CN104496000A - 一种铜粉置换去除并回收水体中砷、锑的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铜粉置换去除并回收水体中砷、锑的方法，包括以下步骤：(1)用盐酸将含砷、锑的废水pH调至0～3，氮气保护下，加入铜粉，密闭反应器，以100～600r/min的速度搅拌反应，反应温度为10～80℃，置换时间为10～120min；所述含砷、锑的废水中，As(III)含量为0.1～10g/L，Sb(III)含量为0.1～25g/L；所述铜粉的质量用量以所述废水的体积计为5～100g/L；(2)置换完成后，对反应体系进行过滤，回收滤渣，以及滤液经快速低温重结晶所得的晶体；本发明工艺简单，无二次污染，经济环保，实现了资源可再生利用。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种铜粉置换去除并回收水体中砷、锑的方法，属于重金属水处理技术领域。
(二)背景技术
现代工业的蓬勃发展在带来物质上空前的富足和便利的同时，也产生了大量工业废水，造成了日趋严峻的环境染污，严重威胁着生态环境和生物的生命安全。尤其是含砷、锑等污染物的工业废水，毒性强、危害极大，因此净化处理废水中的砷、锑等重金属离子刻不容缓。此外，某些地区地表水中砷、锑也严重超标。水体中砷、锑等重金属危害很大，已成为国家“十二五”期间重点控制的污染源。
砷、锑常常是共生的，以分银渣为例。分银渣一般是由铜阳极泥经硫化焙烧，氯化分金，亚硫酸钠分银获得，主要成分为铅、锑、钡，还有少量的银、金、砷，微量的铂、钯，是亟待综合回收的宝贵资源。分银渣的综合回收处理工艺有火法工艺、湿法工艺和火法-湿法相结合的半湿法工艺。在湿法工艺中氯化物浸出是最常用的浸出方法，一般浸出液中含有砷、锑等有毒元素，需进行净化处理方能排出。
目前主要有以下几种净化水体中砷、锑的方法：⑴沉淀法，该法不但需要大量的化学药剂，而且产生大量含砷锑废渣，容易造成二次污染；⑵吸附法，所用吸附剂一般具有选择吸附性，且吸附剂的再生、回收和再利用存在一定的难度；⑶膜分离法，廉价性能完备的膜的制备和膜的污染问题还有待解决，且膜分离过程中需频繁冲洗甚至换膜，从而使成本上升；⑷离子交换法，树脂价格高，需要专门的离子交换柱设备，投入较大，且树脂具有选择性；⑸生物法，去除效率不高，需和其它净化技术联合，且对原水有着苛刻的要求；⑹电沉积法，工艺影响因素较复杂，难优化，且在电沉积过程中极易析出剧毒砷化氢气体、锑化氢等剧毒气体，造成二次污染。
置换法具有操作简便、环境气氛好、回收率高等优点，是废水处理的常见工艺，其中常用活泼贱金属如锌、铁等作为置换剂，但锌、铁等太活泼以至于在置换砷、锑时，往往会释放出砷化氢、锑化氢等剧毒气体。
因此，研究新型高效去除水体中砷、锑，且工艺过程中不产生有毒砷化氢和锑化氢气体具有重要意义。
(三)发明内容
本发明的目的是针对现有技术对水体中砷、锑污染治理的不足，提供一种铜粉置换去除并回收水体中砷、锑的方法，通过在一定温度的盐酸体系中加入适量铜粉，可有效去除并回收水体中的砷、锑。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种铜粉置换去除并回收水体中砷、锑的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)用盐酸将含砷、锑的废水pH调至0～3，氮气保护下，加入铜粉，密闭反应器，以100～600r/min的速度搅拌反应，反应温度为10～80℃，置换时间为10～120min；所述含砷、锑的废水中，As(III)含量为0.1～10g/L，Sb(III)含量为0.1～25g/L；所述铜粉的质量用量以所述废水的体积计为5～100g/L；
(2)置换完成后，对反应体系进行过滤，回收滤渣，以及滤液经快速低温重结晶所得的晶体。
本发明铜粉置换去除并回收水体中砷、锑的方法，所述步骤(1)中，优选所述铜粉的质量用量以所述废水的体积计为5～50g/L。
所述步骤(2)中，所得滤渣洗涤干燥后为黑色固体，主要成分为Cu3As和Cu2Sb；所得滤液经快速低温重结晶可得白色晶体，为CuCl；铜粉置换去除水体中砷、锑的同时可制备CuCl、Cu3As和Cu2Sb，达到资源再生利用的目的。
本发明所述水体为工业重金属冶金废水、地表水或生活污水。
推荐本发明所述的铜粉为60～400目，优选200～400目。
本发明的有益效果是：本发明解决了水体砷、锑污染治理过程中，对高浓度砷、锑污水处理能力较差，且易造成二次污染的痼疾。采用铜粉置换的方法，在高效去除水体中砷、锑的同时，不产生有毒砷化氢和锑化氢气体，且可制备重要化工原料CuCl以及功能材料Cu3As和Cu2Sb。本发明制备工艺简单、操作方便、效率高、易于实现，无二次污染，经济环保，实现了资源可再生利用。
(四)附图说明
图1：取200mL As(III)含量为3.6gL-1，Sb(III)含量为5.8gL-1的分银渣浸出液，采用盐酸将溶液pH调至0，加入10g铜粉，通入氮气后密闭反应器，搅拌速度为400r/min，置换时间为60min。水体中砷和锑的去除效率与反应温度的关系曲线，曲线1为锑去除效率与反应温度关系曲线，曲线2为砷去除效率与反应温度关系曲线。
(五)具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行进一步的说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
取200mL As(III)含量为3.6gL-1，Sb(III)含量为5.8gL-1的分银渣浸出液于反应器中，采用盐酸将溶液pH调至0，加入10g铜粉(200目)，通入氮气后密闭反应器，搅拌速度为400r/min，反应温度为40℃，置换时间为10～120min。
采用置换效率来评估铜粉对水体中砷、锑的置换去除效果。
表1 不同置换时间的实验结果
| 时间/min | 砷的置换效率/％ | 锑的置换效率/％ |
| 10 | 19.8 | 16.7 |
| 30 | 50.3 | 35.8 |
| 60 | 92.1 | 83.7 |
| 90 | 95.6 | 90.9 |
| 120 | 98.5 | 97.6 |
实施例2
取200mL As(III)含量为8.2gL-1，Sb(III)含量为13.8gL-1的分银渣浸出液于反应器中，采用盐酸将溶液pH调至0，加入10g铜粉(400目)，通入氮气后密闭反应器，搅拌速度为400r/min，反应温度为40℃，置换时间为10～120min。
采用置换效率来评估铜粉对水体中砷、锑的置换去除效果。
表2 不同置换时间的实验结果
| 时间/min | 砷的置换效率/％ | 锑的置换效率/％ |
| 10 | 14.8 | 15.7 |
| 30 | 45.3 | 42.3 |
| 60 | 86.1 | 85.7 |
| 90 | 93.2 | 92.4 |
| 120 | 96.5 | 98.2 |
实施例3
取200mL As(III)含量为0.1gL-1，Sb(III)含量为0.5gL-1的地表水于反应器中，采用盐酸将溶液pH调至0，加入5g铜粉(60目)，通入氮气后密闭反应器，搅拌速度为400r/min，反应温度为40℃，置换时间为10～120min。
采用置换效率来评估铜粉对水体中砷、锑的置换去除效果。
表3 不同置换时间的实验结果
| 时间/min | 砷的置换效率/％ | 锑的置换效率/％ |
| 10 | 14.2 | 18.7 |
| 30 | 46.3 | 39.6 |
| 60 | 89.1 | 85.4 |
| 90 | 92.6 | 92.7 |
| 120 | 97.5 | 98.3 |
实施例4
取200mL As(III)含量为3.6gL-1，Sb(III)含量为5.8gL-1的分银渣浸出液于反应器中，采用盐酸将溶液pH调至0，加入10g铜粉(200目)，通入氮气后密闭反应器，搅拌速度为400r/min，反应温度为10～80℃，置换时间为60min。
采用置换效率来评估铜粉对水体中砷、锑的置换去除效果。
表4 不同置换反应温度的实验结果
| 温度/℃ | 砷的置换效率/％ | 锑的置换效率/％ |
| 10 | 15.3 | 15.7 |
| 25 | 35.8 | 42.7 |
| 40 | 52.9 | 65.3 |
| 60 | 92.2 | 94.8 |
| 80 | 95.7 | 98.6 |
实施例5
取200mL As(III)含量为0.1gL-1，Sb(III)含量为0.5gL-1的地表水于反应器中，采用盐酸将溶液pH调至0，加入5g铜粉(200目)，通入氮气后密闭反应器，搅拌速度为100～600r/min，反应温度为60℃，置换时间为60min。
采用置换效率来评估铜粉对水体中砷、锑的置换去除效果。
表5 不同搅拌速度的置换实验结果
| 搅拌速度/(r/min) | 砷的置换效率/％ | 锑的置换效率/％ |
| 100 | 67.3 | 74.2 |
| 200 | 78.8 | 81.8 |
| 400 | 82.6 | 86.3 |
| 500 | 86.1 | 91.2 |
| 600 | 94.4 | 95.7 |
实施例6
取200mL As(III)含量为0.1gL-1，Sb(III)含量为0.5gL-1的地表水于反应器中，采用盐酸将溶液pH调至0～3，加入5g铜粉(200目)，通入氮气后密闭反应器，搅拌速度为400r/min，反应温度为40℃，置换时间为60min。
采用置换效率来评估铜粉对水体中砷、锑的置换去除效果。
表6 不同pH的置换实验结果
| pH | 砷的置换效率/％ | 锑的置换效率/％ |
| 0 | 91.3 | 92.9 |
| 1 | 86.8 | 91.8 |
| 2 | 85.6 | 86.7 |
| 3 | 75.1 | 80.4 |
实施例7
取200mL As(III)含量为0.1gL-1，Sb(III)含量为0.5gL-1的地表水于反应器中，采用盐酸将溶液pH调至0，加入1～10g铜粉(200目)，通入氮气后密闭反应器，搅拌速度为400r/min，反应温度为40℃，置换时间为60min。
采用置换效率来评估铜粉对水体中锑的置换去除效果。
表7 不同铜粉加入量的置换实验结果
| 铜粉质量/g | 砷的置换效率/％ | 锑的置换效率/％ |
| 1.0 | 27.3 | 24.2 |
| 4.0 | 44.8 | 41.6 |
| 6.0 | 52.2 | 57.3 |
| 8.0 | 86.5 | 81.4 |
| 10.0 | 93.2 | 96.3 |
实施例8
取200mL As(III)含量为0.1～10gL-1，Sb(III)含量为4.6gL-1的分银渣浸出液于反应器中，采用盐酸将溶液pH调至0，加入10g铜粉(200目)，通入氮气后密闭反应器，搅拌速度为400r/min，反应温度为40℃，置换时间为60min。
采用置换效率来评估铜粉对水体中砷、锑的置换去除效果。
表8 不同砷浓度的置换实验结果
| As(III)含量/mgL-1 | 砷的置换效率/％ | 锑的置换效率/％ |
| 0.1 | 98.5 | 99.2 |
| 3.7 | 95.2 | 97.3 |
| 6.4 | 92.1 | 93.4 |
| 8.2 | 85.6 | 89.3 |
| 10 | 81.5 | 83.5 |
实施例9
取200mL As(III)含量为2.4gL-1，Sb(III)含量为0.1～25gL-1的分银渣浸出液于反应器中，采用盐酸将溶液pH调至0，加入20g铜粉(200目)，通入氮气后密闭反应器，搅拌速度为400r/min，反应温度为40℃，置换时间为60min。
采用置换效率来评估铜粉对水体中砷、锑的置换去除效果。
表9 不同锑浓度的置换实验结果
| As(III)含量/mgL-1 | 砷的置换效率/％ | 锑的置换效率/％ |
| 0.1 | 97.3 | 99.4 |
| 4.9 | 96.1 | 97.9 |
| 10.7 | 94.2 | 95.4 |
| 16.4 | 87.8 | 91.8 |
| 25 | 83.1 | 85.2 |
Claims (5)
1.一种铜粉置换去除并回收水体中砷、锑的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)用盐酸将含砷、锑的废水pH调至0～3，氮气保护下，加入铜粉，密闭反应器，以100～600r/min的速度搅拌反应，反应温度为10～80℃，置换时间为10～120min；所述含砷、锑的废水中，As(III)含量为0.1～10g/L，Sb(III)含量为0.1～25g/L；所述铜粉的质量用量以所述废水的体积计为5～100g/L；
(2)置换完成后，对反应体系进行过滤，回收滤渣，以及滤液经快速低温重结晶所得的晶体。
2.如权利要求1所述的铜粉置换去除并回收水体中砷、锑的方法，其特征在于，所述铜粉的质量用量以所述废水的体积计为5～50g/L。
3.如权利要求1所述的铜粉置换去除并回收水体中砷、锑的方法，其特征在于，所述水体为工业重金属冶金废水、地表水或生活污水。
4.如权利要求1～3所述的铜粉置换去除并回收水体中砷、锑的方法，其特征在于，所述的铜粉为60～400目。
5.如权利要求4所述的铜粉置换去除并回收水体中砷、锑的方法，其特征在于，所述的铜粉为200～400目。
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