乳状液膜法处理稀土废水.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年3 期 3 1 乳状液膜法处理稀土废水 王晓娟1 ，李小康2 1 ．江西理工大学应用科学学院，江西赣州3 4 1 0 0 0 ；2 ．赣南师范学院化学学院，江西赣州3 4 1 0 0 0 摘要研究了C y a n e x2 7 2 为载体的乳状液膜法从稀土废水中提取稀土的工艺，考察了内相酸度、外相酸 度、油内比，乳水比等因素对稀土提取率的影响。结果表明在确定的工艺条件下。一次间歇式提取后， 稀土的提取率达9 6 ％。 关键词乳状液膜；稀土废水 中图分类号T F 8 4 5文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 0 0 3 一0 0 3 1 一0 3 E x t r a c t i o no fR a r eE a r t hf r o mW a s t e w a t e rb yE m u l s i o nL i q u i dM e m b r a n e W A N GX i a o - ju a n l ，L IX i a o - k a n 9 2 1 ．C o l l e g eo fA p p l i e dS c i e n c e ，J i a n g X iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y 。G a n z h o u3 4 1 0 0 0 ，C h i n a 2 ．C o l l e g eo fC h e m i s t r y ，G a n n a nN o r m a lU n i v e r s i t y 。O a n z h o u3 4 1 0 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t E x t r a c t i o no fr a r ee a r t hf r o mr a r ee a r t hw a s t e w a t e rb ye m u l s i o nl i q u i dm e m b r a n ew a ss t u d i e d ， t h ec a r r i e r sw a sC y a n e x 2 7 2 ．T h ee f f e c t so ft h ei n t e r n a la q u e o u sp h a s e ，t h ee x t e r n a la q ．p h a s e ，t h ev a l u eo f R o ia n dR e wo nt h ee x t r a c t i n gr a t eo fr a r ee a r t hw e r ei n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ee x t r a c t i n g r a t eo fr a r ee a r t hc a nb er a i s e da sh i g ha s9 6 ％． K e y w o r d s E m u l s i o nL i q u i dM e m b r a n e ；R a r ee a r t hw a s t e w a t e r 赣南具有丰富的稀土资源，其离子吸附型稀土 矿储量占世界第一。目前，赣南的大部分稀土分离 厂对于稀土废水都是直接排放，造成稀土资源极大 浪费，同时，对环境有也造成严重污染。因此，如果 能研发一种处理稀土废水的工艺，将极大地促进我 国稀土资源的综合利用进程，大大改善环境污染。 稀土废水 c R e 2 0 。 一1 1 5 ～2 0 0r a g ／L ，由赣南某 稀土分离厂提供。 液膜法因其高效、选择性好、富集比高等优点， 在湿法冶金、废水处理等领域得到了广泛应用【l _ 3 ] 。 国内外在液膜法提取稀土等方面已进行过大量的研 究秦庆伟H 1 等研究了乳状液膜富集稀土的研究，乳 状液膜法在提取分离稀土方面取得了比较好的效 果【s - 6 ] 。但对于乳状液膜法处理稀土废水的研究较 少，因此，如果能研究出乳状液膜法处理稀土废水的 基金项目江西省自然科学青年基金资助项目 2 0 0 7 Q G H 0 3 6 5 作者简介王晓娟 1 9 8 0 - - ，女。硕士，讲师． 工艺，将进一步提高稀土的利用率，加速我国稀土资 源的综合利用进程。 1实验部分 1 ．1 试剂与仪器 主要试剂膜流动载体C y a n e x 2 7 2 ，化学纯；聚 胺型表面活性剂N 2 0 5 、L l l 3 B ；膜溶剂煤油，工业 级；盐酸、醋酸钠，工业纯。 主要仪器数控恒速搅拌器、制乳装置、破乳器、 H I 一8 4 2 4 型酸度计、7 2 2 型分光光度计。 1 ．2 实验方法 本实验采用的油相膜配方为3 ％C z ， 2 ％ L 1 1 3 B N 2 0 5 1 1 磺化煤油。在实验中，将膜 油相与水相混合后，倒入制乳装置中，然后高速搅拌 转速大于1 0 0 0 0r ／m i n ，所制得乳白色液体，即为 万方数据 3 2 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年3 期 油包水型 W ／O 乳状液。然后将乳状液与稀土废 水以一定的比例加入恒速搅拌混合器中，在2 5 0 ～ 3 0 0r ／r a i n 的转速下进行搅拌。待静置分层后，将 上层乳液转移到破乳装置中，采用脉冲高压静电法 破乳。破乳后的油相返回制乳，然后从内水相中回 收稀土L 7 ] 。 2 结果与讨论 2 ．1 内相酸度对稀土提取率的影响 流动载体迁移稀土离子是遵循逆向传质机理 的，膜相两侧保持较高的H 1 。浓度差是保证R e 3 十不 断迁移的先决条件，要保证这一浓度差。内水相必须 有较高的H 浓度。本实验采用H C I 作为内水相， 内水相酸度对稀土提取率的影响如图l 所示 外相 p H 一2 ．0 ；R o i ；3 1 ；R e w 1 3 5 ；t 1 0m i n 。 由图1 可知，当内水相c H C I 2m o l ／I 。时， 稀土的提取率随着酸度的增加而增加。这是因为膜 相两侧的H 浓度差不断增大，稀土的传质速度加 快，因此稀土的提取率增加；酸度太大，则影响乳状 液膜的稳定性，膜破损增加，从而使稀土提取率下 降。因此，内相酸度选2m o l ／L 为宜。 术 、 埒 盛 裂 刊 篷 酸度／ t o o l L - 1 图1内相酸度对稀土提取率的影响 F i g ．1 E f f e c to ft h ei n t e r n a la q ．p h a s ea c i d i t y o nt h ee x t r a c t i n gr a t eo fr a r ee a r t h 2 ．2 外相酸度对稀土提取率的影响 外水相酸度 p H 对稀土提取率的影响如图2 所示 e H C l 一2 ．0m o l ／L ；R o i 3 ；1lR e w l 3 5 ；t 1 0m i n 。由图2 可知，稀土提取率随外 水相p H 的增加而增加。当外水相p H 一0 ．5 ～1 ．5 时，稀土提取率增加的幅度比较明显；当p H 1 ．5 ～2 ．0 时，稀土的提取率达9 6 ．5 ％，进一步增加 p H ，稀土的提取率基本无变化。同时，随着外水相 p H 的增大，液膜对其他杂质的提取也会增加，因 此，外水相p H 太大，不利于稀土与其他杂质的分 离。由于草酸沉淀后的稀土废水p H 在1 ．5 左右， 经N a A c 处理后的稀土废水p H 1 ．5 ～2 ．0 ，因此， 外相酸度选p H 2 ．0 为宜。 图2 外相酸度对稀土提取率的影响 F i g ．2 E f f e c to ft h ee x t e r n a la q ．p h a s ea c i d i t y o nt h ee x t r a c t i n gr a t eo fr a r ee a r t h 2 ．3 油内比对稀土提取率的影响 油内比 R o i 是指油相与内水相解析剂体积之 比。R o i 影响乳状液膜结构和稳定性，同时对R e 3 的迁移速度也产生重要影响。油内比对稀土提取率 的影响如图3 所示 c H C l 2m o l ／L 、外相p H 2 ．0 、R e w 1 3 5 、t 1 0m i n 。 由图3 可知，当R o i 3 ．0 1 或2 ．5 1 时，稀 土的提取率比较高，接近9 7 ％。当R o i 过大时，液 膜的黏度增大，传质速率下降，稀土的提取率下降， 且液膜黏度太大会造成破乳困难；当R o i 过小时，液 膜的黏度变小，传质速度加快，但液膜的破损率会增 大，从而导致稀土的提取率下降。 母 、 料 釜 型 州 鬻 图3油内比 R o i 对稀土迁移率的影响 F i g ．3 E f f e c to fR o io nt h ee x t r a c t i n g r a t eo fr a r ee a r t h 2 ．4 乳水比对稀土提取率的影响 乳水比 R e w 是指乳状液膜体系与外水相料液 体积之比。R e w 是反映液膜提取的重要经济技术 指标，在保证分离效果的前提下R e w 越小越好。乳 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年3 期 3 3 水比对稀土提取率的影响如图4 所示 C H C I 2 m o l ／L 、外相p H 一2 ．0 、R o i 3 l 、t 一- - - 1 0m i n 。 堡 爵 盛 型 罐 】1 5l 2 5 l 3 5 l 4 5 1 5 5 乳水比／ R e w 图4 乳水比 R e w 对稀土迁移率的影响 F i g ．4 E f f e c to fR e wo nt h e e x t r a c t i n gr a t eo fr a r ee a r t h 由图4 可见，稀土的提取率随乳水比的减小而 减少。当R e w l 3 5 时，稀土的提取率明显下降， 这是因为乳水比过小，乳状液膜的稳定性下降，同时 乳液与外水相的接触面积减少。乳水比过大，则乳 液消耗增大，成本增加，不符合经济上的要求。因 此，选乳水比R e w 1 3 5 为宜。 2 ．5 最优工艺条件下的验证实验 草酸沉淀后的稀土废水酸度比较小。经N a A c 溶液处理后，稀土废水的p H 1 ．5 “ - 2 ．0 ，然后在确 定的最佳工艺条件下采用乳状液膜对实际稀土废水 进行了处理验证实验。膜相3 ％C ， 2 ％L 1 1 3 B N 2 0 5 1 1 煤油；内相C H C l 2m o l ／L ；油内 比R o i 3 1 ；乳水比R e w l 3 5 ；提取时间t 1 0 m i n ；温度为室温；搅拌转速2 5 0 ～3 0 0r ／m i n 。在该 工艺条件下，稀土废水经乳状液膜一次间歇式处理 后，稀土的提取率为9 6 ％左右，处理后稀土废水中 稀土浓度为6 ．7m g ／L ，可以达标排放。乳液经破乳 后，内水相溶液中c R e 。O 。 1 8 ．4g ／L ，稀土的富 集倍数在1 0 0 以上。 3结论 乳状液膜法处理稀土废水的最佳工艺条件内 相c H C l 2m o l ／L 、外水相p H 1 ．5 ～2 ．0 、油内 比R o i 3 1 、乳水比R e w 1 3 5 。 采用乳状液膜法处理稀土废水是可行的，一次 间歇式处理后，稀土的提取率为9 6 ％，废水经处理 后稀土浓度为6 ．7m g ／L ，可以达到国家排放标准。 参考文献 1 - 1 3 苏俊霖．蒲晓林．乳状液膜分离技术及其在废水处理中 的应用[ J ] ．日用化学工业，2 0 0 8 。3 8 2 1 8 2 1 8 4 ． E 2 ] 张延霖。成文，李来胜，等．乳状液膜法分离富集废旧镍 镉电池中的镉[ J ] ．精细化工，2 0 0 8 ，2 5 5 4 7 1 4 7 4 ． [ 3 ] 孙玉柱．乳状液膜分离技术的研究进展[ J ] ．湿法冶金， 2 0 0 5 ，2 4 4 1 0 1 7 ． [ 4 ] D o n g b e i W u ，C h u n j i N i u ，D e q i a n L i ，S o l v e n te x t r a c t i o no f s c a n d i u m m ，y t t r i u m Ⅲ ，l a n t h a n u m Ⅲ a n dg a d o l i n - i u m 1 1 1 u s i n gC y a n e x 3 0 2i nh e p t a n ef r o mh y d r o c h l o r i c a c i ds o l u t i o n s [ j ] ．J o u r a lo fA l l o y sa n dC o m p o u n d s ， 2 0 0 4 3 7 4 4 4 2 4 4 6 ． I s ] 程建忠，侯运炳，车丽萍．从稀t 浸出液萃钍萃稀} ．后 的废水中回收钍的试验研究L J ] ．稀土。2 0 0 8 ，2 9 2 7 6 7 7 ． [ 6 ] 秦庆伟。赵恒勤．赖廷清，等．C y a n e x 2 7 2 作载体的乳状 液膜提取稀土的研究[ J ] ．矿冶工程，2 0 0 2 ，2 2 3 7 4 7 8 ． [ 7 ] 王晓娟，李小康．乳状液膜法从赤泥浸出液中提取钪 [ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 8 2 2 5 2 7 ． 万方数据