载镉废啤酒酵母中金属镉的回收.pdf

1 0 有色金属 冶炼部分2 0 0 9 年5 期 载镉废啤酒酵母中金属镉的回收 代淑娟1 ’2 ，魏德洲1 ，白丽梅2 ，周东琴1 ，张一氢3 1 ．河北理工大学资源与环境学院，唐山0 6 3 0 0 9 ；2 ．东北大学资源与土木工程学院，沈阳1 1 0 0 0 4 ； 3 ．沈阳市环境保护局东陵分局，沈阳1 1 0 0 1 6 摘要以水洗废啤酒酵母为吸附剂，对废水中镉离子进行生物吸附及同液分离后，获得载镉废啤酒酵母。 采用焙烧一酸浸一置换法回收“载镉菌体上的镉”，在7 0 0 。C 焙烧2 4h ，菌渣中镉富集比为3 1 ．7 2 ，烧渣经 1 5g ／L 的硫酸、温度8 5 ℃条件下，浸出2h ，再用锌粒置换，得海绵镉，镉总同收率在9 8 ％以上。 关键词镉；废啤酒酵母；酸浸；置换 中图分类号T F 8 1 9 ．2 文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 9 0 5 一O O l o 0 3 R e c o v e r i n gC a d m i u mi nW a s t eS a c c h a r o m y c e s C e r e v i s i a eL o a d e dC a m m i u m D A IS h u - j u a n l 一，W E ID e - z h o u l ，B A II 。i m e i 2 ，Z H o UD o n g q i n l ，Z H A N GY i q i n 9 3 1 ．C o l l e g eo fR e s o u r c e s ＆E n v i r o n m e n t ，H e b e iP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y ，T a n g s h a n0 6 3 0 0 9 。C h i n a ； 2 ．S c h o o lo fR e s o u r c e sa n dC i v i lE n g i n e e r i n g ，N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y ，S h e n y a n g1 1 0 0 0 4 ，C h i n a ； 3 ．D o n g l i n gD i s t r i c tB r a n c ho fS h e n y a n gE n v i r o n m e n t a lP r o t e c t i o nB u r e a u ，S h e n y a n g1 1 0 0 1 6 ，C h i n a A b s t r a c t T h ew a s t es a c c h a r o m y c e sc e r e v i s i a el o a d e dc a d m i u mw a sg o tb yu s i n gw a t e r - w a s h i n gw a s t es a c c h a r o m y c e sc e r e v i s i a ea sa d s o r b e n tt oa d s o r bc a d m i u mi o n si nw a s t ew a t e ra n ds e p a r a t ew a s t es a e c h a r o m y cesc e r e v i s i a el o a d e dc a d m i u mf r o mw a t e r ．T h em e t h o do fr o a s t i n g ，l e a c h i n gi na c i da n dr e p l a c e m e n t b y z i n cw a su s e dt orecoverc a d m i a mf r o mw a s t es a c c h a r o m y c e sc e r e v i s i a el o a d e dc a d i u m ．R o a s t e df o r2 4ha t 7 0 0 “ C ，a n dt h e nl e a c h e df o r2hb y1 5 9 ／LH 2 S 0 4a t8 5 ℃，a n dz i n ci su s e dt or e p l a c es p o n g ec a d m i u m ．T h e g e n e r a lr e c o v e r yo fc a d m iu mi sa b o v e98 ％． K e y w o r d s C a d m i u m ；W a s t es a c c h a r o m y c e sc e r e v i s i a e ；L e a c hi na c i d ；R e p l a c e m e n t 生物吸附法处理重金属废水，生物吸附剂吸附 废水中重金属及菌体与液相分离后，需要对载重金 属的菌体进一步处理，以回收金属、再生菌体，同时 消除或减少菌渣堆放带来的二次污染。国内外学者 广泛采用解吸法将菌体上的重金属解吸下来，重金 属重回液相，生物吸附剂可以重复利用n q ] 。 以废啤酒酵母为吸附剂时，对废水中镉的吸附 以化学吸附为主，物理吸附为辅。由于菌体与镉间 吸附力较强，势必增加解吸的难度。若对其解吸，需 加入与镉作用力更强的解吸附剂，成本高，从解吸液 中回收金属难度大。 水洗废啤酒酵母含有的主要元素为C 、H 、O 、 N 、S 、P 及少量钠、钾、钙、镁等元素。主要为可燃的 有机成分，采用焙烧或焚烧法将菌体烧失，在技术上 是可行的。又由于废啤酒酵母为酿酒废弃物，其来 源广泛，成本低廉，采用烧失法，在经济上也有其合 理性。本研究采用焙烧一酸浸一锌粉置换方法回收金 属镉‘4 5 | 。 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 0 1 7 4 0 1 4 ；辽宁省自然科学基金项目 2 0 0 4 2 0 2 1 ；辽宁省科技计划项目 2 0 0 6 2 2 3 0 0 2 作者简介代淑娟 1 9 6 7 - - ．女．辽宁省新民市人，博士，教授． 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年5 期 1 1 1 试验材料及方法 1 ．1 试验材料 载镉废啤酒酵母废啤酒酵母取自国内某啤酒 厂，对其进行简单水洗预处理后作为生物吸附剂。 含镉废水用硫酸镉人工配制而成，含镉离子浓度为 1 6 8m g ／L 。用水洗废啤酒酵母在适宜的条件搅拌 吸附废水中的镉，吸附后菌体经同液分离，低温烘干 后得载镉废啤酒酵母，镉含量为1 ．2 3 ％。硫酸、锌 粒及硫酸镉均为分析纯。 1 ．2 试验方法 采用焙烧法烧失菌体、富集金属，再用硫酸浸出 烧渣，将镉转变成硫酸镉，再用锌粉置换得海绵镉。 焙烧将载镉菌体收集，烘干，化学分析出镉含 量C ，。取一定量于菌M ，，在S R J 一4 1 3 高温箱式 电阻炉中于7 0 0 ℃进行焙烧，准确称量烧渣重M ， 并分析镉含量C 。。计算焙烧过程中镉的回收率E 及富集比F 。并用X 一射线衍射分析烧渣中镉的存 在状态。 E 一 C 2 M 2 ／ C l M ， 1 0 0 ％ F C 。／c l 酸浸将烧渣用1 5g ／L 的硫酸在8 5 ℃搅拌浸 出，浸出后，过滤，用蒸馏水搅拌清洗酸浸渣并过滤 3 ～5 次，分析酸浸渣中的镉品位口，按下式计算浸出 率L 。 L 1 一e ／C 2 1 0 0 ％ 置换酸浸贵液，分析镉含量q 。，取定量贵液加 入锌粉进行锌粉置换得海绵镉。置换后过滤，分析 置换尾液镉含量q ，按下式计算置换率Z 。并用X 一 射线衍射分析置换渣中镉的状态。 Z 1 一q ／q o i 0 0 ％ 1 ．3 分析方法 金属离子分析采用A A 一6 3 0 0 原子吸收分光光 度计。物相结构分析采用P W 3 0 4 0 ／6 0 的X 射线衍 射仪。 2 试验研究 2 ．1 焙烧试验 镉的沸点为7 6 5 ℃，焙烧试验在7 0 0 ℃条件下进 行。焙烧时间与镉富集比之间的关系见图1 。 由图1 可以看出，随着焙烧时间的延长，镉富 集比呈增加趋势，焙烧时间在1 2 ～2 4h 时，镉富集 比增加显著；焙烧时间超过2 4h 时，镉富集比增加 缓慢。原因是此时烧渣以无机氧化物及其盐为主， 翌 瓣 捆 骠 图1 焙烧时间与镉富集比之间关系 F i g ．1 T h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nc a d m i u m e n r i c h m e n tr a t ea n dr o a s t i n gt i m e 可燃的有机成分较少。焙烧时间为2 4h 时，烧渣镉 含量为3 9 ．0 2 ％，镉富集比为3 1 ．7 2 。 2 ．2 酸浸试验 采用硫酸浓度为1 5g ／L ，将烧渣和硫酸浸出剂 置入烧杯，烧渣在浸出液中浓度为5 0g ／L ，并在S H 一3 A 双显恒温磁力加热搅拌器中，在搅拌速度为 6 0 0r ／m i n 、温度为8 5 ℃的条件下进行浸出，浸出时 间与浸出率之间的关系见图2 。 图2 浸出时间与浸出率之间的关系曲线 F i g ．2 T h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nl e a c h i n g r a t ea n dl e a c h i n gt i m e 由图2 可以看出，随着搅拌浸出时间的延长，镉 浸出率呈上升趋势，搅拌浸出时间2h ，浸出率9 9 ％ 以上。 2 ．3 锌粉置换 烧渣经硫酸浸出后，过滤获得的含镉浸出液中， 加入过量锌粒进行置换，锌置换率达到9 9 ％以上。 置换后，将锌粒外表覆盖的粉末进行剥离、收集，获 得海绵镉。 3结果分析与讨论 3 ．1 载镉菌体及其焙烧后的X 射线衍射分析 载镉菌体焙烧后X 射线衍射分析结果见图3 。 万方数据 12 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年5 期 2 53 3 54 4 4 5 5 I l 5 5“J6 ．57 J7 5 2 0 ／ o 图3载镉菌体焙烧后的X 射线衍射图谱 F i g ．3 T h eXRD p a t t e r no fr o a s t e dm a t e r i a l 载镉废啤酒酵母为非晶态物质，载镉废啤酒酵 母经焙烧后，出现多种化合物的衍射峰，对衍射峰对 应的标准卡片进行对照分析可知，载镉菌体焙烧后 烧渣中含有M g S i 0 3 、C d 0 2 、C a S i 0 3 、C d 2P 2 0 7 、 M g P O ，、C d K P O ，等，镉的氧化物及镁、镉、钙等 的含氧盐均中在焙烧过程中生成的。镉主要以 C d 0 2 、C d 2 P 2 0 ，、C d K 。P 。O ，的形式存在。 3 ．2 置换出粉末的X 射线衍射分析 置换出粉末的X 射线衍射分析结果见图4 。 2 I31405 0“7 08 09 0 图4 海绵镉的X 射线衍射图谱 F i g ．4 T h eXRD p a t t e r no fs p o n g ec a d m i u m 由图4 可见，图中出现较强的镉峰，说明渣中以 镉为主。 3 ．3 高纯镉的制备 海绵镉纯度较低，为了获得高纯度的镉，可采用 精馏法对海绵镉进一步提纯。镉精馏是利用镉与其 它金属的沸点不同Ⅲ进行的。只要控制好精馏条 件，就可使镉与它们分离。镉精馏可产出含镉 9 9 ．9 9 5 ％的高纯度的镉。 4结论 载镉废啤酒酵母先在7 0 0 ℃焙烧2 4h ，可使镉 富集比达3 1 ．7 2 ，烧渣在硫酸溶液中浸出得硫酸镉， 再用锌粉置换硫酸镉中镉得海绵镉，酸浸浸出率及 锌置换率均在9 9 ％以上。置换所得海绵镉可用精 馏法得高纯镉。 参考文献 [ 1 ] 黄民生，郑乐平，朱莉．微生物对重金属的吸附和解吸 E J ] ．化工装备技术，2 0 0 0 ，2 1 2 1 7 2 2 ． E 2 3 周东琴，魏德洲．沟戈登氏菌对重金属的吸附一浮选及 解吸性能[ J ] ．环境科学，2 0 0 6 ，2 7 5 9 6 0 一9 6 4 ． E 3 ] 代淑娟，周东琴，魏德洲，等．胶质芽孢杆菌对水中P b 2 的生物吸附一浮选性能研究E J l ．金属矿山，2 0 0 7 5 7 0 7 4 ． E 4 3 有色金属冶金编辑委员会．中国冶金百科全书[ M ] ．j E 京冶金工业出版社，1 9 9 2 ． E 5 3 汗贻水，王志雄。沈建忠．六十四种有色金属E M 3 ．长 沙中南工业大学出版社，1 9 9 8 ． 万方数据