CN104496000B - 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

一种铜粉置换去除并回收水体中砷、锑的方法
(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200mLAs(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200mLAs(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 90.92 -->
120 98.5 97.6
实施例2
取200mLAs(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200mLAs(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200mLAs(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200mLAs(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200mLAs(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200mLAs(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 57.34 -->
8.0 86.5 81.4
10.0 93.2 96.3
实施例8
取200mLAs(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200mLAs(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任一项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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