【摘要】：高砷污酸是金屬礦冶行業(yè)利用煙氣制酸過程中產(chǎn)生的最為普遍的污染廢物,具有高砷、高酸、高重金屬、危害大和難處理等特點,我國每年存在大量高砷污酸處置不當(dāng)?shù)那樾�。傳統(tǒng)污酸處置工藝常采用化學(xué)中和沉淀法,存在硫酸資源浪費、產(chǎn)生大量低品質(zhì)廢渣、處置成本高等問題。因此,本文提出擴散滲析—電解法聯(lián)用處置高砷污酸,以實現(xiàn)硫酸資源回收、污酸高效凈化的目的。通過實驗論證該工藝具有可行性,同時詳細(xì)考察了擴散滲析回收硫酸過程中砷(Ⅲ)與硫酸的分離現(xiàn)象及相互影響關(guān)系,電解過程中電流密度、電極材料、砷(Ⅲ)濃度、電解槽結(jié)構(gòu)對除砷效果的影響,進(jìn)一步分析了電解產(chǎn)物、電解除砷的可能機理及鐵的存在作用,并對工藝在實際工業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行基礎(chǔ)安全評價分析。擴散滲析模擬實驗表明利用擴散滲析法對污酸中砷(Ⅲ)與硫酸具有較高的分離效果。其中砷(Ⅲ)的擴散滲析為獨立過程,滲析系數(shù)U_(As)=1.98×10~(-4) m/h,其擴散速率只受砷(Ⅲ)自身濃度差影響,與硫酸濃度無關(guān);硫酸的擴散滲析受硫酸濃度和砷(Ⅲ)濃度的共同影響,砷(Ⅲ)濃度的影響為定量影響,影響程度與硫酸自身濃度有關(guān)。靜態(tài)擴散滲析24 h硫酸回收率達(dá)到極限時,砷(Ⅲ)泄漏率低于16.5%,以此推論實際工業(yè)中采用動態(tài)擴散滲析法大幅縮短滲析時間后,砷(Ⅲ)的泄漏率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于16.5%,工藝具有可行性。研究計算得到砷(Ⅲ)滲析系數(shù)和一系列硫酸滲析系數(shù),為實際工業(yè)設(shè)計提供指導(dǎo)參數(shù)。電解模擬實驗表明直接電解具有良好的砷去除效果,混合電解槽的整體除砷效果優(yōu)于分腔室電解槽。其中在電流密度5~50 mA/cm~2范圍內(nèi),砷去除率與電流密度呈正比關(guān)系;高砷(Ⅲ)濃度一定程度上提高砷的電解速率,但可能由于電流密度限制,鐵陽極氧化速率與砷(Ⅲ)濃度變化量不對等,導(dǎo)致整體去除率有所下降;碳鋼和不銹鋼電極材料去除效果遠(yuǎn)好于304和201不銹鋼電極材料,約為1.4倍,但其同時存在鐵陽極氧化速率過快、電極材料腐蝕消耗等問題。在實際工業(yè)應(yīng)用中,應(yīng)進(jìn)一步找尋電流密度、砷(Ⅲ)濃度和電極材料之間的最優(yōu)關(guān)系,如本文實驗研究發(fā)現(xiàn)在50 mA/cm~2,以304不銹鋼為電極材料,砷(Ⅲ)濃度維持在200 mg/L以上時,能實現(xiàn)高效除砷的同時防止電流過量浪費,低于200 mg/L,可適當(dāng)減小電流密度,適宜條件下砷去除率可達(dá)到100%。電解除砷的機理可能為砷(Ⅲ)氧化成砷(Ⅴ)后與鐵的結(jié)合物在陰極又被還原以砷單質(zhì)析出后,然后被雙氧水和其它氧化物氧化形成As_2O_3晶體析出,難以直接溶于稀硫酸環(huán)境下,鐵在對絮狀沉淀凝結(jié)和結(jié)晶過程起重要促進(jìn)作用。最終電解產(chǎn)物為較高純度的As_2O_3,有助于后續(xù)資源回收。利用預(yù)先危險性分析方法(PHA)對工藝存在的危險源進(jìn)行定性分析,作業(yè)條件危險性分析法(LEC)對工藝危險源進(jìn)行基礎(chǔ)安全評價,并在此基礎(chǔ)上提出相對應(yīng)的安全決策和防護(hù)措施,為擴散滲析-電解法聯(lián)用工藝穩(wěn)定、安全運行提供科學(xué)依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X756
【圖文】：

第一章2-3-+ - - + 4 2 4 4 2 4+ - 2- + 4 4 4 3 42R N Cl +H AsO (R N ) HAsO +2R N Cl +HAsO (R N ) HAsO + Velizarov[65]等研究不同陰離子膜對 As(性影響較大；Pessoa-Lopes[66]等研究證明 S序: SO HAsO Cl HAsO H242424（2）對于溶液中 As(Ⅲ)擴散滲析研究理共同作用。如圖 1.7 可知，酸性條件下 A亞砷酸的水合半徑較小，遠(yuǎn)小于砷酸的水合條件下 As 的轉(zhuǎn)運形式可能為兩種。一種類附于陰離子膜面，膜面 pH 較高且存在大量團(tuán)結(jié)合轉(zhuǎn)運；另一種是 H3AsO3可能以水合均是膜兩側(cè) As(Ⅲ)的濃度差。

圖 1.9 電解工作機理Fig. 1.9 Electrolysis working mechanism除污染物的應(yīng)用研究現(xiàn)狀解法處置重金屬廢水回收重金屬的研究，YANG[69]等實驗LCuSO4·5H2O，150 g/LH2SO4，40 g/LNaCl，3 g WPCBs 分離并回收 WPCBs 中的金屬，分離率高達(dá) 97.79 ％，約 86.6 ％，沒有任何非金屬粉末，回收的銅是樹枝狀的70]等在電解條件為極間距 4 cm，電解溫度 30 °C，初始 C留的 Cu2+濃度可降至 0.26 g/L，符合傳統(tǒng)方法去除銅的電解法處置有機污染物廢水的研究，YU[71]等研究利用銅備的電解材料電解甲基橙，20 分鐘后達(dá)到 100 ％的甲究表明采用 Ti/RuO2陽極的電解處理酚類廢，水中電解質(zhì)影響了該過程，而電解質(zhì)的濃度以及初始 pH 具有輕微NaCl，119mA/cm2和初始 pH=3.4；Candia-Onfray[73]等研廠廢水中有機物時，大濃度的硫酸鹽和氯化物的存在有利

第二章 實驗原料、裝置及方法 實驗裝置.1 靜態(tài)擴散滲析實驗裝置回收硫酸所用的擴散滲析裝置如下圖 2.1 所示，該裝置為單片板框式擴散滲析板框材料為耐酸性的聚四氟材料，中心夾有陰離子交換膜，外層分別有一層帶和不銹鋼板，通過螺絲固定裝置。每層板框之間墊有硅膠布，以保證裝置的密封溶液泄漏。兩側(cè)腔室塑料板測均分別帶有一個進(jìn)料口和一個取料口，通過氣動料和取樣。進(jìn)料口連接直徑 10mm 的滴定管底部，通過往滴定管中投加模擬廢力總用實現(xiàn)進(jìn)料。兩側(cè)腔室容積均約 200 mL，有效滲析面積為 103.1 cm2。

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本文編號：2745816