隨著工業(yè)的發(fā)展，人們對稀有元素材料的需求量越來越大，在濕法提取這些稀有元素材料過程中，或者對干法廢氣進行噴淋處理時，都會造成大量的水污染。以濕法精煉提取硒為類，這些廢水中含有400~3000mg/L的硒。這些硒主要以硒酸根離子和亞硒酸根離子形式存在。同時在廢水中含有大量的硫酸根離子和氯離子。在傳統(tǒng)離子交換樹脂除硒中，樹脂層很快出現(xiàn)穿透點，樹脂利用率很低，而且解吸出來的硒溶液濃度不夠高，從而降低了回收硒的價值。由于上述缺點，傳統(tǒng)離子交換樹脂工藝在處理冶煉廢水中難以得到很好的應(yīng)用。在化學(xué)還原法回收硒過程中，運行費用非常高，1噸水的處理成本在200~400元，并且過多的還原劑和硫脲會給水體帶來二次污染，這給企業(yè)在治理廢水中造成巨大的經(jīng)濟負擔。硒作為一種市場價格較高的稀有材料，如何在降低運行成本的情況下，回收廢水的硒，并能達到環(huán)境治理的目的，這對企業(yè)和社會都有重要的意義。 本論文采用靜態(tài)實驗，分別采用不同樹脂對亞硒酸根離子和硒酸根離子進行吸附篩選，結(jié)果表明：C100(Fe~(3+))樹脂對亞硒酸根離子有很好的選擇性，S108樹脂對硒酸根離子有很好的選擇性，提出用C100(Fe~(3+))樹脂和S108樹脂回收硒的聯(lián)合工藝。對于含硒濃度為853mg/L的亞硒酸鈉溶液，C100(Fe~(3+))樹脂的吸附量為92.198mg/g-R；對于含硒濃度為856mg/L的硒酸鈉溶液，S108樹脂的吸附量為102.464mg/g-R。當廢水中存在大量的硫酸根離子或者氯離子后，C100(Fe~(3+))樹脂對亞硒酸根離子的吸附量并未減少，而S108樹脂對硒酸根離子的吸附量降到44%。 通過研究不同樹脂吸附硒酸根離子和亞硒酸根離子的反應(yīng)速率發(fā)現(xiàn)，在樹脂吸附過程中，不同階段，速率的主要控制因素（液膜擴散、顆粒擴散、化學(xué)反應(yīng)）是不相同的。這也使得用單一模擬無法快速準確計算吸附柱吸附過程，特別是過程復(fù)雜的連續(xù)逆流工藝。 經(jīng)篩選的樹脂吸附硒酸根離子，亞硒酸根離子和硫酸根的熱力學(xué)實驗中，結(jié)果表明，C100(Fe~(3+))樹脂吸附亞硒酸根離子的△G~0（-3.174KJ/mol)遠小于對硒酸根離子和硫酸根離子的△G~0值（分別為-0.314KJ/mol，-0.0650KJ/mol），進一步證實C100(Fe~(3+))樹脂對亞硒酸根有很好的選擇性。S108樹脂對硒酸根離子的吸附反應(yīng)△G0值（-8.809KJ/mol）值比吸附亞硒酸根離子和硫酸根離子的△G~0值（分別為-6.157KJ/mol，-4.243KJ/mol）都小，因此S108樹脂對硒酸根離子有較好的選擇性。 通過對篩選的樹脂的動態(tài)實驗，分別做了普通直柱吸附實驗和連續(xù)逆流吸附實驗，通過改變柱高，流速，進水濃度，考察了樹脂柱的出水濃度，出水pH值和樹脂利用率的變化規(guī)律。結(jié)果表明，柱高，流速和過程pH值的變化都會影響到普通直柱型樹脂的利用率。當系統(tǒng)變?yōu)檫B續(xù)逆流離子交換吸附系統(tǒng)后，在進水濃度為856mg/L時，在柱高為80mm，流速為0.6mL/min時，C100(Fe~(3+))樹脂吸附亞硒酸根離子，S108樹脂吸附亞硒酸根和硒酸根離子的利用率分別提高24.1%，22.83%，30.2%。 將吸附飽和的樹脂進行解吸實驗，在U型柱中，通過對不同位置的出口進行取樣，發(fā)現(xiàn)，樹脂內(nèi)液相的濃度先升高，然后降低，在后期形成二次吸附。通過對解吸液進行分流和逆流解吸，相比傳統(tǒng)直柱型解吸系統(tǒng)，解吸濃縮液濃度可以提高3.65倍，解吸液用量可以節(jié)省46.15%。 運用電路網(wǎng)絡(luò)模型，把離子交換過程的顆粒擴散，液膜擴散和化學(xué)反應(yīng)變成三個串聯(lián)的電路，把每個單元變換成一系列電阻，電感，電容，電流和電壓等，對連續(xù)逆流離子交換過程進行模擬計算。并通過實驗對模擬計算結(jié)果進行驗證，結(jié)果表明，經(jīng)過25個計算周期，模擬計算結(jié)果出現(xiàn)穩(wěn)定，出水濃度模擬結(jié)果與實驗結(jié)果誤差在1.89%，大大提高了計算速度和模擬結(jié)果準確性。接著對連續(xù)逆流離子交換樹脂工藝進行過程模擬和優(yōu)化，通過對進水濃度模擬計算發(fā)現(xiàn)，普通直柱型離子交換柱的最佳處理硒離子濃度在300mg/L左右，而連續(xù)逆流離子交換樹脂工藝可以把處理硒離子的濃度的最佳區(qū)間提高到300~2000mg/L。通過對連續(xù)逆流離子交換工藝進行模擬和優(yōu)化，確定最佳的進水流速，最佳的周期轉(zhuǎn)移樹脂量，操作周期，確定好濃縮液的分流比和解吸液的進水流速。經(jīng)過系統(tǒng)模擬優(yōu)化后，用C100（Fe~(3+)）樹脂回收4價硒和S108樹脂回收4價硒及6價硒，在700mm×30mm樹脂柱中，可以分別處理132mL/min,128mL/min,164mL/min的硒溶液，可以得到濃度分別為24.2g/L，21.6g/L，27.4g/L的硒產(chǎn)品，回收率分別為92%，88%和91%，大大提高了系統(tǒng)處理效率。與前章的實驗相比，單位樹脂的處理能力分別提高了12.3%，11.7%和17.5%，解吸劑用量分別減少了32.4%，28.9%和41.1%。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2012
【中圖分類】：X703

【參考文獻】

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本文編號：2848867