CN114751579A - 一种调控外磁场强化废水中合成含铬尖晶石磁学性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种调控外磁场强化废水中合成含铬尖晶石磁学性能的方法。首先，调节含铬废水pH，向废水中加入亚铁离子并进行机械搅拌，使废水中六价铬转变为三价铬。然后转入可调控外磁场的反应池中，并向溶液中加入亚铁离子调节溶液pH，通入压缩空气或氧气，同时进行充气或机械搅拌，将反应后的溶液进行浓缩，上清液达标排放，浓缩底流进行磁选处理，回收具有良好磁选的含铬尖晶石。本发明采用调控外磁场强度和方向的方法，提高了合成含铬尖晶石的磁学性能，促进了含铬尖晶石的分选和回收，改善了常规铁氧体法合成产物磁性较弱的现象，同步实现了含铬废水的净化和资源化。本发明方法操作简便、成本低廉、绿色环保，具有良好的工业应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种调控外磁场强化废水中合成含铬尖晶石磁学性能的方法，具体为在采用铁氧体法处理含铬废水过程中，通过调节外磁场大小和方向，强化合成含铬尖晶石的磁学性能，提高废水中铬资源磁选回收指标的方法，该发明属于资源与环境技术领域。
背景技术
随着我国工业的快速发展，铬的消耗量日益增大，同时含铬废水的产生量和排放量也逐年增加。含铬废水若得不到合理处理，将会对农田、土壤、河流甚至人体健康产生严重影响。目前，含铬废水处理的方法主要包括化学沉淀法、铁氧体法、膜分离技术、吸附法、离子交换法、萃取法、光催化法等，其中化学沉淀法在工业上应用最为广泛，但该方法的使用会产生大量的固体危险废物电镀污泥。目前，对于电镀污泥一般采用固化或填埋的方法处理，不仅成本高昂，而且造成了污泥中有价金属的严重浪费。
铁氧体法不仅可以实现含铬废水的净化，而且可将污泥中有价金属转变为具有回收价值的含铬尖晶石，如此以来，可同步实现废水的净化和资源化。但是，目前铁氧体法并未得到广泛的工业应用，究其原因主要是：1）合成过程操作困难；2）合成产物结晶粒度小；3）合成产物中有价金属含量低；4）合成产物磁学性能弱；5）通过常规磁选技术回收指标差。
因此，亟需开发一种优化铁氧体法处理含铬废水的新方法，以期提高合成产物结晶粒度和磁学性能。
发明内容
针对采用传统铁氧体法处理含铬废水操作繁琐、合成产物结晶粒度小、磁学性能弱的难题，本发明提供了一种调控外磁场强化废水中合成含铬尖晶石磁学性能的方法，本发明提供的方法可提高铁氧体法合成含铬尖晶石的磁学性能和回收指标，具有操作简单、成本低廉、绿色环保的优点，有利于推进传统铁氧体法的产业化进程。
本发明通过下列技术方案实现：一种调控外磁场强化废水中合成含铬尖晶石磁学性能的方法，具体步骤如下：
（1）调节含铬废水的pH至3.0以下；
（2）向步骤（1）的含铬废水中加入亚铁盐，使亚铁离子与铬离子的摩尔比为15～20，并进行机械搅拌，搅拌时间为10～30min，使六价铬转变为三价铬；
（3）将步骤（2）的含铬废水转入可调控外磁场的反应池中，接通磁场电源，使反应池内形成具有一定方向和强度的磁场；
（4）向步骤（3）的含铬废水中加入亚铁盐，使亚铁离子与含铬废水中铬离子的摩尔比为8～20；
（5）通过加入碱的方式调节步骤（4）的含铬废水pH至9～12；
（6）向步骤（5）的含铬废水中通入压缩空气或氧气，同时进行充气搅拌或机械搅拌20min至3h；
（7）将步骤（6）的含铬废水进行浓缩；
（8）将步骤（7）中上清液排放，且能实现达标排放，底流进入磁选设备，回收磁性矿物；
（9）步骤（8）获得的磁性矿物进行过滤处理，得到含铬尖晶石产品。
所述步骤（1）中的调节含铬废水的pH是用硫酸调节。
所述步骤（2）和（4）中的亚铁盐为硫酸亚铁和氯化亚铁中的一种或两种的混合物。
所述步骤（3）中可调控外磁场的反应池的外部设有电磁线圈，能调节反应池中磁场的方向和大小，磁场强度范围为0.02～0.2T。
所述步骤（5）中碱为熟石灰、生石灰、氢氧化钠、石灰乳、碳酸钠中的一种或两种以上混合物。
所述步骤（6）中通入压缩空气或氧气是在每升含铬废水中按速率为0.2～3.0L/min充入压缩空气，或在每升含铬废水中按速率为0.1～0.5L/min充入压缩氧气。
所述步骤（7）的浓缩采用浓密机或浓密池。
所述步骤（8）中磁选的磁场强度为0.3～0.8T。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1）本发明采用的调控外磁场的反应池中底部和四周壁中均装有电磁线圈，可实现反应池中磁场方向和磁场大小的调控。
（2）调控外磁场的电磁线圈产生的磁场可改变废水中有价金属的运动速率和方向，促进含铬尖晶石结晶粒度的生长。
（3）本发明将铁氧体法在具有可调控外磁场的反应池中进行，提高了合成产物含铬尖晶石的磁学性能，提高了磁选回收指标，为铁氧体法产业化应用奠定夯实基础。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：处理对象为广西某电镀厂高浓度含铬废水，含铬废水中铬的价态主要为六价，铬的浓度为150~250mg/L，废水的初始pH为4。
（1）用硫酸调节含铬废水的pH至3.0以下；
（2）向步骤（1）的含铬废水中加入硫酸亚铁，使亚铁与铬离子的摩尔比为18，并进行机械搅拌，搅拌时间为20min，使六价铬转变为三价铬，六价铬的还原率达到95%以上；
（3）将步骤（2）的含铬废水转入外部设有电磁线圈的可调控外磁场的反应池中，接通磁场电源，使反应池内形成具有一定方向和强度的磁场，磁场强度范围为0.2T；
（4）向步骤（3）的含铬废水中加入硫酸亚铁，使亚铁离子与含铬废水中铬离子的摩尔比为20；
（5）通过加入氢氧化钠调节步骤（4）的含铬废水pH至12；
（6）向步骤（5）的含铬废水中通入压缩空气，按每升废水中速率为3.0L/min充入压缩空气，同时进行充气搅拌或机械搅拌3h；
（7）将步骤（6）的含铬废水采用浓密机进行浓缩；
（8）将步骤（7）中上清液排放，且能实现达标排放，底流进入磁选设备，磁选的磁场强度为0.8T，回收磁性矿物；
（9）步骤（8）获得的磁性矿物进行过滤处理，得到含铬尖晶石产品。
本例铬的回收率达到92%，合成产物最大结晶粒度为48μm，合成产物较常规铁氧体法产物的饱和磁场强度提高35%。
实施例2：处理对象为云南某电镀厂低浓度含铬废水，含铬废水中铬的价态主要为六价，铬的浓度为50~100mg/L，废水的初始pH为2.0。
（1）无需调节含铬废水的pH；
（2）向步骤（1）的含铬废水中加入硫酸亚铁，使亚铁与铬离子的摩尔比为20，并进行机械搅拌，搅拌时间为30min，使六价铬转变为三价铬，六价铬的还原率达到97%以上；
（3）将步骤（2）的含铬废水转入外部设有电磁线圈的可调控外磁场的反应池中，接通磁场电源，使反应池内形成具有一定方向和强度的磁场，磁场强度范围为0.02T；
（4）向步骤（3）的含铬废水中加入氯化亚铁，使亚铁离子与含铬废水中铬离子的摩尔比为8；
（5）通过加入生石灰调节步骤（4）的含铬废水pH至9；
（6）向步骤（5）的含铬废水中通入压缩空气，按每升废水中速率为0.2L/min充入压缩空气，同时进行充气搅拌或机械搅拌20min；
（7）将步骤（6）的含铬废水采用浓密机进行浓缩；
（8）将步骤（7）中上清液排放，且能实现达标排放，底流进入磁选设备，磁选的磁场强度为0.3T，回收磁性矿物；
（9）步骤（8）获得的磁性矿物进行过滤处理，得到含铬尖晶石产品。
本例铬的回收率达到75%，合成产物最大结晶粒度为64μm，合成产物较常规铁氧体法产物的饱和磁场强度提高42%。
实施例3：处理对象为湖南某电镀厂低浓度含铬废水，含铬废水中铬的价态主要为六价，铬的浓度为20~60mg/L，废水的初始pH为3.5。
（1）用硫酸调节含铬废水的pH至2.0；
（2）向步骤（1）的含铬废水中加入硫酸亚铁，使亚铁与铬离子的摩尔比为15，并进行机械搅拌，搅拌时间为10min，使六价铬转变为三价铬，六价铬的还原率达到96%以上；
（3）将步骤（2）的含铬废水转入外部设有电磁线圈的可调控外磁场的反应池中，接通磁场电源，使反应池内形成具有一定方向和强度的磁场，磁场强度范围为0.1T；
（4）向步骤（3）的含铬废水中加入硫酸亚铁，使亚铁离子与含铬废水中铬离子的摩尔比为16；
（5）通过加入氢氧化钠调节步骤（4）的含铬废水pH至10.5；
（6）向步骤（5）的含铬废水中通入压缩氧气，按每升废水中速率为0.1L/min充入压缩氧气，同时进行充气搅拌或机械搅拌2h；
（7）将步骤（6）的含铬废水采用浓密池进行浓缩；
（8）将步骤（7）中上清液排放，且能实现达标排放，底流进入磁选设备，磁选的磁场强度为0.5T，回收磁性矿物；
（9）步骤（8）获得的磁性矿物进行过滤处理，得到含铬尖晶石产品。
本例铬的回收率达到83%，合成产物最大结晶粒度为36μm，合成产物较常规铁氧体法产物的饱和磁场强度提高28%。
实施例4：处理对象为深圳某电镀厂高浓度含铬废水，含铬废水中铬的价态主要为六价，铬的浓度为200~370mg/L，废水的初始pH为1.0。
（1）无需调节pH；
（2）向步骤（1）的含铬废水中加入硫酸亚铁，使亚铁与铬离子的摩尔比为16，并进行机械搅拌，搅拌时间为25min，使六价铬转变为三价铬，六价铬的还原率达到100%；
（3）将步骤（2）的含铬废水转入外部设有电磁线圈的可调控外磁场的反应池中，接通磁场电源，使反应池内形成具有一定方向和强度的磁场，磁场强度范围为0.15T；
（4）向步骤（3）的含铬废水中加入硫酸亚铁，使亚铁离子与含铬废水中铬离子的摩尔比为12；
（5）通过加入氢氧化钠调节步骤（4）的含铬废水pH至11；
（6）向步骤（5）的含铬废水中通入压缩氧气，按每升废水中速率为0.5L/min，充入压缩氧气同时进行充气搅拌或机械搅拌1h；
（7）将步骤（6）的含铬废水采用浓密机进行浓缩；
（8）将步骤（7）中上清液排放，且能实现达标排放，底流进入磁选设备，磁选的磁场强度为0.6T，回收磁性矿物；
（9）步骤（8）获得的磁性矿物进行过滤处理，得到含铬尖晶石产品。
本例铬的回收率达到90%，合成产物最大结晶粒度为53μm，合成产物较常规铁氧体法产物的饱和磁场强度提高32%。
上面结合实施例对本发明的具体实施方式作了详细说明，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种调控外磁场强化废水中合成含铬尖晶石磁学性能的方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）调节含铬废水的pH至3.0以下；
（2）向步骤（1）的含铬废水中加入亚铁盐，使亚铁离子与铬离子的摩尔比为15～20，并进行机械搅拌，搅拌时间为10～30min；
（3）将步骤（2）的含铬废水转入可调控外磁场的反应池中，接通磁场电源，使反应池内形成具有一定方向和强度的磁场；
（4）向步骤（3）的含铬废水中加入亚铁盐，使亚铁离子与含铬废水中铬离子的摩尔比为8～20；
（5）通过加入碱的方式调节步骤（4）的含铬废水pH至9～12；
（6）向步骤（5）的含铬废水中通入压缩空气或氧气，同时进行充气搅拌或机械搅拌20min至3h；
（7）将步骤（6）的含铬废水进行浓缩；
（8）将步骤（7）中上清液排放，底流进入磁选设备，回收磁性矿物；
（9）步骤（8）获得的磁性矿物进行过滤处理，得到含铬尖晶石产品。
2.根据权利要求1所述调控外磁场强化废水中合成含铬尖晶石磁学性能的方法，其特征在于：所述步骤（1）中的调节含铬废水的pH是用硫酸调节。
3.根据权利要求1所述调控外磁场强化废水中合成含铬尖晶石磁学性能的方法，其特征在于：所述步骤（2）和（4）中的亚铁盐为硫酸亚铁和氯化亚铁中的一种或两种的混合物。
4.根据权利要求1所述调控外磁场强化废水中合成含铬尖晶石磁学性能的方法，其特征在于：所述步骤（3）中可调控外磁场的反应池的外部设有电磁线圈，能调节反应池中磁场的方向和大小，磁场强度范围为0.02～0.2T。
5.根据权利要求1所述调控外磁场强化废水中合成含铬尖晶石磁学性能的方法，其特征在于：所述步骤（5）中碱为熟石灰、生石灰、氢氧化钠、石灰乳、碳酸钠中的一种或两种以上混合物。
6.根据权利要求1所述调控外磁场强化废水中合成含铬尖晶石磁学性能的方法，其特征在于：所述步骤（6）中通入压缩空气或氧气是在每升含铬废水中按速率为0.2～3.0L/min充入压缩空气，或在每升含铬废水中按速率为0.1～0.5L/min充入压缩氧气。
7.根据权利要求1所述调控外磁场强化废水中合成含铬尖晶石磁学性能的方法，其特征在于：所述步骤（7）的浓缩采用浓密机或浓密池。
8.根据权利要求1所述调控外磁场强化废水中合成含铬尖晶石磁学性能的方法，其特征在于：所述步骤（8）中磁选的磁场强度为0.3～0.8T。
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