CN110304758A - 一种去除含锰废水中锰离子的方法 - Google Patents

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Abstract

一种去除含锰废水中锰离子的方法，涉及对含锰废水处理的领域，包括以下步骤：步骤1、在含锰的废水中加入氧化剂并搅拌均匀；步骤2、在步骤1之后，加入沉淀剂调节溶液的pH为8.5～12进行反应，然后过滤收集沉淀，采用该方法回收的锰元素在所有元素中的含量可以达到45％～75％，纯度高而且步骤简单，反应时间短，成本低，具有很好的工业应用前景。

Description

一种去除含锰废水中锰离子的方法
技术领域
本发明涉及对含锰废水处理的领域，尤其涉及一种去除含锰废水中锰离子的方法。
背景技术
锰是人体必需的一种微量元素，但是过量锰的摄入会对人体造成伤害。锰是环境水质污染物的重要重金属监测指标之一，锰污染主要由涉锰企业造成，包括锰矿开采类企业和电解锰生产类企业，95％以上的电解锰生产企业是用碳酸锰矿为原料，采用酸浸、复盐电解制锰工艺，在电解锰生产过程中会产生大量的废水，该类废水中含有部分硫酸锰、硫酸钙、硫酸镁和硫酸铵等物质，若未经处理或处理不当极易污染附近的河流和土壤，给周边居民和环境带来极大的安全隐患。同时，废水锰中含有部分锰资源，若直接排放也会造成资源浪费。
中国专利CN2009101047555公开了一种在电解锰钝化废水中回收锰的方法，主要过程包括：首先用碱调节废水的pH值到8～12，然后加入碳酸盐，反应60～120min后，加入聚丙烯酰胺沉淀碳酸锰，过滤后回收碳酸锰，同时继续调节滤液pH至8～12，然后加入过氧化物，反应60min后，再加入聚丙烯酰胺沉淀锰。该专利通过以上多个步骤对废水中的锰进行去除和回收。
上述技术方案存在如下问题：
1、采用可溶性碳酸盐沉淀锰离子，同时也会沉淀溶液中的钙离子和镁离子生成碳酸钙和碳酸镁，从而使得沉淀中锰的纯度不高，不利于回收利用；
2、通过对第二次的滤液进行先调pH至8～12，再加入过氧化物反应沉淀锰离子，由于在pH值为8～12的碱性环境下，溶液中部分锰离子生成锰的氧化物或氢氧化物，会对随后加入的过氧化物如过氧化氢起到强烈的催化分解作用，造成过氧化氢大量分解，只有极小一部分过氧化物参与将Mn(OH)2氧化成Mn(OH)4的反应，也正因如此，在加入过氧化物后Mn(OH)2氧化成Mn(OH)4的反应需60min以上；
3、因氧化反应的时间长，无法采用连续净化反应装置，只能采用间歇式净化装置，造成成本过高且生产效率低下；
4、该技术方案还采用絮凝剂聚丙烯酰胺沉淀锰，聚丙烯酰胺会造成水中有机物含量增高，COD不合格。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种去除含锰废水中锰离子的方法，采用该方法回收的锰纯度较高，而且步骤简单，反应时间短，成本低，具有很好的工业应用前景。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种去除含锰废水中锰离子的方法，包括以下步骤：
步骤1、在含锰的废水中加入氧化剂并搅拌均匀；本发明中所述含锰的废水中主要包括硫酸锰、硫酸钙、硫酸镁和硫酸铵；
步骤2、在步骤1之后，加入沉淀剂调节溶液的pH为8.5～12进行反应，然后过滤收集沉淀。
所述氧化剂选自过氧化氢、过氧化钠、过氧化钾、过氧化钙、过氧化镁、过氧化锌、过一硫酸氢钾、过氧化锶、臭氧、高锰酸钾、高锰酸钠、锰酸钾、锰酸钠、过碳酸钾、过碳酸钠、过碳酸铵、过氧乙酸中的至少一种。所述氧化剂与锰离子的摩尔比为1:(0.5～50)；更优化地，所述氧化剂与锰离子的摩尔比为1:3。
所述沉淀剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氧化钙、氧化钠、氧化钾、氧化镁、氢氧化镁中的至少一种。
进一步地，在步骤2中，调节溶液的pH为9～10，反应时间为1～30min；更优化地，反应时间为1～10min。
本发明还可包括以下步骤：
步骤3、在步骤2得到沉淀中加入硫酸和还原剂进行反应，即得硫酸锰溶液；所述锰元素与硫酸的摩尔比为1:(1～5)；所述还原剂与锰元素的摩尔比为(0.3～10):1；所述还原剂包括无水硫代硫酸钠、五水硫代硫酸钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、草酸、二氧化硫中的至少一种。
相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：
1、本发明无需加入碳酸盐，而是采用一步法沉淀废水中的锰离子，一方面，可以完全去除锰离子，另一方面，可避免溶液中的钙镁离子沉淀下来，从而使得锰离子的回收率更高，纯度可达到99％，几乎检测不到硫酸钙和硫酸镁等杂质；
2、本发明步骤简单，先在含锰的废水中加入氧化剂并搅拌均匀，然后再使用沉淀剂调节pH，一方面，使得沉淀反应的时间更短，因此可设计连续反应装置，提高生产效率，降低生产成本，另一方面，氧化剂不会在反应过程中被歧化分解，因而节约了氧化剂的用量；
3、本发明在沉淀的整个步骤中只采用氧化剂和沉淀剂，无需使用絮凝剂进行沉淀，因而采用的化学物质种类较少，可大大降低经济成本，此外，不需再进行后续的处理，也避免了排放的废液中含有COD等有机物。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合实施例，对本发明做进一步详细说明。
一种去除含锰废水中锰离子的方法，包括以下步骤：
步骤1、在含锰的废水中加入氧化剂并搅拌均匀；所述氧化剂选自过氧化氢、过氧化钠、过氧化钾、过氧化钙、过氧化镁、过氧化锌、过一硫酸氢钾、过氧化锶、臭氧、高锰酸钾、高锰酸钠、锰酸钾、锰酸钠、过碳酸钾、过碳酸钠、过碳酸铵、过氧乙酸中的至少一种；所述氧化剂与锰离子的摩尔比为1:(0.5～50)，更优化地，所述氧化剂与锰离子的摩尔比为1:3；
步骤2、在步骤1之后，加入沉淀剂调节溶液的pH为8.5～12进行反应，反应时间为1～30min然后过滤收集沉淀，滤液可直接达标排放；所述沉淀剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氧化钙、氧化钠、氧化钾、氧化镁、氢氧化镁中的至少一种；更优化地，调节溶液的pH为9～10，反应时间为1～10min。
本发明中所述含锰的废水中主要包括硫酸锰、硫酸钙、硫酸镁和硫酸铵。
本发明采用上述步骤1和步骤2，即可将废水中锰离子去除掉，所得沉淀可进行回收利用，可在步骤2之后增加步骤3以将沉淀转化为硫酸锰溶液。
步骤3、在步骤2得到沉淀中加入硫酸和还原剂进行反应3～300min，即得高纯度硫酸锰溶液，可直接返回电解槽使用；所述锰元素与硫酸的摩尔比为1:(1～5)；所述还原剂与锰元素的摩尔比为(0.3～10):1；所述还原剂包括无水硫代硫酸钠、五水硫代硫酸钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、草酸、二氧化硫中的至少一种。
实施例1：
在Mn2+含量为3.2g/L的1L废水中，加入14mmol的高锰酸钾，混合均匀，然后向上述混合液中加入Mg(OH)2调节溶液pH为10.3，反应2min后过滤收集沉淀，通过XRF分析沉淀中Mn元素含量为58％，滤液中检测不到Mn2+，滤液可以达标排放。向沉淀中加入 70mmol的稀硫酸100ml和20mmolNa2SO3，搅拌5min后得硫酸锰溶液，溶质中硫酸锰纯度为97％。
实施例2：
在Mn2+含量为3.1g/L的1L废水中加入10mmol过碳酸钠，混合均匀，然后向上述混合液中加入Ca(OH)2调节溶液pH为9.8，反应3min后过滤收集沉淀，通过XRF分析沉淀中Mn元素含量为59％。
实施例3：
在Mn2+含量为1.6g/L的2L废水中加入5mmol过碳酸钠，混合均匀，然后向上述混合液中加入MgO调节溶液pH为10.7，反应5min后过滤收集沉淀，通过XRF分析沉淀中 Mn元素含量为61％。
实施例4：
在Mn2+含量为1.6g/L的2L废水中加入3mmol过氧化氢，混合均匀，然后向上述混合液中加入NaOH调节溶液pH为9.5，反应5min后过滤收集沉淀，通过XRF分析沉淀中 Mn元素含量为53％。
实施例5：
在Mn2+含量为3.2g/L的1L废水中加入7mmol的过氧乙酸，混合均匀，然后向上述混合液中加入NaOH和Mg(OH)2的混合物，调节溶液pH为8.6，反应2min后过滤收集沉淀，通过XRF分析沉淀中Mn元素含量为70％，滤液中检测不到Mn2+，可以达标排放。向沉淀中加入100mmol的稀硫酸100ml和100mmol草酸，搅拌60min后得硫酸锰溶液，溶质中硫酸锰纯度为99％。
实施例6：
在Mn2+含量为3.2g/L的1L废水中通入17mmol的臭氧，混合均匀，然后向上述混合液中加入NaOH，调节溶液pH为9.7，反应8min后过滤收集沉淀，通过XRF分析沉淀中 Mn元素含量为63％，滤液中检测不到Mn2+，可以达标排放。向沉淀中加入170mmol的稀硫酸100ml和50mmol草酸，搅拌60min后得硫酸锰溶液，溶质中硫酸锰纯度为93％。
实施例7：
在Mn2+含量为1.7g/L的2L废水中加入5mmol锰酸钾，混合均匀，然后向上述混合液中加入Na2O和MgO，调节溶液pH为10.4，反应3min后过滤收集沉淀，通过XRF分析沉淀中Mn元素含量为68％。
实施例8：
在Mn2+含量为1.7g/L的2L废水中加入15mmol过一硫酸氢钾，混合均匀，然后向上述混合液中加入MgO和NaOH，调节溶液pH为11.6，反应5min后过滤收集沉淀，通过XRF分析沉淀中Mn元素含量为54％。
对比例1：
在Mn2+含量为1.6g/L的2L废水中加入NaOH，调节溶液pH为9.5，然后再加入3mmol过氧化氢，混合均匀，反应5min后混合液中出现少许浑浊物，随着反应时间的延长，混合液中浑浊物逐渐增多，反应80min后加入絮凝剂以使沉淀完全，过滤收集沉淀，通过 XRF分析沉淀中Mn元素含量为12％。
对比例2：
在Mn2+含量为3.2g/L的1L废水中加入NaOH和Mg(OH)2的混合物，调节溶液pH为8.6，然后再加入7mmol的过氧乙酸，混合均匀，反应2min后混合液中出现少许浑浊物，随着反应时间的延长，混合液中浑浊物逐渐增多，反应80min后加入絮凝剂以使沉淀完全，过滤收集沉淀，通过XRF分析沉淀中Mn元素含量为17％，向沉淀中加入100mmol的稀硫酸100ml和100mmol草酸，搅拌60min后得硫酸锰溶液，溶质中硫酸锰纯度为30％。
通过上述实施例和对比例的实验数据比较，可知，采用本发明回收的锰元素在所有元素中的含量可以达到45％～75％，纯度高而且步骤简单，反应时间短，成本低，具有很好的工业应用前景。

Claims (8)

1.一种去除含锰废水中锰离子的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、在含锰的废水中加入氧化剂并搅拌均匀；
步骤2、在步骤1之后，加入沉淀剂调节溶液的pH为8.5～12进行反应，然后过滤收集沉淀。
2.如权利要求1所述的一种去除含锰废水中锰离子的方法，其特征在于：所述氧化剂选自过氧化氢、过氧化钠、过氧化钾、过氧化钙、过氧化镁、过氧化锌、过一硫酸氢钾、过氧化锶、臭氧、高锰酸钾、高锰酸钠、锰酸钾、锰酸钠、过碳酸钾、过碳酸钠、过碳酸铵、过氧乙酸中的至少一种。
3.如权利要求2所述的一种去除含锰废水中锰离子的方法，其特征在于：所述氧化剂与锰离子的摩尔比为1:(0.5～50)。
4.如权利要求3所述的一种去除含锰废水中锰离子的方法，其特征在于：所述氧化剂与锰离子的摩尔比为1:3。
5.如权利要求1所述的一种去除含锰废水中锰离子的方法，其特征在于：所述沉淀剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氧化钙、氧化钠、氧化钾、氧化镁、氢氧化镁中的至少一种。
6.如权利要求1所述的一种去除含锰废水中锰离子的方法，其特征在于：步骤2中，调节溶液的pH为9～10。
7.如权利要求1所述的一种去除含锰废水中锰离子的方法，其特征在于：步骤2中，反应时间为1～30min。
8.如权利要求7所述的一种去除含锰废水中锰离子的方法，其特征在于：所述反应时间为1～10min。
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