CP型碳质吸附剂处理柿竹园多金属矿山选矿废水试验研究

发布时间：2020-11-22 10:09

　　有色金属矿山行业是我国工业废水排放量最大的行业,有色金属选矿废水排放量大,污染物含量高且种类复杂,直接排放会对矿区周边环境产生严重危害,如何合理处理选矿废水是有色金属矿山行业亟需解决的问题。吸附法是一种应用广泛的水处理方法,目前应用的吸附剂有活性炭、树脂等,但这些吸附剂普遍存在成本高,吸附后脱附困难,脱附有机污染物转移,多次吸脱附回收使用后吸附效果变差等问题,工业化较难实现。因此,寻求一种新型绿色高效的廉价吸附剂显得十分必要。本文以廉价易得的某工业副产品作为吸附剂,即CP吸附剂,利用其对选矿废水进行吸附处理,以苯甲羟肟酸、乙硫氮和油酸钠三种选矿浮选药剂为特征污染物,探讨吸附机理。利用不同改性处理方法制备不同性质CP吸附剂,并表征改性对CP吸附剂表面结构及表面物理化学性质的影响,重点研究CP吸附剂吸附选矿废水污染物的吸附等温线、吸附速率控制过程及热力学函数计算等问题。CP吸附剂投加量、吸附时间、吸附剂粒度、pH等均会对吸附效果产生一定影响,投加量越大、吸附时间越长、吸附剂粒度越细,吸附效果越好,粒度-0.074mm吸附剂投加量为20 mg/L,恒温密封振荡吸附时间30 min,温度298 K,振荡速度150 r/min,未调节pH,此时振荡处理后选矿废水COD值为150.14 mg/L,去除率45.46%。酸改性对CP吸附剂有明显的洗孔扩容作用,CP-HNO_3和CP-H_2SO_4比表面积增至15.745 m~2/g和15.433 m~2/g;此外碱改性的CP吸附剂比酸改性具有更大的比表面积,达到17.764m~2/g。酸改性使CP吸附剂表面矿物发生溶解,使得其疏水表面更多得暴露出来,提供了更多的活性位点,同时酸改性造成CP吸附剂表面酸性基团含量增加,增加了其对极性有机污染物的吸附作用,而碱改性则会中和吸附剂表面的酸性基团,不利于对极性物质的吸附。改性后的CP吸附剂对苯甲羟肟酸、乙硫氮和油酸钠三种选矿废水污染物吸附效果显著提升。四种CP吸附剂对苯甲羟肟酸、乙硫氮和油酸钠的吸附行为均比较符合Freundlich模型,说明其吸附行为是以表层为主的多层吸附。此外,对于三种污染物,CP-H_2SO_4吸附效果最好,苯甲羟肟酸、乙硫氮和油酸钠最大吸附容量分别为4.77 mg/g、9.24 mg/g、2.26 mg/g。CP吸附剂对苯甲羟肟酸、乙硫氮和油酸钠三种选矿废水污染物的吸附均较好的符合准二级动力学模型。吸附速率的控制步骤同时包含外部液膜扩散、表面扩散以及颗粒内部扩散过程,但以表面扩散为主导作用。CP吸附剂吸附苯甲羟肟酸的活化能在15-35 kJ/mol间;吸附乙硫氮活化能在20-45 kJ/mol间;吸附油酸钠活化能在20-33 kJ/mol间,选矿废水污染物在CP吸附剂表面的吸附以物理吸附作用为主,反应活化能较小,吸附比较容易进行。热力学函数计算,苯甲羟肟酸、乙硫氮和油酸钠的△G~0都是正值,这表明CP吸附剂对选矿废水污染物的吸附过程是热力学非自发的,且对三种污染物来说,随着温度的增加,△G~0逐渐增加,△H~0为负值,说明是均为放热反应,而△S~0为负值,说明三种选矿废水污染物在CP吸附剂表面的吸附是一个热力学混乱程度减少的过程。利用改性CP吸附剂处理实际选矿废水,试验结果与改性CP吸附剂处理模拟选矿污染废水结果相吻合,改性能够明显增强CP吸附剂对选矿废水的吸附效果,并且酸处理的改性CP吸附剂对实际选矿废水的吸附效果更好,处理后的COD值为105.58 mg/L,去除率为61.65%。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O647.3;X753
【部分图文】：

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厂碎矿和选矿过程中，外排的废水统称为选矿废水，所以选矿工艺中排除的废水，还包括一定的地面冲洗水、冷却水等等分组成[7-10]：用水，洗矿过程中产生的废水，这类废水含有大量的矿石颗物含量高，但是一般来说经过简单的自然沉降后该类废水都水呈酸性时，废水中会溶解有大量重金属离子。用水，主要是矿石在进行破碎、筛分、中转以及除尘等过程中类废水也具有具体悬浮物高的特点。经过简单的沉降后一般艺当中。冷却水，这类废水主要是来自于对设备的维护过程中。废水一是循环利用率很高，冷却后可以直接回用到原工中。用水，此类水主要来自于矿石的浮选过程中，主要包括精矿水等。这类废水成分最为复杂，含有较多的有毒有害物质，直标产生很大影响，直接排放则对矿区周边生态环境带来严重选矿废水的主要来源。

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构特性包括吸附剂的比表面积、微孔体积和结构、孔径分布，物理吸附。物理吸附是指：当吸附质分子远小于、小于或约等径时，吸附质分子进入吸附剂表面的孔内，从而达到吸附去除的剂的比表面积、孔径分布等物理性质对其吸附能力有很大的影是影响吸附容量的主要因素，这是因为分子筛的作用，当尺寸不能进入孔直径比其小的孔内，孔径与吸附质分子的关系及吸质分子大于孔直径时，会因为分子筛的作用，分子将无法进入的作用；质分子约等于孔直径时，即孔直径与分子直径相当，碳质吸附强，但它仅适用于极低浓度下的吸附，因此工业应用前景不大质分子小于孔直径时，在孔内会发生毛细凝聚作用，吸附量大质分子远小于孔直径时，吸附质分子虽然易发生吸附，但也较附速度很快，而且低浓度下的吸附量小。

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