荧光灯管玻璃中铅的机械化学硫化法回收工艺研究

发布时间：2020-04-30 18:32

【摘要】：荧光灯因其发光效率高、寿命长,逐渐在照明行业中得到广泛应用。随着荧光灯的广泛使用,废荧光灯管玻璃产生量越来越大。荧光灯管玻璃作为一种典型含铅玻璃,若不进行妥善的处理与处置必将造成环境污染和人类健康危害。本研究采用机械化学硫化法,将荧光灯管玻璃中的金属铅转化为硫化铅,再由双氧水氧化为硫酸铅,进而利用氯化钠溶液进行浸出,实现其绿色环保的回收。通过单因素实验探究影响机械化学硫化效果的关键因素,并建立相应的响应面模型;利用固相反应动力学模型探析机械化学反应机制,揭示其反应过程随球磨转速和球料比的变化规律;通过浸出动力学研究,分析机械化学硫化产物在氯化钠浸出体系中的化学反应过程变化;并通过经济价值分析对机械化学硫化荧光灯管玻璃工艺的产业化应用前景进行初步评估。具体结论如下:(1)机械化学硫化荧光灯管玻璃中铅的主要影响因素为球磨时间、球磨转速、球料比以及硫化剂添加量,玻璃中金属铅的硫化率随着球磨时间和球磨转速的增加而增大,随着球料比的增加先增大后减小,当球料比为50 g/g时,硫化率最大;而随着硫化剂添加量的增加而逐渐减小,在硫化钠的添加量为n_(Pb~(2+)):n_(S~(2-))=1:1.2,硫化率最大。最佳的工艺参数为球磨时间2 h,球磨转速750 rpm,球料比为50 g/g,硫化剂添加量为n_(Pb~(2+)):n_(S~(2-))=1:1.2,硫化率为96.18%。(2)通过进一步对球磨时间,球磨转速和球料比三个影响因素之间关系的研究,利用Delogu动力学模型建立机械硫化反应速率常数与球磨转速和球料比的响应面模型为:K=0.865-0.0023V-0.1125S+0.000278VS。使用该模型对其他情况下的反应速率常数进行预测,并与通过实验得到的实测值进行比较,发现该模型适用于该工艺,且预测值准确性较高,具有较好的使用价值。(3)利用宏观固相反应动力学模型对机械化学硫化荧光灯管玻璃中铅的反应机制进行分析,结果发现机械化学硫化荧光灯管玻璃中铅的反应机制与球磨速度密切相关:450rpm时,机械化学反应过程接近形核生成反应模型;550 rpm时,反应过程接近一阶半化学反应模型;650 rpm时,其反应过程接近二阶化学反应模型;750 rpm时,其反应过程接近一阶半化学反应模型。(4)利用双氧水作为氧化剂、氯化钠溶液作为浸出剂,对机械化学硫化后样品进行金属铅的浸出。结果发现,通过氢氧化钠溶液进行预处理后的硫化样品更加有利于双氧水的氧化。影响氯化钠溶液浸出金属铅的影响因素主要为浸出时间、浸出温度、液固比和氯化钠浓度,当浸出时间为120min,浸出温度为100℃,液固比为1:50,氯化钠浓度为25%时,金属铅的浸出率为79.72%。(5)通过对氯化钠浸出硫化后样品中金属铅的动力学研究,结果发现浸出过程中随着球磨转速的提高,浸出反应活化能逐渐减小,反应级数逐渐降低,活化能由350rpm转速下的85.88 KJ/mol变为750 rpm下的31.34 KJ/mol;反应级数由7.44减小为2.66。同时发现浸出反应过程由化学反应控制过程向化学反应和产物层扩散混和控制过程转变。(6)通过对机械化学硫化法回收荧光灯管玻璃中金属铅工艺的经济效益和环境效益分析,结果发现:通过机械化学硫化的方法回收荧光灯管玻璃中铅,转化为氯化铅产品,处理20万吨荧光灯管将收益1.44×10~3万元,同时将可减少136.36万吨的铅矿资源开发、7.2万吨原煤的消耗、260.6万吨污水的排放、1万吨二氧化硫的排放以及600.6万吨废渣的排放。
【学位授予单位】：上海第二工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X705;TF812

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