【摘要】：含鉻混合廢水主要來(lái)源于電鍍、礦冶、化工、制藥、航空及制革等行業(yè),廢水中主要包含鉻、銅、鎳和鋅等重金屬離子。六價(jià)鉻具有較強(qiáng)毒性,是三價(jià)鉻的100倍,美國(guó)環(huán)境保護(hù)署將其歸為對(duì)人體危害最大的十七種化學(xué)物質(zhì)之一。目前,處理含鉻混合廢水最常用的方法為化學(xué)沉淀法,但該方法較難解決資源綜合回收、水體鹽度高、重金屬污染等問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)含鉻混合廢水分步凈化并綜合回收有價(jià)金屬,本文提出“高性能鐵基材料還原-人造礦物分步合成-高效分選”新技術(shù),該技術(shù)具有成本低、操作簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),從源頭上解決了含鉻混合廢水的危害及資源化難題。采用吉布斯自由能變、金屬離子溶液組分圖和E-pH圖,對(duì)“高性能鐵基材料還原-人造礦物分步合成-高效分選”新技術(shù)過(guò)程熱力學(xué)進(jìn)行計(jì)算,確定了各組分的熱力學(xué)穩(wěn)定區(qū)域和相關(guān)物種之間相互轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)條件,建立了人造硫化礦與磁性鉻鐵礦高效合成機(jī)制,從理論上證明該技術(shù)是可行的。通過(guò)球磨生鐵、鑄造生鐵、灰口鑄鐵和二次還原鐵粉四種固體鐵基還原劑對(duì)Cr(Ⅵ)還原行為的研究,揭示了四種不同鐵基材料還原Cr(Ⅵ)的行為差異,構(gòu)建了不同的反應(yīng)模型,最終篩選出灰口鑄鐵是一種高性能的鐵基還原材料。該材料可從各種機(jī)械加工廠的廢料中獲得且價(jià)格低廉,可達(dá)到以廢治廢的目的。在此基礎(chǔ)上,系統(tǒng)研究了反應(yīng)初始pH、鐵粉用量、初始Cr(Ⅵ)濃度、顆粒大小、攪拌速度和溫度等因素對(duì)Cr(Ⅵ)還原行為的影響,構(gòu)建了還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型,求解出表觀活化能為20.718 kJ/mol,推導(dǎo)出灰口鑄鐵還原Cr(Ⅵ)半經(jīng)驗(yàn)方程:ln(C0/C)=-5.3815·C-1.277R1.521D-0.728eT/-2492t在高性能鐵基材料還原Cr(Ⅵ)基礎(chǔ)上,考察了 Cu(Ⅱ)初始濃度對(duì)還原過(guò)程的影響,發(fā)現(xiàn)在該體系下Cu(Ⅱ)的去除率偏低。基于超聲波強(qiáng)化還原理論,研究了超聲波對(duì)鐵基材料還原Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)的影響。采用XRD、XPS、SEM-EDS和EPMA等測(cè)試技術(shù)對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行表征,查明了銅在有無(wú)超聲波強(qiáng)化體系下的還原反應(yīng)路徑,證明超聲波強(qiáng)化銅的還原主要是通過(guò)對(duì)鐵表面沉積的鐵鉻氫氧化物鈍化膜進(jìn)行清洗,使得銅離子首先被還原為金屬銅,然后沉積在鐵粉表面�；阪嚭弯\離子硫化反應(yīng)理論,研究了硫化鈉用量、作用時(shí)間和攪拌速度對(duì)鎳和鋅離子去除率的影響,進(jìn)一步通過(guò)對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行表征,證實(shí)重金屬鎳離子和鋅離子可以轉(zhuǎn)化為人造硫化礦,而這種礦物有望通過(guò)浮選技術(shù)進(jìn)行回收。鉻鐵礦合成試驗(yàn)表明,硫酸亞鐵用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)初始pH、充氣量、作用時(shí)間和攪拌速度等因素對(duì)溶液中鉻離子去除率以及鉻鐵礦制備有重要影響,發(fā)現(xiàn)常溫下可合成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且磁性較強(qiáng)的人造鉻鐵礦。采用SEM對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行表征,證實(shí)生成的產(chǎn)物為不規(guī)則六面體,結(jié)構(gòu)致密且表面粗糙,最大粒度為64μm,有利于通過(guò)磁選回收。通過(guò)研究溶液中鎳離子和鋅離子初始濃度對(duì)制備的鐵氧體種類、結(jié)晶度和磁性的影響,發(fā)現(xiàn)溶液中鎳離子和鋅離子濃度越高,鐵氧體產(chǎn)物結(jié)晶度越差。鋅離子主要進(jìn)入鋅鐵尖晶石中,部分進(jìn)入鋅鉻尖晶石。溶液中鋅離子濃度對(duì)產(chǎn)物磁性有較大影響,較低的鋅離子有利于提高產(chǎn)物磁性,較高的鋅離子濃度則會(huì)降低產(chǎn)物磁性。與鋅離子相比,鎳離子較難進(jìn)入尖晶石結(jié)構(gòu)中,鎳主要以鎳鐵尖晶石、鎳鉻尖晶石和少量氫氧化鎳的形式存在于產(chǎn)物中,溶液中鎳離子的濃度對(duì)產(chǎn)物的磁性也有明顯影響。通過(guò)模擬廢水進(jìn)一步證實(shí)“高性能鐵基材料還原-人造礦物分步合成-高效分選”新技術(shù)的可行性。研究了鐵粉用量、硫化鈉用量、硫酸亞鐵用量對(duì)模擬廢水工藝指標(biāo)的影響,確定較佳工藝參數(shù)。處理后的廢水達(dá)到我國(guó)電鍍廢水排放標(biāo)準(zhǔn),溶液中的銅離子轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘巽~、鎳離子轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧�、鉻則進(jìn)入鉻鐵礦晶體中,實(shí)現(xiàn)了含鉻混合廢水分步凈化的目的。采用毒性浸出檢測(cè)手段,證實(shí)制備出的鉻鐵礦結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好。對(duì)還原后的鐵粉,采用“擦洗-磁選”工藝處理,得到含銅9.83%的銅精礦和含鐵90.42%的鐵精礦,鐵基材料含銅從0.50%降低至0.29%,初步實(shí)現(xiàn)了 Fe-Cu分選。對(duì)采用還原后上層液制備的人造硫化物和鉻鐵礦,同樣采用“擦洗-磁選”工藝,獲得含F(xiàn)e53.49%、Cr2.22%、Ni0.30%的含鉻鐵精礦和含Ni3.76%、Cr0.41%的硫化鎳精礦,初步實(shí)現(xiàn)了硫化鎳與鉻鐵礦的分選。
【圖文】：

１．４．３還原榞體法＿栜廢水工藝流程逡逑采用還原－鐵氧體技術(shù)處理含鉻混合廢水，經(jīng)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)證明，排放的水可達(dá)到國(guó)逡逑家污水排放標(biāo)準(zhǔn)。圖１－１為鐵粉還原－鐵氧體技術(shù)處理含鉻混合廢水流程。含鉻廢水逡逑經(jīng)均化池后由泵打入斜管沉淀池，進(jìn)行預(yù)處理，在此注入廢的再生酸液，然后再通過(guò)逡逑泵打入鐵粉過(guò)濾罐，進(jìn)行六價(jià)鉻的還原。將處理后的水體放入均化池混合后通過(guò)泵將逡逑待處理液體打入鐵氧體處理槽中，同時(shí)加入硫酸亞鐵、氫氧化鈉，并通入空氣，，必要逡逑時(shí)采用蒸汽加熱，鐵氧體合成后上清液外排，底流通過(guò)離心機(jī)濃縮，濃縮液體外排，逡逑底流固體進(jìn)行烘干堆存。逡逑１２逡逑

試驗(yàn)內(nèi)容包括高性能鐵基材料還原、人造硫化物合成、人造鉻鐵礦合成和模擬廢逡逑７ＪＣ驗(yàn)證試驗(yàn)四部分。前兩部分用到的試驗(yàn)儀器和設(shè)備主要包括機(jī)械攪拌機(jī)、燒杯和ｐＨ逡逑計(jì)，鉻鐵礦合成所用裝置如圖２－１所示，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程所用試驗(yàn)儀器和設(shè)備見(jiàn)表２．３。逡逑表２．３試驗(yàn)儀器與設(shè)備逡逑Ｔａｂｌｅ邋２．３邋Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ａｐｐａｒａｔｕｓ邋ａｎｄ邋ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ逡逑設(shè)備用途邐設(shè)備名稱邐設(shè)備型號(hào)邐生產(chǎn)廠家逡逑行星球磨儀邐ＰＭ２００邐Ｒｅｔｓｃｈ逡逑樣品加工邐三頭研磨機(jī)邐ＸＰＭ－ｃｐｌ２0ｘ３邐南昌市力源礦冶公司逡逑邐邐ＣＡ－Ｃ邐沈陽(yáng)機(jī)床公司逡逑機(jī)械攪拌器邐ＲＷ２０邋ｄｉｇｉｔａｌ邐倍捷科技逡逑水浴鍋邐ＨＨ－２邐鄭州特慧實(shí)業(yè)有限公司逡逑、：ｒＫｔ＊，丨々＇士必邐超聲波發(fā)生器邐ＧＡＷ邐ＳＡＮＨＯ逡逑流量計(jì)邐ＬＺＢ－３ＷＢ邐常州儀表公司逡逑邐空氣瓶邐昆明氧氣廠逡逑紫外可見(jiàn)分
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X703;TD95

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2591266