【摘要】：熒光燈因其發(fā)光效率高、壽命長,逐漸在照明行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。隨著熒光燈的廣泛使用,廢熒光燈管玻璃產(chǎn)生量越來越大。熒光燈管玻璃作為一種典型含鉛玻璃,若不進行妥善的處理與處置必將造成環(huán)境污染和人類健康危害。本研究采用機械化學硫化法,將熒光燈管玻璃中的金屬鉛轉(zhuǎn)化為硫化鉛,再由雙氧水氧化為硫酸鉛,進而利用氯化鈉溶液進行浸出,實現(xiàn)其綠色環(huán)保的回收。通過單因素實驗探究影響機械化學硫化效果的關(guān)鍵因素,并建立相應(yīng)的響應(yīng)面模型;利用固相反應(yīng)動力學模型探析機械化學反應(yīng)機制,揭示其反應(yīng)過程隨球磨轉(zhuǎn)速和球料比的變化規(guī)律;通過浸出動力學研究,分析機械化學硫化產(chǎn)物在氯化鈉浸出體系中的化學反應(yīng)過程變化;并通過經(jīng)濟價值分析對機械化學硫化熒光燈管玻璃工藝的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景進行初步評估。具體結(jié)論如下:(1)機械化學硫化熒光燈管玻璃中鉛的主要影響因素為球磨時間、球磨轉(zhuǎn)速、球料比以及硫化劑添加量,玻璃中金屬鉛的硫化率隨著球磨時間和球磨轉(zhuǎn)速的增加而增大,隨著球料比的增加先增大后減小,當球料比為50 g/g時,硫化率最大;而隨著硫化劑添加量的增加而逐漸減小,在硫化鈉的添加量為n_(Pb~(2+)):n_(S~(2-))=1:1.2,硫化率最大。最佳的工藝參數(shù)為球磨時間2 h,球磨轉(zhuǎn)速750 rpm,球料比為50 g/g,硫化劑添加量為n_(Pb~(2+)):n_(S~(2-))=1:1.2,硫化率為96.18%。(2)通過進一步對球磨時間,球磨轉(zhuǎn)速和球料比三個影響因素之間關(guān)系的研究,利用Delogu動力學模型建立機械硫化反應(yīng)速率常數(shù)與球磨轉(zhuǎn)速和球料比的響應(yīng)面模型為:K=0.865-0.0023V-0.1125S+0.000278VS。使用該模型對其他情況下的反應(yīng)速率常數(shù)進行預(yù)測,并與通過實驗得到的實測值進行比較,發(fā)現(xiàn)該模型適用于該工藝,且預(yù)測值準確性較高,具有較好的使用價值。(3)利用宏觀固相反應(yīng)動力學模型對機械化學硫化熒光燈管玻璃中鉛的反應(yīng)機制進行分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)機械化學硫化熒光燈管玻璃中鉛的反應(yīng)機制與球磨速度密切相關(guān):450rpm時,機械化學反應(yīng)過程接近形核生成反應(yīng)模型;550 rpm時,反應(yīng)過程接近一階半化學反應(yīng)模型;650 rpm時,其反應(yīng)過程接近二階化學反應(yīng)模型;750 rpm時,其反應(yīng)過程接近一階半化學反應(yīng)模型。(4)利用雙氧水作為氧化劑、氯化鈉溶液作為浸出劑,對機械化學硫化后樣品進行金屬鉛的浸出。結(jié)果發(fā)現(xiàn),通過氫氧化鈉溶液進行預(yù)處理后的硫化樣品更加有利于雙氧水的氧化。影響氯化鈉溶液浸出金屬鉛的影響因素主要為浸出時間、浸出溫度、液固比和氯化鈉濃度,當浸出時間為120min,浸出溫度為100℃,液固比為1:50,氯化鈉濃度為25%時,金屬鉛的浸出率為79.72%。(5)通過對氯化鈉浸出硫化后樣品中金屬鉛的動力學研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)浸出過程中隨著球磨轉(zhuǎn)速的提高,浸出反應(yīng)活化能逐漸減小,反應(yīng)級數(shù)逐漸降低,活化能由350rpm轉(zhuǎn)速下的85.88 KJ/mol變?yōu)?50 rpm下的31.34 KJ/mol;反應(yīng)級數(shù)由7.44減小為2.66。同時發(fā)現(xiàn)浸出反應(yīng)過程由化學反應(yīng)控制過程向化學反應(yīng)和產(chǎn)物層擴散混和控制過程轉(zhuǎn)變。(6)通過對機械化學硫化法回收熒光燈管玻璃中金屬鉛工藝的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn):通過機械化學硫化的方法回收熒光燈管玻璃中鉛,轉(zhuǎn)化為氯化鉛產(chǎn)品,處理20萬噸熒光燈管將收益1.44×10~3萬元,同時將可減少136.36萬噸的鉛礦資源開發(fā)、7.2萬噸原煤的消耗、260.6萬噸污水的排放、1萬噸二氧化硫的排放以及600.6萬噸廢渣的排放。
【學位授予單位】：上海第二工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X705;TF812

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