污泥中重金属元素的回收.pdf

2 0 1 1 年1 2 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／] y s y l ．b g r i m r a ．c n 5 D O I 1 0 ．3 9 6 9 l ／J ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 1 ．1 2 ．0 0 2 污泥中重金属元素的回收 齐亚凤，何正艳，池汝安，余军霞 武汉工程大学化工与制药学院，绿色化工过程省部共建教育部重点试验室武汉4 3 0 0 7 3 摘要研究了重金属污泥中的4 种重金属离子 C u 2 、Z n z 、P b 2 、C d z 的回收方法．考察了酸的种类、 酸浓度、温度、时间、固液比对浸出效果的影响。结果表明，4m o l ／L 的H N O a 与7 5 0 ℃焙烧3h 后的污 泥在固液比1 ，2 0 ，转速6 0 0r ／r a i n ，8 0 ℃下反应3h ，C U 2 、P b 2 、Z r l 2 、C d 2 的浸出率分别为9 2 ．0 ％、 9 9 ．5 ％、9 9 ．5 ％、9 9 ．3 ％。 关键词污泥；重金属；焙烧；酸浸 中图分类号T F 8 1 1 ；T F 8 1 2 ；T F 8 1 3 文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 1 1 2 0 0 0 5 - 0 3 R e c o v e r yo fH e a v yM e t a l sf r o mS l u d g e Q IY a f e n g ，H EZ h e n g y a n ，C H IR u a n ，Y UJu n x i a K e yL a b o r a t o r yf o rG r e e nC h e m i c a lP r o c e s so fM i n i s t r yo fE d u c a t i o n ，S c h o o lo fC h e m i c a l E n g i n e e r i n ga n dP h a r m a c y ，W u h a nI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y 。W u h a n4 3 0 0 7 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h er e c o v e r yo ff o u rm e t a li o n s ，t ob es p e c i f i c ，C u 2 ，P b 2 ，g n 2 a n dC d 2 f r o mh e a v ym e t a l s s l u d g ew a si n v e s t i g a t e d ．E f f e c t so fa c i dt y p e ，a c i dc o n c e n t r a t i o n ，t e m p e r a t u r e ，t i m ea n dr a t i oo fs o l i dt o l i q u i do nl e a c h i n ge f f i c i e n c yi na c i dl e a c h i n gp r o c e s sw 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 tw h e nt h e s l u d g ec a l c i n e da t7 5 0 ℃f o r3hi st r e a t e dw i t h4m o l ／LH N 0 3 s o l i d - t o l i q u i dr a t i oi s1 2 0 a t8 0 ℃f o r 3hu n d e rt h er o t a t i o ns p e e do f6 0 0r ／r a i n ，t h el e a c h i n gr a t eo fC u 2 ，P b 2 ，Z n 2 a n dC d 2 i s9 2 ．00 A ， 9 9 ．5 ％，9 9 ．5 ％，9 9 ．3 ％，r e s p e c t i v e l y ． K e yw o r d s S l u d g e ；H e a v ym e t a l s ；C a l c i n a t i o n ；A c i dl e a c h i n g 重金属污泥主要是在金属表面处理、印刷电路 板业、电镀业、电池制造业及电线电缆业废水处理过 程中产生的。化学沉淀法通过调节废水的p H ，加 入混凝剂及中和剂与废水中的金属离子形成金属氢 氧化物沉淀u q ] 。 某炼铜厂产生的废水中含有铜、铅、锌及镉等重 金属离子。该废水经固化处理所产生的污泥通常含 有毒性较高的重金属成分，如A s 、C u 、P b 、Z n 、C d 等，因此需进行中间处置或以再利用的方式进行资 源再生，回收有价金属，既可以最低限度地降低污 染，又可以最大限度地节约资源[ 4 ] 。 根据重金属污泥的成分和性质，污泥的浸出通 基金项目教育部创新团队项目 I R T 0 9 7 4 作者简介齐亚风 1 9 8 5 一 。女。陕西宝鸡人。硕士研究生． 常采用氨浸和酸浸工艺，氨浸对铜的选择性较高[ 5 ] ， 但浸出条件要求苛刻，且氨水挥发性较强，容易造成 环境污染。酸浸出剂包括盐酸、硝酸和硫酸等[ 6 ] ，但 盐酸腐蚀性强，易挥发，会对周围大气环境造成污 染。综合考虑各因素，本试验选择硫酸和硝酸作为 浸出剂来考察其对污泥中重金属的浸出效果[ 7 ] 。 1试验部分 1 ．1 原材料与仪器 分析纯硝酸、硫酸、高氯酸、氢氟酸；D F - 1 0 1 S 集 热式磁力水浴锅；N E T Z S C HS T A4 0 9P C ／P G 热 重分析仪fS P - 3 5 3 0 原子吸收分光光度计。 万方数据 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 1 年1 2 期 试验所用污泥取自某炼铜厂的化学沉淀污泥， 含水量7 5 ．5 9 ％。初始污泥经烘干、研磨、筛分后得 干污泥样品，主要金属成分 ％ C u 2 2 ．5 3 、P b 2 0 ．5 9 、Z n 2 3 ．5 6 、C d 抖0 ．6 7 。根据国家危险废物 名录可知，这种污泥属H W l 7 一含铜、含锌废物。 1 ．2 焙烧除砷 对污泥进行热重分析，升温速率1 0 ．0 ℃／m i n ， 温度4 0 ～10 0 0 ℃，载气为N ，流速6 0m L ／m i n ，样 品用量2 0 ～3 0m g 。 1 ．3 浸取试验 酸的种类及浓度、固液比、浸出时间、浸出温度 等都对浸出效果有影响[ 8 ] 。本试验采用单因素试验 考察上述因素的影响规律并确定最佳酸浸条件。 将浸出液稀释后用火焰原子吸收法测定重金属 C u 、P b 、Z n 、C d 浓度，利用式 1 计算浸出率 浸出率 m ／m 。1 0 0 ％ 1 式中m 为0 ．5 0 0 0g 干污泥浸出液中重金属质量， m g ；m o 为根据元素分析结果计算出的0 ．5 0 0 0g 干 污泥中的重金属质量，m g 。 2 结果与讨论 2 ．1 热重分析 图1 是污泥的热重分析图谱，从图l 中D T G 可 以看出有2 个吸热峰，第1 个峰在6 3 ．8 ～1 6 1 ．1 ℃， 其峰值为9 7 ．0 ℃，这一区间发生的是自由水的脱 除，T G 质量损失为2 ．4 6 ％；第2 个峰在6 0 2 ．9 ～ 7 3 3 ．5 ℃，其峰值为6 7 3 ．1 ℃，这一区间可能发生的 是砷的升华，T G 质量损失为1 1 ．5 4 ％。 著 量 害 T ，℃ 图1 热重分析图谱 F i g ．1T h e r m o g r a v i m e t r yp a t t e r n 2 ．2 酸的种类及浓度的影响 准确称取6 份煅烧后的污泥0 ．5 0 0 0g 于1 0 0 m L 的圆底烧瓶中，分别加入2 、4 、6m o l ／L 的 H N O 。和H 2 S O 。各2 0m L ，置于磁力搅拌器中恒温 加热条件下进行冷凝回流3h ，反应温度为8 0 ℃、 转速为6 0 0r ／m i n ，结果如图2 所示。 1 0 0 踟 毒6 0 盛 掣 4 0 2 0 e ／ m o l L - 1 图2酸的种类及浓度对重金属浸出率的影响 F i g ．2 E f f e c to fa c i dt y p ea n dc o n c e n t r a t i o n 0 1 1l e a c h i n gr a t eo fh e a v ym e t a l s 从图2 可知，当以H N O 。作为浸出剂时，P b 2 的浸出率均很高。而以H z S O 。作为浸出剂时， P b 2 的浸出率均很低。浸出剂的种类对C u 2 、 C d 2 十、Z n 抖的浸出影响较小。除Z n 2 外，其它两种 金属离子的浸出率均随酸浓度的增高而缓慢增大。 综合考虑，本试验选用浓度为4m o l ／L 的H N O 。作 为浸出剂。 2 ．3 温度的影响 准确称取4 份煅烧后的污泥0 ．5 0 0 0g 于1 0 0 m L 的圆底烧瓶中，分别加入1 0m L 浓度4m o l ／L 的H N O 。，再将其置于恒温加热磁力搅拌器中进行 冷凝回流3h ，转速为6 0 0r ／m i n ，温度分别为室温 2 6 ℃ 、4 0 ℃、5 0 ℃、8 0 ℃，结果如图3 所示。 由图3 可知，P b 2 的浸出率几乎不受温度的影 响，在所研究的温度范围内浸出率均很高，C u 2 十、 Z n 2 十、C d 2 的浸出率均随温度的升高而增大。温度 升高浸出率增大的原因可能是1 溶液中的分子运 动随着温度升高而加剧，固体颗粒表面与溶液分子 之间的碰撞也更加剧烈，从而使浸出率增大；2 温度 升高各种金属盐的溶解度增大，浸出率也随之提高。 综合考虑各方面因素，选择8 0 ℃作为最适宜温度。 2 ．4 时间的影响 准确称取4 份煅烧后的污泥0 ．5 0 0 0g 于1 0 0 m L 的圆底烧瓶中，分别加入1 0m L 浓度4m o l ／L 的H N O 。，再将其置于恒温加热磁力搅拌器中进行 冷凝回流，转速6 0 0r ／m i n ，温度为8 0 ℃，冷凝回流 时间分别为0 ．5 、1 、2 、3h ，结果如图4 所示。 万方数据 2 0 1 1 年1 2 期有色金属 冶炼部分 h t t p H y s y l ．b g r i m r a ．c n 7 1 y ℃ 图3 温度对重金属浸出率的影响 F i g ．3 E f f e c to ft e m p e r a t u r eo nl e a c h i n g r a t eo fh e a v ym e t a l s 时J 日J ／h 图4 时间对重金属浸出率的影响 F i g ．4 E f f e c to ft i m eo nl e a c h i n g r a t eo fh e a v ym e t a l s 由图4 可知，P b 2 的浸出过程非常快，可在 0 ．5h 内达到浸出平衡。C u 2 、Z n 2 、C d 2 浸出率均 随浸出时间的延长逐渐增加，P b 2 和Z n 2 的浸出 速度较快，浸出2h 浸出率可大于9 5 ％，3h 时 C u 2 和C d 2 的浸出率可达到8 5 ％。综合考虑，选 择3h 作为最适时间。 2 ．5 固液比的影响 准确称取6 份煅烧后的污泥0 ．5 0 0 0g 于1 0 0 m L 的圆底烧瓶中，分别加入5 、1 0 、1 5 、2 0 、3 0 、4 0 m L 浓度4m o l ／L 的H N O 。，再将其置于恒温加热 磁力搅拌器中进行冷凝回流3h ，反应温度8 0 ℃、 转速6 0 0r ／m i n ，结果如图5 所示。 由图5 可知，固液比对P b 2 、C d 2 、Z n 2 的浸 0l O2 03 04 0 V | 吨 图5固液比对重金属浸出率的影响 F i g ．5 E f f e c to fr a t i oo fs o l i dt ol i q u i do n l e a c h i n gr a t eo fh e a v ym e t a l s 出率几乎无影响，固液比对C u 2 的浸出有比较明显 的影响，当固液比小于1 2 0 时，C u 2 的浸出率较 低。综合考虑4 种金属离子的浸出情况，选择用1 0 m L 的H N O 。来浸出0 ．5g 污泥中的重金属，即固 液比1 ；2 0 。 3结论 4m o l ／L 的H N 0 。浸出7 5 0 ℃煅烧3h 后的污 泥最优化参数为转速6 0 0r ／m i n 、时间3h 、固液比 1 2 0 、温度8 0 ℃。C u 抖、P b 2 、Z n 2 十、C d 2 的浸出 率分别为9 2 ．O ％、9 9 ．5 ％、9 9 ．5 ％、9 9 ．3 ％。 参考文献 [ 1 3 邹照华，何素芳，韩彩芸，等．重金属废水处理技术研究 进展E J ] ．工业水处理，2 0 1 0 ，3 0 5 9 - 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