扩散渗析—电解法联用处理高砷污酸的技术研究及工艺安全评价

发布时间：2020-07-08 00:11

【摘要】：高砷污酸是金属矿冶行业利用烟气制酸过程中产生的最为普遍的污染废物,具有高砷、高酸、高重金属、危害大和难处理等特点,我国每年存在大量高砷污酸处置不当的情形。传统污酸处置工艺常采用化学中和沉淀法,存在硫酸资源浪费、产生大量低品质废渣、处置成本高等问题。因此,本文提出扩散渗析—电解法联用处置高砷污酸,以实现硫酸资源回收、污酸高效净化的目的。通过实验论证该工艺具有可行性,同时详细考察了扩散渗析回收硫酸过程中砷(Ⅲ)与硫酸的分离现象及相互影响关系,电解过程中电流密度、电极材料、砷(Ⅲ)浓度、电解槽结构对除砷效果的影响,进一步分析了电解产物、电解除砷的可能机理及铁的存在作用,并对工艺在实际工业中的应用进行基础安全评价分析。扩散渗析模拟实验表明利用扩散渗析法对污酸中砷(Ⅲ)与硫酸具有较高的分离效果。其中砷(Ⅲ)的扩散渗析为独立过程,渗析系数U_(As)=1.98×10~(-4) m/h,其扩散速率只受砷(Ⅲ)自身浓度差影响,与硫酸浓度无关;硫酸的扩散渗析受硫酸浓度和砷(Ⅲ)浓度的共同影响,砷(Ⅲ)浓度的影响为定量影响,影响程度与硫酸自身浓度有关。静态扩散渗析24 h硫酸回收率达到极限时,砷(Ⅲ)泄漏率低于16.5%,以此推论实际工业中采用动态扩散渗析法大幅缩短渗析时间后,砷(Ⅲ)的泄漏率远远低于16.5%,工艺具有可行性。研究计算得到砷(Ⅲ)渗析系数和一系列硫酸渗析系数,为实际工业设计提供指导参数。电解模拟实验表明直接电解具有良好的砷去除效果,混合电解槽的整体除砷效果优于分腔室电解槽。其中在电流密度5~50 mA/cm~2范围内,砷去除率与电流密度呈正比关系;高砷(Ⅲ)浓度一定程度上提高砷的电解速率,但可能由于电流密度限制,铁阳极氧化速率与砷(Ⅲ)浓度变化量不对等,导致整体去除率有所下降;碳钢和不锈钢电极材料去除效果远好于304和201不锈钢电极材料,约为1.4倍,但其同时存在铁阳极氧化速率过快、电极材料腐蚀消耗等问题。在实际工业应用中,应进一步找寻电流密度、砷(Ⅲ)浓度和电极材料之间的最优关系,如本文实验研究发现在50 mA/cm~2,以304不锈钢为电极材料,砷(Ⅲ)浓度维持在200 mg/L以上时,能实现高效除砷的同时防止电流过量浪费,低于200 mg/L,可适当减小电流密度,适宜条件下砷去除率可达到100%。电解除砷的机理可能为砷(Ⅲ)氧化成砷(Ⅴ)后与铁的结合物在阴极又被还原以砷单质析出后,然后被双氧水和其它氧化物氧化形成As_2O_3晶体析出,难以直接溶于稀硫酸环境下,铁在对絮状沉淀凝结和结晶过程起重要促进作用。最终电解产物为较高纯度的As_2O_3,有助于后续资源回收。利用预先危险性分析方法(PHA)对工艺存在的危险源进行定性分析,作业条件危险性分析法(LEC)对工艺危险源进行基础安全评价,并在此基础上提出相对应的安全决策和防护措施,为扩散渗析-电解法联用工艺稳定、安全运行提供科学依据。
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X756
【图文】：

砷形态,阴离子膜

第一章2-3-+ - - + 4 2 4 4 2 4+ - 2- + 4 4 4 3 42R N Cl +H AsO (R N ) HAsO +2R N Cl +HAsO (R N ) HAsO + Velizarov[65]等研究不同阴离子膜对 As(性影响较大；Pessoa-Lopes[66]等研究证明 S序: SO HAsO Cl HAsO H242424（2）对于溶液中 As(Ⅲ)扩散渗析研究理共同作用。如图 1.7 可知，酸性条件下 A亚砷酸的水合半径较小，远小于砷酸的水合条件下 As 的转运形式可能为两种。一种类附于阴离子膜面，膜面 pH 较高且存在大量团结合转运；另一种是 H3AsO3可能以水合均是膜两侧 As(Ⅲ)的浓度差。

电解工,机理

图 1.9 电解工作机理Fig. 1.9 Electrolysis working mechanism除污染物的应用研究现状解法处置重金属废水回收重金属的研究，YANG[69]等实验LCuSO4·5H2O，150 g/LH2SO4，40 g/LNaCl，3 g WPCBs 分离并回收 WPCBs 中的金属，分离率高达 97.79 ％，约 86.6 ％，没有任何非金属粉末，回收的铜是树枝状的70]等在电解条件为极间距 4 cm，电解温度 30 °C，初始 C留的 Cu2+浓度可降至 0.26 g/L，符合传统方法去除铜的电解法处置有机污染物废水的研究，YU[71]等研究利用铜备的电解材料电解甲基橙，20 分钟后达到 100 ％的甲究表明采用 Ti/RuO2阳极的电解处理酚类废，水中电解质影响了该过程，而电解质的浓度以及初始 pH 具有轻微NaCl，119mA/cm2和初始 pH=3.4；Candia-Onfray[73]等研厂废水中有机物时，大浓度的硫酸盐和氯化物的存在有利

实物,扩散渗析,滴定管,进料口

第二章实验原料、装置及方法实验装置.1 静态扩散渗析实验装置回收硫酸所用的扩散渗析装置如下图 2.1 所示，该装置为单片板框式扩散渗析板框材料为耐酸性的聚四氟材料，中心夹有阴离子交换膜，外层分别有一层带和不锈钢板，通过螺丝固定装置。每层板框之间垫有硅胶布，以保证装置的密封溶液泄漏。两侧腔室塑料板测均分别带有一个进料口和一个取料口，通过气动料和取样。进料口连接直径 10mm 的滴定管底部，通过往滴定管中投加模拟废力总用实现进料。两侧腔室容积均约 200 mL，有效渗析面积为 103.1 cm2。

【相似文献】