5体积纯水，在60 ℃恒温水浴、搅拌时间为30 min、搅拌转速为200 ～300 r/min 条件下进行反萃取，然后静置分层，分离下层酸即得到反萃酸。

两级萃取实验：第一级萃取与单级萃取实验条件一致；第二级萃取采用第一级反萃所得萃取剂，对萃余液再萃取一次，然后加水反萃，收集所得反萃酸。

四级萃取实验：与两级萃取条件一致，重复萃取4次，收集反萃酸进行分析。

1.3 铝抛光废酸质量浓度对萃取效果的影响

为研究铝抛光废酸质量浓度对萃取效果的影响，分别采用稀酸和浓缩酸进行单级萃取实验，以反萃酸中的H3PO4萃取收率、H2SO4萃取收率和铝离子去除率来衡量萃取效果，结果见表1。

表1 铝抛光废酸质量浓度对萃取效果的影响 %

由表1 可知，采用稀酸单级萃取时，H3PO4、H2SO4的萃取收率分别为27.8%和16.8%；稀酸经真空浓缩制得浓酸后，在相同条件下进行单级萃取时，H3PO4、H2SO4的萃取收率分别为34.8%和27.9%，分别提高了7.0和11.1个百分点，即酸浓度对萃取有较大影响，H3PO4和H2SO4的萃取收率随酸浓度提高而显著增加。铝离子去除率体现萃取分离效果，酸浓度提高后，铝离子去除率有所降低，从97.1%降低至93.6%，主要是酸黏度随浓度提高，影响了萃取剂和酸两相分离效果。

1.4 萃取级数对萃取效果的影响

以铝抛光废酸浓缩酸为对象，研究了萃取级数对萃取效果的影响，结果见表2。由表2 可知，单级萃取、两级萃取、四级萃取H3PO4的萃取收率分别为32.39%、42.32%、60.57%，H2SO4的萃取收率分别为29.59%、47.01%、61.66%。H3PO4和H2SO4萃取收率随萃取级数增加而逐步提高，铝离子去除率受萃取级数影响较小。

表2 萃取级数对萃取效果的影响 %

2 铝抛光废酸在湿法磷酸净化装置中的应用

为了研究铝抛光废酸在湿法磷酸净化装置的适用性，将铝抛光废酸与湿法磷酸在湿法磷酸净化装置中进行单级萃取实验，结果见表3。第1 组原料酸为铝抛光废酸，w（P2O5）31.28%，w（SO42-）36%，w（Al3+）3.26%，w（Fe2O3）0.14%；第2 组原料酸为湿法磷酸，w（P2O5）41.83%，w（SO42-）3.18%，w（Al3+）1.02%；第3组原料酸为湿法磷酸与铝抛光废酸按照体积比9 ∶1混合所得。

表3 单级萃取时反萃酸指标 %

由表3可以看出，对铝抛光废酸进行单级萃取时，反萃酸中硫酸根含量较高，w（SO42-）高达18.42%，w（Al3+）为0.556%，萃取对铝离子的去除率为93%，反萃酸为磷酸和硫酸二元混合酸，用途受限。

将湿法磷酸与铝抛光废酸按照体积比9 ∶1 混合后进行单级萃取，所得反萃酸与湿法磷酸为原料所得反萃酸相比，w（SO42-） 从0.446%升至0.718%，硫酸根含量略有升高；原料酸中w（Al3+）虽然增加，但反萃酸中Al3+含量降低，主要是由于铝抛光废酸杂质较湿法磷酸少，掺入湿法磷酸后，萃取时更易分相；H3PO4萃取收率由31.17%变为31.11%，无明显变化。铝抛光废酸少部分替代湿法磷酸，作为磷酸净化原料酸使用，不影响萃取收率。

3 结论和建议

铝抛光废酸由于硫酸含量高，单独萃取时得到磷酸和硫酸的二元混合酸，萃取收率随铝抛光废酸浓度增大和萃取级数增加而逐步提高。在湿法磷酸净化生产工业磷酸的流程中，少量铝抛光废酸与湿法磷酸混合后作磷酸净化的原料酸，虽然会使磷酸净化所得的反萃酸中硫酸根含量有所升高，但可通过增加萃取级数和洗涤过程消除其带来的影响，生产符合要求的工业磷酸。铝抛光废酸作为湿法磷酸净化原料酸使用，不但实现资源的充分利用，还能减轻环保压力，符合循环经济的原则。