CN102491477A - 一种高浓度酸中脱汞的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高浓度酸中脱汞的方法及装置。本方法利用硫化氢气体和射流工艺集成技术能够快速脱除浓酸中的汞，汞以硫化汞形式沉淀脱除，收集后可以回收其中的汞。硫化氢气体在系统内密闭循环，不会产生污染，循环时间20-60min，S∶Hg摩尔比为5-30，处理后的酸中汞浓度低于0.05mg/L，处理过程不会对酸的品质产生影响。

Description

一种高浓度酸中脱汞的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种高浓度酸中脱除汞的装置及方法，利用硫化氢和射流技术快速脱除酸浓度30％以上酸中的汞，处理后的盐酸中汞浓度低于0.05mg/L，处理过程对酸的品质不产生影响，属于化工环保领域。 

背景技术

汞是重要的重金属元素，又称水银，是一种银白色，常温下唯一成液态的金属。据统计世界上有80多种工业以汞为原料，汞的用途则多达3000多种。排入水体中的汞及其化合物，经物理、化学及生物作用形成各种形态的汞，甚至会转化成毒性很大的甲基类化合物。1953年发生在日本的水俣病就是由化工厂排放的氯化甲基汞污染水域所造成的。 

针对含汞废水其传统的处理方法主要有化学沉淀法、金属还原法、活性炭吸附法、离子交换法、电解法、微生物法等。 

化学沉淀法是应用较普遍的一种汞处理方法，能处理不同浓度、不同种类的汞盐，常用的方法有混凝沉淀法和硫化物沉淀法两种。 

混凝沉淀法其原理是在含汞废水中加入混凝剂(石灰、铁盐、铝盐)，在pH为8～10的弱碱性条件下，形成氢氧化物絮凝体，对汞有絮凝作用，使汞共沉淀析出。硫化物沉淀法利用弱碱性条件下Na₂S，MgS中的S^2-与Hg⁺/Hg²⁺之间有较强的亲和力，生成溶度极小的硫化汞沉淀而从溶液中除去。 

电解法是利用金属的电化学性质，在直流电作用下，汞化合物在阳极离解成汞离子，在阴极还原成金属汞，而除去废水中的汞。但这种方法缺点是水中的汞离子浓度不能降得很低。所以，电解法不适用于处理含低浓度的汞离子废水，并且此种方法电耗大，投资成本高，容易产生汞蒸汽，形成二次污染。 

离子交换法与沉淀法和电解法相比，它能从溶液中去除低浓度的汞离子。离子交换法在离子交换器中进行，用大孔巯基(-SH)离子交换树脂吸附汞离子，达到去除水中汞离子的目的。这个过程是可逆的，离子交换树脂可以再生，一般用于二级处理。树脂的洗脱用40倍树脂体积的浓盐酸，洗脱率90％。但该法受废水中杂质的影响以及交换剂品种、产量和成本的限制。 

吸附法除汞主要有，活性炭吸附法，甲壳素吸附法、沸石分子筛吸附法，改性膨润土吸附法，粉煤灰吸附法，玉米芯粉吸附法和谷壳灰吸附法。改性后的稻米壳、甘蔗渣、大豆壳、锯末、椰子壳、花生壳、苹果核以及飞灰都能用来作为吸附剂处理汞。活性炭具有极大的表面积，在活化过程中形成一些含氧官能团(-COOH，-OH，-C＝O)使活性炭具有化学吸附和催化氧化、还原的性能，能有效去除重金属。用活性炭处理含汞量较高的废水，可以得到很高的去除率(85％～99％)。处理含汞量较低的废水，虽然去除率不够高，但可以得到含汞量很低的出水。 

羊毛吸收法是利用羊毛是一种蛋白质，构成蛋白质的氨基酸中含有胱氨酸，它与二硫化物结合使羊毛分子交联，但这种结合可通过还原反应，加水分解、酶等作用被切断成巯基，而汞等重金属容易和巯基反应，因此持有巯基的改性羊毛能够捕集重金属。改性羊毛对微量汞有很好的捕集能力，目前必需研究出吸附了汞的羊毛的后处理方法。 

还原法是根据电极电位理论，利用铜、锌、铝、镁、锰等毒性小而电极电位又低的金属(屑或粉)从废水中置换汞离子，其中以铁、锌效果较好。例如铁屑还原法中，pH在7～8时处理效果较好，大约40kg工业铁粉可去除1kg汞。金属还原法适用于处理成分单一的含汞废水，其反应速率较高，可直接回收金属汞，但脱汞不完全，需和其他方法结合使用。 

溶剂萃取法使用溶剂萃取废水中的微量汞，用含有三异辛胺的二甲苯溶液，将HgCl42-以络合物的形式萃取出来，然后在水溶液中反萃取。该方法只能用于少量的含汞废水。 

微生物法与传统的物理化学方法相比，它具有以下优点：运行费用低，需处理的化学或生物污泥量少；去除极低浓度重金属离子的废液效率高；操作pH及温度范围宽(pH3～9，温度4～90℃)；高吸附率，高选择性。并且，微生物法处理汞质量浓度为1～100mg/L的废水时特别有效。微生物法弥补了现有工艺不能将污水中汞离子质量分数降至10^-9级的不足，它将以其新颖、独特的优势受到越来越多的重视。 

上述方法主要处理的对象为含汞重金属废水，或低酸度含汞废水，但对于质量分数高达30％以上的酸，且处理过程不能影响处理后酸的品质，上述常规方法均无法实现。 

发明内容

本发明的目的是提供一种简单，高效的高浓度酸中脱汞的方法及其装置。 

本发明高浓度酸中脱汞的方法，包括以下步骤： 

第一步、密封的反应器上部设置射流器，反应器中的酸通过循环泵由进液口输入射流器，同时高速流动的酸产生的负压使硫化氢气体由硫化氢储槽进入射流器的进气口，酸和硫化氢 气体在射流器内混合反应； 

第二步、混合反应后所产生的硫化汞及未反应完全的硫化氢气体和酸通过射流器的扩散管进入反应器中，硫化汞因不溶于酸而沉淀，不溶于酸的硫化氢气体上升并通过设置于反应器上部的输出管道返回硫化氢储槽循环使用，酸通过循环泵再次进入射流器继续处理。 

当S∶Hg的摩尔比为5-30时，处理时间为20-60min，处理后的酸中汞浓度低于0.05mg/L。 

所述的酸包括盐酸或硫酸等。 

所述的酸的质量浓度不低于30％。 

本发明的高浓度酸中脱汞的装置，包括用于储存酸的密封的反应器、循环泵、设有进液口、进气口和扩散管的射流器和密封的硫化氢储槽，所述的反应器的底部通过管道连接至循环泵，循环泵再通过管道连接至射流器的进液口，所述的射流器设置于反应器上部，射流器的扩散管连通至反应器内，所述的硫化氢储槽分别通过管道连接射流器的进气口和反应器的上部。 

本发明利用硫化氢气体与酸中汞反应生成硫化汞沉淀，且反应过程不会给酸引入其他杂质而影响酸的品质，反应式如下： 

Hg²⁺+H₂S＝HgS+2H⁺

为了实现硫化氢气体与酸中汞高效反应，本发明中利用射流技术，实现了气液的高效快速反应。射流器的结构如图1所示。高浓度酸脱汞反应射流装置示意图如图2所示。 

本发明具有以下优点： 

目前未见高浓度(含量30％以上)酸中脱汞技术及专利报道。 

本技术利用硫化氢气体通过射流技术实现酸中汞以硫化汞的形式高效脱除，反应过程不会引入新的杂质而影响酸的品质，硫化汞沉淀收集后可以回收其中的汞。 

附图说明

图1为射流器结构简图 

其中：1为射流器，2为进液口，3为进气口，4为混气室，5为喉管，6为扩散管； 

图2为高浓度酸脱汞反应射流装置示意图； 

其中：7为反应器，8为硫化氢储槽，9为循环泵，10为含汞的高浓度酸，11为硫化氢气体。 

具体实施方式

以下结合实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。 

本发明的高浓度酸中脱汞的装置，包括用于储存酸的密封的反应器7、循环泵9、设有进 液口2、进气口3和扩散管6的射流器1和密封的硫化氢储槽8，所述的反应器7的底部通过管道连接至循环泵9，循环泵9再通过管道连接至射流器1的进液口2，所述的射流器1设置于反应器7上部，射流器1的扩散管6连通至反应器7内，所述的硫化氢储槽8分别通过管道连接射流器1的进气口3和反应器7的上部。 

本发明含汞的高浓度酸在密封的反应器7内通过循环泵9以高的速度由进液口2进入射流器1，高速流动的酸通过混气室4时，会在混气室4形成负压，进而由进气口3吸入大量硫化氢气体，硫化氢气体进入混气室4后，在喉管5处与含汞的高浓度酸剧烈混合反应生成硫化汞，同时与未反应完全的硫化氢气体和酸液混合体，均由扩散管6排出，硫化氢气体在酸中以细微气泡上升，细微气泡在上升过程中与酸中的汞继续反应生成硫化汞，硫化汞不溶于酸而发生沉淀，达到处理的目的。在整个过程中形成高效的物质传递。由于硫化氢储槽8和密封的反应器7上部空间通过管道连接，未反应的硫化氢气体不溶于酸而上升并通过设置于反应器7上部的输出管道返回硫化氢储槽8循环使用，酸通过循环泵9再次进入射流器1继续处理。由于硫化氢混合气体在反应器7和硫化氢储槽8之间密闭循环，不会产生污染。硫化氢可采用硫化钠或硫化亚铁与废硫酸或废盐酸制备，或直接由制气公司提供。 

实施例1取某化工厂产生的废盐酸500ml入反应器，盐酸浓度31％，汞含量21mg/L，硫化氢以物质量S∶Hg＝5投加入反应其中通过射流器循环60min，残余汞浓度0.042mg/L. 

实施例2取某化工厂产生的废盐酸500ml入反应器，盐酸浓度31％，汞含量21mg/L，硫化氢以物质量S∶Hg＝10投加入反应其中通过射流器循环45min，残余汞浓度0.036mg/L. 

实施例3取某化工厂产生的废盐酸500ml入反应器，盐酸浓度31％，汞含量21mg/L，硫化氢以物质量S∶Hg＝20投加入反应其中通过射流器循环，循环泵速度250mL/min，循环时间30min，残余汞浓度0.028mg/L. 

实施例4取某化工厂产生的废盐酸500ml入反应器，盐酸浓度31％，汞含量21mg/L，硫化氢以物质量S∶Hg＝30投加入反应其中通过射流器循环，循环泵速度250mL/min，循环时间20min，残余汞浓度0.031mg/L。

Claims (5)

1.一种高浓度酸中脱汞的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、密封的反应器上部设置射流器，反应器中的酸通过循环泵由进液口输入射流器，同时高速流动的酸产生的负压使硫化氢气体由硫化氢储槽进入射流器的进气口，酸和硫化氢气体在射流器内混合反应；

第二步、混合反应后所产生的硫化汞及未反应完全的硫化氢气体和酸通过射流器的扩散管进入反应器中，硫化汞因不溶于酸而沉淀，不溶于酸的硫化氢气体上升并通过设置于反应器上部的输出管道返回硫化氢储槽循环使用，酸通过循环泵再次进入射流器继续处理。

2.根据权利要求1所述的一种高浓度酸中脱汞的方法，其特征在于，当S∶Hg的摩尔比为5-30时，处理时间为20-60min，处理后的酸中汞浓度低于0.05mg/L。

3.根据权利要求1所述的一种高浓度酸中脱汞的方法，其特征在于，所述的酸包括盐酸或硫酸。

4.根据权利要求1或3所述的一种高浓度酸中脱汞的方法，其特征在于，所述的酸的质量浓度不低于30％。

5.一种高浓度酸中脱汞的装置，其特征在于，包括用于储存酸的密封的反应器、循环泵、设有进液口、进气口和扩散管的射流器和密封的硫化氢储槽，所述的反应器的底部通过管道连接至循环泵，循环泵再通过管道连接至射流器的进液口，所述的射流器设置于反应器上部，射流器的扩散管连通至反应器内，所述的硫化氢储槽分别通过管道连接射流器的进气口和反应器的上部。

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