还原沉淀法论文

还原沉淀法论文（精选4篇）

还原沉淀法论文 篇1

随着经济的快速发展, 越来越多的生产企业都会涉及到铬金属的排放。电镀在工业生产中有着广泛的作用, 它不仅可以装饰和保护许多工业产品, 而且也是某些特殊功能电子等尖端技术的需要。然而, 电镀的危害也是众所周知。电镀不仅会在生产中对从业人员的身体健康会造成一定的危害, 而且, 电镀产生的废水废料更是对自然环境危害极大。这些废水废料, 不仅腐蚀土地, 污染水源, 更可以破坏土地的营养, 使得粮食减产。人喝了被电镀废水污染的水, 会慢慢患上各种身体生理疾病。而被污染的土地生长出来的作物里, 也会含有毒物, 威胁更多人的生命安全。国内外对于含铬废水的处理方法较多, 常用的无非就是物理方法、化学方法、物理化学方法以及生物化学方法四种。这几种方法一般处理杂质比较单一, 工艺应用要求较高, 投资成本较高, 设备维护成本较高, 工序中利用到的化学试剂很容易造成二次污染。本文就电镀废水的产生情况、利用“还原沉淀法”治理电镀废水时应注意的问题、特别是絮凝沉淀时间的把握等, 提几点粗浅的看法。

1 含铬废水产生及常见治理方法

1.1 含铬废水产生

在电镀过程中从一道工序到另一道工序, 需要经过水洗, 由此产生了电镀废水, 当废水含有六价铬时, 成为电镀含铬废水。含铬废水中铬的存在形式有Cr3+和Cr6+两种, 其中Cr6+的毒性最大, 大约是Cr3+100倍。含量超标的含铬废水混入农业灌溉或水体养殖中, 特别是通过食物链的富集、转移摄入人体, 将会引起癌症。严重威胁人类的健康及整个自然环境。据统计全国约有1万家电镀厂[1,2], 每年排放出的废水达40亿m3。因此, 对含Cr6+的废渣、废水治理是一项重要的工作。

1.2 处理含铬废水最常用的方法

处理含铬废水最常用的方法以化学氧化还原-中和-絮凝沉淀法[4,5]最为常见。

还原沉淀法具有一次性投资小、运行费用低、处理效果好、操作管理简便的优点, 因而得到广泛应用。还原沉淀法是目前应用较为广泛的含铬废水处理方法。基本原理是在酸性条件下向废水中加入还原剂, 将Cr6+还原成Cr3+, 然后再加入絮凝剂, 使其沉淀, 从而去除铬离子。

2 还原沉淀法处理含铬废水时絮凝沉淀时间的选择

2.1 还原沉淀应用过程中常出现的问题

目前, 监测过程中, 某些企业为了使含铬废水Cr6+和总铬达标排放, 加还原剂使Cr6+充分还原成Cr3+后, 再加絮凝剂进行絮凝沉淀, 为了铬离子充分沉淀, 人为加大絮凝沉淀的时间, 但是根据实际监测结果, 絮凝沉淀时间过长, 可能导致出口总铬排放浓度超标。

2.2 Cr6+和总铬的浓度絮凝沉淀时间的选择

该企业产生的含铬废水Cr6+的浓度为51mg/L, 企业采用石灰粗调碱液精调的方式调节p H, 采用机械搅拌进行絮凝沉淀。

根据不同时间的采样分析, 其结果见下表。

从表1可以看出废水中Cr6+的浓度随着搅拌时间的延长会逐渐见底, 25分钟以后, 浓度基本上不再发生变化;但是Cr3+的浓度随着搅拌时间起初也是逐渐降低, 但是, 40分钟以后这个趋势会发生变化, 浓度会有升高, 25~40分钟浓度最低。可见总铬的浓度并不是絮凝沉淀的时间越长, 浓度越低;这是因为搅拌一段时间以后, 废水中的絮体达到最大之后, 如继续搅拌将会絮体击碎, 造成Cr3+反溶, 造成废水中的总铬浓度超标。还原沉淀法处理含铬废水絮凝沉淀的时间并非越长越好, 当废水中的絮体量达到最大值时, 应立即停止搅拌, 搅拌时间过长时容易导致絮体, 发生总铬浓度超标现象。

化学方法处理含铬废水, 其中利用到了还原剂Na2S, 利用这个化学物质可以对废水中的铬离子进行还原, 同时还会产生一些H2S。经过这两步骤就会发现p H对于总铬处理影响比较微弱, 其中p H值大小可以通过氢氧化钙进行调节, 不同沉淀物之间发生附和包藏作用共同沉淀, 沉淀比较密实, 沉淀性也是不错, 符合规定要求, 这样可以减少一些工程成本。石灰对于废水中和能力有限, p H值不易于调节, 所以石灰石可以把p H值控制在8.0至9.0左右。可以满足国家规定的废水碱含量排放标准, 而且滤液的p H值满足后, 可以直接进行排放。

3 小结

本文仅以采用氢氧化物沉淀处理工艺将其沉淀分离去及含铬废水初始浓度在50mg/L时进行探讨。采用其它物质进行沉淀处理, 或废水初始浓度发生变化以及搅拌方式及强度不同时, 最佳絮凝沉淀时间是否也会发生变化, 需要通过实验来验证。

参考文献

[1]曾君丽, 吴肖湘, 邵友元.还原中和絮凝沉淀法处理含铬电镀废水研究.东莞理工学院报2011年第01期.

[2]姜秀涛, 奕向.静止絮凝沉淀法处理水中氨.黑龙江环境通报, 2002年04期.

还原沉淀法论文 篇2

针对包头地区稀土冶炼工艺产生的氨氮废水,通过化学沉淀法对其进行初步处理,通过单因素实验选取最佳控制点,继而通过正交实验进行优化设计,做到用药最少,效果最好.

作 者：景明霞 JING Ming-xia  作者单位：青海大学建筑工程系,青海,西宁,810016 刊 名：安徽化工 英文刊名：ANHUI CHEMICAL INDUSTRY 年，卷(期)： 36(3) 分类号：X703 关键词：稀土废水   氨氮   化学沉淀法   正交优化设计  

还原沉淀法论文 篇3

目前,国内外治理电镀废水的方法很多,有物理法、化学法、生物处理法等[1,2,3],但由于设备投资、运行和药剂费用高,使中小企业难以承受,致使部分电镀废水未经处理便直接排入水体,对环境造成严重污染。为了消除重金属离子的污染,降低废水中有害金属离子的含量,开发合理的废水处理工艺具有重要意义。

在处理电镀废水的试验研究中发现,采用生产钛白副产的绿矾作为还原剂,首先对电镀废水中的Cr6+进行还原处理,然后利用工业废渣——电石渣对还原后的水样进行絮凝沉淀,去除其中的重金属离子,处理效果较理想,能有效地去除多种金属离子。本工作对该体系用于电镀废水处理的工艺条件进行了研究,并考察了其处理效果。

1 试 验

1.1 主要仪器及试剂

PHS - 3C型酸度计;722型分光光度计;WYX - 401原子吸收分光光度仪;HY - 2型调速多用搅拌器。

浓硫酸(化学纯);PAM(聚丙烯酰胺,质量分数0.1%);绿矾(工业副产品):取自株洲化工集团钛白粉厂;电石渣:取自株洲化工集团PVC厂的工业废渣,主要成分为Ca(OH)2,其化学组成见表1;电镀废水取自湘潭某小型电镀厂,其含有总铬13～15 mg/L,3～5 mg/L Cr6+,10～14 mg/L Cu2+,14～18 mg/L Ni2+,20～30 mg/L Zn2+,pH值3.5～4.5。

1.2 原 理

1.2.1 六价铬的还原

在弱酸性条件下,用绿矾作还原剂,首先将废水中的六价铬还原成三价铬。其反应式如下:

undefined3++7H2O

1.2.2 铬、镍、锌、铜离子的絮凝沉淀

将还原后的废水用工业电石渣悬浊液调节pH值,再加入絮凝剂PAM进行絮凝沉淀,使废水中的Cr3+、Ni2+、Zn2+、Fe3+、Cu2+生成相应的氢氧化物沉淀,从而除去废水中所含的重金属离子。

1.3 方 法

电镀废水处理的试验流程见图1。试验时移取100 mL电镀废水置于250 mL烧杯中,用1 moL/L H2SO4调节废水pH值到所需的范围,再加入一定量的钛白副产物绿矾作为还原剂,室温下快速搅拌(转速120 r/min)一定时间,将废水中的六价铬还原成三价铬,然后加入适量的质量分数10%的电石渣悬浊液,调节pH值到所需的范围,再加入0.1%PAM溶液,并继续搅拌(转速60～80 r/min)后沉淀10 min,倒出上层清液,对沉淀进行过滤。采用PHS - 3C型酸度计测定pH值,用二苯碳酰二肼分光光度法测定六价铬和总铬[4],用WYX - 401原子吸收分光光度仪测定其他重金属离子的含量。试验过程中的绿矾用量、还原反应的pH值、还原时间、絮凝沉淀过程的pH值及絮凝沉淀时间等根据试验需要而定。

2 结果与讨论

2.1 绿矾用量对Cr6+去除率的影响

在废水pH值3～4、还原搅拌时间50～60 min的相同条件下,按试验方法反复进行试验,考察绿矾用量对Cr6+去除率的影响,试验结果见图2。加入绿矾的作用是将废水中的Cr6+还原成Cr3+。因此,为了使废水中的Cr6+完全被还原,加入绿矾的量不得低于水样中Cr6+还原反应的理论需要量。由图2可以看出,铁铬比(Fe2+与Cr6+质量比)越大,Cr6+的去除率越高,当铁铬比为20时,Cr6+的去除率达98.5 %,但当铁铬比大于20后,Cr6+的去除率不再发生变化。因此,试验时緑矾的用量按铁铬比(质量比)为20进行投加。

2.2 还原反应pH值对Cr6+去除率的影响

在还原搅拌时间为50～60 min、铁铬比20的相同条件下,按试验方法反复进行试验,考察还原反应的pH值对Cr6+去除率的影响,试验结果见表2。由表2可以看出,随着废水pH值的升高,Cr6+去除率却不断降低,说明pH值越低,还原反应越快,pH值越高,还原反应越慢,与试验原理相符;但当pH值等于6时,Cr6+去除率却反常的高,这时并不是溶液中的Cr6+发生了还原反应,而是由于废水的酸度太低,Cr6+以其他形式存在于溶液中[5],这进一步说明了该还原反应只能在酸性条件下进行。因此,在确保处理后的水能够达标排放的情况下,为了节约酸的用量及中和沉淀碱的用量,应尽可能将pH值控制高一些。本试验将还原反应的pH值控制在3.0～4.0。

2.3 还原时间对Cr6+去除率的影响

在废水pH值3～4、铁铬比20的相同条件下,按试验方法反复进行试验,考察还原时间对Cr6+去除率的影响,结果见表3。由表3可知,在试验条件下,使Cr6+达到排放标准,还原反应时间需要50 min以上。这可能是由于原废水中Cr6+的浓度较低,使得Cr2O2-7/Cr3+降低,即反应动力减小,导致反应速度减慢,从而需要较长的还原时间。因此,用绿矾作为还原剂将含低浓度Cr6+废水中的Cr6+还原成Cr3+时,其还原时间应控制在50～60 min为宜。

2.4中和反应pH值对Cr3+、Zn2+、Cu2+、Ni2+去除率的影响

在铁铬比为20、pH值3.0～4.0、搅拌时间为50 min的相同条件下,按试验方法先进行Cr6+的还原试验,然后向还原液中加入质量分数为10%的电石渣悬浊液调节pH值,再加入0.5 mL 0.1%PAM溶液,进行中和沉淀试验,考察中和反应的pH值对Cr3+、Zn2+、Cu2+、Ni2+去除率的影响,结果见表4。由表4可以看出,当pH值在8.6～9.2之间时,废水中的各重金属离子均达到了排放标准。另外,上述中和沉淀试验中所得沉淀物极易沉淀,而且得到的矾花都比较粗大、结实,不易破碎。这主要是因为在中和反应过程中,一方面形成的Fe(OH)3对Cr(OH)3、Zn(OH)2、Cu(OH)2、Ni(OH)2等具有吸附作用,对沉淀的长大具有促进作用;另一方面非离子型表面活性剂PAM具有桥联和卷曲作用,将非稳粒子联结在一起,对沉淀的形成与坚实具有促进作用[6]。通过上述两方面的作用,加速沉淀过程并形成较大的颗粒,从而改善了絮凝体的沉降性能,强化了去除效果。

在上述最佳试验条件下,用生产物钛白副产绿矾及电石渣进行多组含铬、镍等重金属离子电镀废水的处理试验,结果显示,处理后的水样中各重金属离子浓度及总铬浓度均低于国家排放标准。

3结 论

(1)用绿矾 - 电石渣处理电镀废水的最佳工艺条件为:铁铬比20,还原反应的pH值3.0～4.0,还原反应时间50～60 min,中和反应的pH值8.6～9.2。

(2)用绿矾 - 电石渣处理电镀废水时,pH值是一个重要工艺条件,无论还原反应还是中和沉淀反应,都需要对pH值进行严格的控制。

(3)按该工艺方法进行电镀废水的处理,不但综合利用了工业废渣——电石渣中的有效成分,而且将废渣消除在再利用过程中,做到了社会环境效益和经济效益的统一,具有较好的推广应用价值。

参考文献

[1]朱耀华.电镀废水治理技术[M].北京:中国环境科学出版社,1992.

[2]马洪芳,刘志宝.用铝盐絮凝剂处理含铬废水的研究[J].材料保护,2003,36(3):53~54.

[3]杨明平,傅勇坚,李国斌.用钛白生产副产物绿矾处理含铬废水[J].材料保护,2005,38(6):53~54.

[4]污染源统一监测分析方法编写组.污染源统一监测分析方法[M].北京:技术标准出版社,1983.

[5]南京大学.无机及分析化学[M].北京:高等教育出版社,1998.

还原沉淀法论文 篇4

我国超硬材料合成技术的发展已经近50个年头。在此过程中,六面顶设备静压触媒法合成人造金刚石所需要的原材料也逐渐由片状触媒发展成粉状触媒。原因是:与片状触媒合金相比,粉状触媒合成金刚石工艺具有比表面积大,石墨转化率高,合成单产高;化学成分均匀;金刚石生产成本低;合成的金刚石晶型完整率高、晶体内包裹体含量低、纯净度高、颜色好,高强金刚石产出率高;金刚石的TI、TTI值高、热稳定性好等优点,粉状触媒工艺合成金刚石已经成为主流[1]。触媒在合成过程中不仅是催化剂,而且还是溶剂和还原剂,对金刚石的合成质量起着十分关键的作用。触媒通常选择Ni基、Co基或Fe基,但使用FeNi基合金粉的比较普遍。目前工业上主要采用雾化法制备触媒合金粉末,而采用化学共沉淀一共还原法制备铁镍系触媒合金粉的研究尚未见报道。

本文对化学共沉淀一共还原法制备铁镍钴触媒合金粉(FeNi27Co3)进行了研究并利用得到的触媒粉进行了人造金刚石合成实验。

2 实验过程

2.1 基本原理及装置

化学共沉淀-共还原法是向包含一种或多种金属离子的可溶性溶液中加入沉淀剂,形成不溶性的氢氧化物、水合氧化物或盐类沉淀且从溶液中析出,沉淀经过滤、洗涤、干燥、热分解,得到所需的氧化物粉料,然后选择一定的还原气氛(H2、分解氨、碳)和温度进行还原制得所需的粉末,实验装置如图1所示:

2.2 制备过程

2.2.1 共沉淀制备前驱体粉末

分别配制化学计量比一定的FeC12、NiCl2、CoCl2溶液,在室温下混合,水溶液中各种金属离子的浓度控制为0～1.0mol/L,用稀盐酸调节混合溶液的pH值至0.5,然后和60℃～70℃的草酸氨溶液并加,在搅拌条件下反应,控制溶液的pH值为3.0左右,陈化2h后,过滤并进行反复水洗,干燥后得到前躯体粉末。

2.2.2 煅烧前驱体制备金属氧化物复合粉末

将前驱体粉末置马弗炉内,在400℃～500℃的温度下煅烧1～4h,使水分挥发,杂质、氢氧化物或碳酸盐分解,获得金属氧化物复合粉末。

2.2.3 共还原制备合金粉末

将金属氧化物复合粉末在工业管式还原炉内用氢气或分解氨制氢还原,被还原出的金属在还原温度下通过扩散完成合金化过程,获得合金粉末。通过调节还原温度、氢气流量、还原时间等控制合金的粒度、纯度。本实验还原温度选定为650℃,时间3h。获得平均粒度为8.9μm的合金粉末。

2.2.4 产品处理

由于产品粒度较细,表面能大,活性高,容易氧化,出炉后要立即封存,装入球磨罐,在N2气氛中球磨并加入抗氧化剂进行钝化处理、筛分、检测,合格后真空包装备用。

3 实验分析

3.1 溶液中pH值的控制

溶液的pH值是共沉淀过程中一个主要控制参数,不但对粉末粒度有影响,同时对金属离子的均匀共沉淀起关键作用,是产物成分的主要影响因素。若各组元均能完全沉淀下来,则产物中各组分的含量就可以通过控制原料的加入量得到精确控制,但是由于各种金属离子在沉淀反应中热力学性质不同,沉淀反应影响因素较多,各种金属离子发生共沉淀反应时,其初始溶液中化学计量比不一定能在固体沉淀物中得到维持。铁和镍、钴离子与草酸根离子、氨离子的配位数、结合能力不一样,根据热力学计算可知它们完全共沉淀的pH值有一定范围。离开这个pH值范围,沉淀得到的草酸复盐配比会出现偏差,图2、图3所示为徐刚等对Fe2+-Ni2+-Co2+-NH3-NH+4-C2OundefinedH2O沉淀反应体系计算后得到的在低NH3浓度和高NH3浓度条件下金属离子含量与pH值的关系曲线。

由图2、图3可见,溶液中铁、镍、钴的总浓度随pH变化而变化。当pH<5.0时,由于pH值较低,溶液中三种金属的总浓度随pH升高而下降,随着pH升高,溶液[C2Oundefined]中随之增大,三种金属的总浓度相应减少;当5.012.0时,溶液中的[OH-]与铁、镍、钴的配合能力加强,溶液中的三种金属的总浓度随pH的升高而升高。由图2、图3可以看出,在pH<4.0时,溶液中三种金属的总浓度较低,共沉淀比较完全,因此本实验选择pH=2.0～4.0进行共沉淀反应。

实验中用稀盐酸和氨水调节pH值,对于不同pH值溶液分别进行沉淀实验,沉淀物过滤完毕后,利用原子吸收光谱分别测得滤液中金属离子残余量,检测结果如表1所示:

由表1可以看出三种金属离子在溶液体系pH值为2.0～4.0时,残余金属离子含量较少,因此,实验中控制共沉淀体系的pH值为3.0左右时,沉淀效果较好。

3.2 沉淀物颗粒尺寸的影响因素

在沉淀过程中,铁、镍、钴的醋酸复盐沉淀物尺寸主要受pH值、溶液浓度、添加剂、加料速度的影响。它们的影响如图4、图5、图6、图7所示。

添加剂的加入是为了增强粒子活性,平衡不同粒子的沉淀速率,加速沉淀反应的进行。沉淀粉末经洗涤干燥后进行煅烧,煅烧工艺选择为450℃、3小时,然后对热分解产物进行还原。

3.3 还原工艺对粉末粒度及氧含量的影响

还原过程中粉末的粒度主要由还原温度和时间决定。一般来说,还原时间相同时,还原温度越高,所得到的粉末粒度越粗,氧含量越低;还原温度相同时,还原时间越长,所得到的粉末粒度越粗,氧含量越低。实验数据如表2。

综合考虑,本实验还原工艺选择为:还原温度650℃,还原时间3小时。

4 实验制备的Fe70Ni27Co3合金粉的特性

4.1 还原产物粒度分布及形貌

从还原产物的SEM图像可见,所得粉末形状不规则,呈典型的还原粉末形状,激光粒度分析D50约为9μm左右。

还原产物的X射线物相分析的结果显示:还原产物呈单一相,形成了合金粉末,产物的衍射谱与NiFe的标准谱线一致,衍射图谱中没有发现钴的衍射峰,可能是因为Co的含量较少,与NiFe形成了固溶体。

4.2 还原产物的成分分析

利用X射线荧光分析仪对最终产物的成分进行了分析,结果如表3:

由表3可知还原产物中氧含量为0.418%,热分解产物大部分被还原,Co的含量为3.576%,由于含量较小,故XRD分析并没有发现Co的衍射峰。由分析结果推算出铁、镍、钴的质量比为68.9∶26.5∶3.57,与设计目标要求的配比(70∶27∶3)基本一致。

由粉末的检测结果可见,与气雾化触媒相比,化学共沉淀共还原方法制取的触媒氧杂质含量要高很多。

5 金刚石合成实验及结果分析

本实验选择Φ39mm腔体利用所制备的触媒粉进行金刚石合成实验,合成柱制备及后处理同正常生产相同,如图11所示。为便于说明金刚石合成效果,与使用相同工艺的气雾化触媒粉合成金刚石进行对比实验,实验结果见表4及图12、图13。

从以上实验结果和性能检测数据来看:利用共沉淀共还原方法制取的触媒粉可以进行金刚石的合成;与气雾化法触媒合成相比,化学共沉淀共还原法制取的触媒合成的金刚石具有以下特点:1、混合单产达到87.8ct/块,稍低于气雾化触媒合成的混合单产(95.6ct/块);2、粒度比较集中,主要粒度35/60的比例达到77.38%,虽低于气雾化触媒结果的82.16%,但40/45、45/50粒度比例却比气雾化触媒的还要高,主峰值比较突出;3、显微镜下观察:金刚石呈黄绿色,晶内杂质、包裹体略多,透明度和晶形比气雾化触媒合成出的金刚石稍差;4、单粒度混合金刚石的冲击韧性(TI)和热冲击韧性(TTI)值低于气雾化触媒金刚石检测结果;磁化率值高于气雾化触媒合成的金刚石。

由合成实验结果及数据的综合分析可见,与气雾化触媒合成金刚石相比,化学共沉淀共还原方法制取的触媒合成金刚石的综合效果还有待于进一步改进;要想利用该方法制造的触媒进行高品级金刚石的大批量生产,必须在共沉淀-共还原粉末的制造工艺、石墨柱的预处理以及合成工艺的调整方面进行深入研究和改进。

6 结论

本文利用化学共沉淀-共还原方法制取了FeNi27Co3触媒粉末,对其原理、工艺以及实验过程进行了研究,得出如下结论:1)本实验选择草酸氨为沉淀剂,利用化学共沉淀-共还原方法进行了金刚石合成用触媒粉末的制取,得到D50约为9μm,氧含量为0.418%,铁、镍、钴的质量比为68.9∶26.5∶3.57的触媒粉末;2)研究了沉淀体系中溶液的pH值、金属离子的浓度、加料速度、添加剂的用量与所得沉淀物粉末粒度的关系;3)利用所得到的粉末进行了金刚石合成实验,其混合单产为87.8ct/块,在粒度分布、静压强度、冲击韧性(TI、TTI)、磁化率等方面与气雾化触媒的合成效果进行了对比,指出其使用效果的不足,为今后进一步研究奠定了基础。

参考文献

[1]赵文东,徐骏,宋月清.人造金刚石用触媒材料的发展及催化机理[J].超硬材料工程,2008(5):14-17.