废合金刀头中锡的回收利用工艺研究

徐修冬，孙三洋，张彤，肖晋宜，丁德才

（斯瑞尔环境科技股份有限公司，广东惠州 516267）

金刚石刀头具有良好的切削性能，广泛地应用于矿山开采、石材加工等行业[1]，如对大理石、花岗岩、混凝土及玻化砖等材料的锯解、切割、抛光。金刚石刀头主要由超高硬度的金刚石和合金胎体材料组成，金刚石主要起磨削作用，而胎体材料则牢固把持住金刚石，使其不过早脱落。根据切削介质的不同，合金胎体材料成分差异较大，主要由铁、铜、锌、锡等金属元素组成[2]。在刀头的使用过程中，刀头与石材的接触面不断地磨损；当磨损到剩下10%～15%时，刀头就必须报废，从而产生废合金刀头，这会导致大量珍贵金属资源的浪费。因此，回收利用废合金刀头，十分必要。国内在这方面已开展了较多研究，主要集中于回收废刀头中的金刚石、铜、铁等成分[3－5]。锡是人类最早生产和使用的金属之一，广泛地应用于马口铁、焊料和合金等领域。探讨了废合金刀头中锡的回收工艺，回收得到的锡泥可供锡产业链相关厂家作为原料使用，使珍贵的金属锡再生出来并循环利用，具备一定的经济与社会价值。

1 实验部分

1.1 实验原料与仪器

1.1.1 实验原料

废合金刀头；工业盐酸，31%（以HCl 计）；三氯化铁溶液，13%（以Fe3+计）；还原铁粉，85%（以单质铁计）；工业氢氧化钠，96%；

1.1.2 实验仪器

恒温水浴锅，型号HS－26，上海尚普仪器设备有限公司；

电动搅拌机，型号HD2010W，上海司乐仪器有限公司；

pH 计，型号PHS－3E，上海仪电科学仪器股份有限公司；

循环水真空泵，型号SHZ－D（Ⅲ），上海力辰邦西仪器科技有限公司；

原子吸收分光光度计，型号WFX－200，北京北分瑞利分析仪器（集团）有限责任公司。

1.2 实验过程

1.2.1 溶解废合金刀头、置换除铜

在搅拌和加热的条件下，使用三氯化铁和盐酸的混合溶液溶解废合金刀头，而后向所得溶解液中添加还原铁粉置换除铜，过滤，所得滤液用于下一步回收锡。经测试，滤液中锡含量为3 011 mg/L。

体育法学的特殊性决定了其受众有两类：体育院系的教练和学生；法律院系对于体育法有兴趣的教授和学生。这两类受众由于知识背景和学习目的不同，对于体育法教科书的需求也有所不同。体育院系的教练和学生本身知识结构不够完善，尤其是法律常识薄弱，体育法律知识又是其工作中的必备，因此，针对这类人群所编写的教科书应注重趣味性和实用性的结合。法律院系的学生法学理论基础夯实，选择体育法只是由于兴趣，针对这部分人所编写的教科书就应当在理论上有所侧重，注重学生创新思维和学术能力的培养。目前，国内的体育法学教科书均未作此类区分。笔者认为，针对受众的区分是必要的。

1.2.2 回收锡

将滤液升温到60 ℃后，添加适量三氯化铁溶液，搅拌反应30 min，再以一定的速度滴加氢氧化钠溶液沉锡。反应完毕，过滤，得到滤液和锡泥；清洗锡泥，烘干，分别测试滤液和锡泥的锡含量。

2 结果与讨论

2.1 三氯化铁用量的影响

溶解废合金刀头后，以还原铁粉置换除铜时，为弱还原气氛，溶液中的锡由Sn4+被还原为Sn2+。查询Sn（OH）4和Sn（OH）2的Ksp 可知[6]，Sn4+更容易被OH－沉淀下来，其Ksp 如表1 所示。

表1 Sn（OH）4 和Sn（OH）2 的Ksp

因此，在加碱之前先添加三氯化铁溶液氧化Sn2+为Sn4+，有助于沉淀分离锡。取除铜后滤液到烧杯中，以250 r/min 速度搅拌，水浴加热到60 ℃后，按照氧化Sn2+所需理论量，分别添加0.8、1.0、1.2 和1.5 倍的三氯化铁溶液，继续搅拌30 min 后，在相同条件下以氢氧化钠溶液调pH 值为1.1，而后过滤，滤液测试锡含量，所得结果如图1 所示。

图1 FeCl3 用量对滤液中锡含量的影响

当FeCl3用量低于1.0 倍时，溶液中的Sn2+不能完全被氧化，在实验条件下，滤液中残留的Sn2+没有被沉降下来，导致反应后溶液中的锡含量偏高；当FeCl3用量高于1.0 倍时，滤液中锡含量变化不大，而过量的Fe3+会消耗更多的氢氧化钠，与碱反应沉淀下来的Fe（OH）3会拉低锡泥中的锡含量。因此，FeCl3的最佳用量为1.0 倍。

2.2 pH 值的影响

金属离子与碱的反应，沉淀下来的金属离子种类以及同一金属离子沉淀下来的比例，均与溶液pH 值息息相关。考察了pH 值对锡的沉降效果以及所得锡泥中的锡含量的影响。在上述相同条件下，添加1.0 倍FeCl3后，以氢氧化钠溶液分别调节溶液pH 值为0.9、1.0、1.1、1.2、1.5 和2.0，而后过滤，分别测试滤液及锡泥中的锡含量，其结果如图2 所示。

图2 pH 值对滤液及锡泥中锡含量的影响

2.3 氢氧化钠浓度的影响

氢氧化钠浓度会影响生产效率。浓度越高，生产效率越高，引入系统的水分越少；与此同时，产生局部过碱的风险增高，导致更多的杂质离子共沉淀，降低锡泥的锡含量。考察了氢氧化钠浓度对所得锡泥中锡含量的影响。在上述相同条件下，使用质量浓度为2.5%、5%、10%、20%和32%的氢氧化钠溶液，分别调节溶液pH 值为1.1，而后过滤，测试锡泥中的锡含量。其结果如图3 所示。

图3 氢氧化钠浓度对锡泥中锡含量的影响

由图3 可见，随着氢氧化钠浓度的升高，锡泥中的锡含量逐步降低。分析其原因，主要是因为沉锡所用氢氧化钠溶液的浓度越高，溶液中局部过碱的程度就越大，导致与氢氧化锡共沉淀的氢氧化铁越多。氢氧化钠浓度为5%时，锡泥中的锡含量最高，因此选择使用5%的氢氧化钠。

2.4 氢氧化钠添加速度的影响

氢氧化钠添加速度也会影响到溶液中局部的酸碱度，进而影响锡泥的锡含量。在上述相同条件下，以0.5、1.5、3.0、6.0 和10.0 mL/min 的添加速度加5%的氢氧化钠，分别调节溶液pH 值为1.1，而后过滤，测试锡泥中的锡含量。其结果如图4 所示。

图4 氢氧化钠添加速度对锡泥中锡含量的影响

随着氢氧化钠添加速度的增加，所得锡泥中的锡含量呈现先增加后降低的趋势。当添加速度为6 mL/min时，锡泥中的锡含量最高。因此，选择氢氧化钠添加速度为6 mL/min。

3 结论

3.1 使用三氯化铁与盐酸的混合溶液溶解废合金刀头，再以还原铁粉置换出铜后，使用三氯化铁氧化Sn2+，而后添加氢氧化钠溶液沉锡，回收得到了锡泥。

3.2 沉锡最佳条件为：三氯化铁用量1 倍，氢氧化钠浓度5%，氢氧化钠添加速度6 mL/min，终点pH 值1.1。

本工艺实现了废合金刀头中锡的回收，得到的锡泥可作为锡产业链相关厂家的原料，使珍贵的金属锡再生出来，循环利用，具备一定的经济与社会价值。