含铜砷废硫酸分步硫化工艺的研究
发布时间：2021-10-14 13:08
冶炼烟气制酸行业的废酸中通常含有一定量的金属离子及毒性较高的砷离子,分步硫化法可对其中的Cu2+和As3+进行分步回收。针对质量分数为0～15%的铜、砷酸性废水,对分步硫化沉淀金属离子的过程进行了理论计算和分析;同时对酸性废水中加入硫化剂避免产生硫磺的pH范围也进行了理论计算,绘出了Cu—S—H2O酸性体系生成硫磺pH与lg[Cu2+]的关系曲线图。相关的验证性实验证明,理论计算结果与实验结果较为吻合,废酸质量分数（0～15%）对第一步硫化中铜离子去除率的影响较小,第一步硫化时硫化剂用量达到去除铜离子理论需求量的1.0倍时,铜离子的去除率可以超过99%;第二步硫化时硫化剂用量达到去除砷离子理论需求量的1.0倍时,砷离子的去除率可以超过96%.
【文章来源】：太原理工大学学报. 2020,51(05)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
Cu2+、As3+去除率与硫化剂投料摩尔比的关系
式(17)即为Cu—S—H2O酸性体系中平衡状态时H+与Cu2+的关系式。以pH为纵轴,lg[Cu2+]为横轴,作图如图2所示。由图2可知,溶液中反应平衡时,pH值与lg[Cu2+]成反比,图中阴影部分表示反应(11)发生。溶液中Cu2+浓度越低,则生成硫磺所允许的pH范围越大。故在实际应用中,可以依据溶液pH值来选择和控制硫化剂的加入量,例如,当Cu2+浓度为5 g/L和10 g/L时,溶液的pH值只要高于-1.7,就不会生成硫磺。在实际投加硫化剂时,要注意分散均匀地投放。
图3是5% H2SO4下,Cu2+、As3+共存硫化剂投料摩尔比与Cu2+去除率的关系(第一步硫化)图。由图3可知,虽溶液中Cu2+以及As3+的浓度不同,且有较大差别,但Cu2+的去除率均可超过98%.当Cu2+质量浓度为10 g/L,硫化剂投料摩尔比nCu.S2-∶n Cu.S2- 0 =0.8时,Cu2+去除率超过99%,增大nCu.S2-∶n Cu.S2- 0 比值,去除率变化不明显;当Cu2+质量浓度为5 g·L-1,nCu.S2-∶n Cu.S2- 0 =0.8时,其去除率低于98.5 %,nCu.S2-∶n Cu.S2- 0 =1.0或者1.2时,Cu2+去除率又有微小的提高,达到99%.这里的实验结果均略低于理论计算Cu2+去除率100 %的结果,这可能是因为实验过程中,所有生成的CuS、单质硫S8产物粒径非常小,部分属于纳米级粉体物质,这种情况下,与生成物为大粒径块状物质的假设有偏差,根据纳米热力学的研究结果可知[13],纳米粉体材料的稳定性低、内能高,相应地前述沉淀反应的平衡常数会有明显减小的趋势,Cu2+去除率有所降低。应注意的是,Cu2+去除率降低幅度与反应条件(如搅拌强度、固体悬浮物的存在)密切相关。另外,nCu.S2-∶n Cu.S2- 0 =0.8时,Cu2+去除率就可超过98%,其主要原因在于,实际的溶液中存在Cu2++e-=Cu+平衡反应,Cu2+/Cu+摩尔比与含酸溶液的电位值相关,Cu+硫化反应需求的S2-摩尔数仅是Cu2+一半,因此实际的n Cu.S2- 0 值比理论计算值小许多。工业应用中,n Cu.S2- 0 值应参考溶液电位值加以计算。图4 硫化剂投料摩尔比与As3+去除率的关系（第一步硫化）
【参考文献】：
期刊论文
[1]电爆炸法制备纳米粉体材料的研究进展[J]. 彭楚才,王金相,童宗保,陈志华. 材料科学与工程学报. 2013(04)
[2]重金属废水处理及回收的研究[J]. 赵丽华,杨瑾,刘雪成. 武汉工程职业技术学院学报. 2012(04)
[3]两步沉淀法回收铜矿山酸性废水铜资源研究[J]. 蒋青山. 矿产保护与利用. 2011(04)
[4]中国主要含砷矿产资源的区域分布与砷污染问题[J]. 肖细元,陈同斌,廖晓勇,武斌,阎秀兰,翟丽梅,谢华,王莉霞. 地理研究. 2008(01)
[5]冶炼厂含砷废水的硫化沉淀与碱浸[J]. 白猛,刘万宇,郑雅杰,张传福. 铜业工程. 2007(02)
[6]选择性沉淀法从堆浸液中分离回收铜镍[J]. 孙召明,孙培梅. 湖南有色金属. 2004(02)
[7]废酸处理分步硫化工艺浅析[J]. 余磊,余翔,卢宏. 江西冶金. 2003(03)
[8]分步硫化废酸处理技术[J]. 胡伟生. 有色冶金设计与研究. 2002(01)
博士论文
[1]纳米颗粒相变热力学和电化学热力学的理论和实验研究[D]. 朱晋华.太原理工大学 2017
硕士论文
[1]高浓度酸性铜锌废水分步硫化处理研究[D]. 王海棠.中南大学 2013
本文编号：3436218
【文章来源】：太原理工大学学报. 2020,51(05)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
Cu2+、As3+去除率与硫化剂投料摩尔比的关系
式(17)即为Cu—S—H2O酸性体系中平衡状态时H+与Cu2+的关系式。以pH为纵轴,lg[Cu2+]为横轴,作图如图2所示。由图2可知,溶液中反应平衡时,pH值与lg[Cu2+]成反比,图中阴影部分表示反应(11)发生。溶液中Cu2+浓度越低,则生成硫磺所允许的pH范围越大。故在实际应用中,可以依据溶液pH值来选择和控制硫化剂的加入量,例如,当Cu2+浓度为5 g/L和10 g/L时,溶液的pH值只要高于-1.7,就不会生成硫磺。在实际投加硫化剂时,要注意分散均匀地投放。
图3是5% H2SO4下,Cu2+、As3+共存硫化剂投料摩尔比与Cu2+去除率的关系(第一步硫化)图。由图3可知,虽溶液中Cu2+以及As3+的浓度不同,且有较大差别,但Cu2+的去除率均可超过98%.当Cu2+质量浓度为10 g/L,硫化剂投料摩尔比nCu.S2-∶n Cu.S2- 0 =0.8时,Cu2+去除率超过99%,增大nCu.S2-∶n Cu.S2- 0 比值,去除率变化不明显;当Cu2+质量浓度为5 g·L-1,nCu.S2-∶n Cu.S2- 0 =0.8时,其去除率低于98.5 %,nCu.S2-∶n Cu.S2- 0 =1.0或者1.2时,Cu2+去除率又有微小的提高,达到99%.这里的实验结果均略低于理论计算Cu2+去除率100 %的结果,这可能是因为实验过程中,所有生成的CuS、单质硫S8产物粒径非常小,部分属于纳米级粉体物质,这种情况下,与生成物为大粒径块状物质的假设有偏差,根据纳米热力学的研究结果可知[13],纳米粉体材料的稳定性低、内能高,相应地前述沉淀反应的平衡常数会有明显减小的趋势,Cu2+去除率有所降低。应注意的是,Cu2+去除率降低幅度与反应条件(如搅拌强度、固体悬浮物的存在)密切相关。另外,nCu.S2-∶n Cu.S2- 0 =0.8时,Cu2+去除率就可超过98%,其主要原因在于,实际的溶液中存在Cu2++e-=Cu+平衡反应,Cu2+/Cu+摩尔比与含酸溶液的电位值相关,Cu+硫化反应需求的S2-摩尔数仅是Cu2+一半,因此实际的n Cu.S2- 0 值比理论计算值小许多。工业应用中,n Cu.S2- 0 值应参考溶液电位值加以计算。图4 硫化剂投料摩尔比与As3+去除率的关系（第一步硫化）
【参考文献】：
期刊论文
[1]电爆炸法制备纳米粉体材料的研究进展[J]. 彭楚才,王金相,童宗保,陈志华. 材料科学与工程学报. 2013(04)
[2]重金属废水处理及回收的研究[J]. 赵丽华,杨瑾,刘雪成. 武汉工程职业技术学院学报. 2012(04)
[3]两步沉淀法回收铜矿山酸性废水铜资源研究[J]. 蒋青山. 矿产保护与利用. 2011(04)
[4]中国主要含砷矿产资源的区域分布与砷污染问题[J]. 肖细元,陈同斌,廖晓勇,武斌,阎秀兰,翟丽梅,谢华,王莉霞. 地理研究. 2008(01)
[5]冶炼厂含砷废水的硫化沉淀与碱浸[J]. 白猛,刘万宇,郑雅杰,张传福. 铜业工程. 2007(02)
[6]选择性沉淀法从堆浸液中分离回收铜镍[J]. 孙召明,孙培梅. 湖南有色金属. 2004(02)
[7]废酸处理分步硫化工艺浅析[J]. 余磊,余翔,卢宏. 江西冶金. 2003(03)
[8]分步硫化废酸处理技术[J]. 胡伟生. 有色冶金设计与研究. 2002(01)
博士论文
[1]纳米颗粒相变热力学和电化学热力学的理论和实验研究[D]. 朱晋华.太原理工大学 2017
硕士论文
[1]高浓度酸性铜锌废水分步硫化处理研究[D]. 王海棠.中南大学 2013
本文编号：3436218
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