用胶质气体泡沫从废水中浮选Cu(Ⅱ)的实验研究.pdf

第3 2 卷第6 期 2 0 0 3 年1 1 月 中国矿业大学学报 J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y V 0 1 ．3 ZN O ．6 N O V ．2 0 0 3 文章编号10 0 01 9 6 4 2 0 0 3 0 6 0 6 2 90 3 用胶质气体泡沫从废水中浮选C u 1 1 的实验研究 王永田，刘炯天 中国矿业大学化工学院，扛苏徐州2 2 1 0 0 8 摘要采用胶质气体泡沫作为浮选载体对含C u Ⅱ 模拟废水进行了浮选分离实验．在浮选柱中 装入特定浓度的含C u Ⅱ 模拟废水，用表面活性剂十二烷基磺酸钠 S D S 制备胶质气体泡沫， 将胶质气体泡沫引入到浮选柱，然后通入压缩空气形成常规柱浮选气泡完成浮选过程．此外，还 考察了p H 值、S D S 用量和C u Ⅱ 初始浓度对分选效果的影响．实验结果表明，采用胶质气体泡 沫和常规柱浮选结合的方法对含C u Ⅱ 模拟废水的铜离子去除率可迭9 9 ％以上． 关键词泡沫分离；离子浮选；浮选柱；胶质气体泡沫 中圈分类号T D9 2 3文献标识码A 在采矿、湿法冶金、电镀、制革、印染等工业生 产的废液中含有多种微量重金属离子，这些废水的 排放，严重污染r 生态环境．污水中金属离子的处 理研究引起了人们的普遍关注． 浮选分离是处理污水中金属离子的有效方法 之一．离子浮选与常规矿物浮选中的微细粒浮选有 相同的问题，即由于质量小、比表面积大，使得目的 离子与作为浮选载体的气泡的接触及粘附效率低， 造成浮选速度低，回收率下降，浮选过程选择性变 差，泡沫产品富集比低1 【．改善微粒浮选可以采用 的主要措施有1 使微粒产生选择性聚团，咀增大 其浮选粒径；2 减小浮选气泡粒径，以实现微泡浮 选f 2 ．在现行的沉淀浮选方法中采用的是增大浮选 粒径的方法[ ““，一般是将金属离子和反电性离子 生成沉淀后利用常规浮选法去除． S e b b a 曾报斟“，表面活性剂水溶液在高速搅 拌 n 50 0 0r ／r a i n 下混合生成直径1 0 ～1 0 0 “m 的微细气泡，这些微细气泡由气泡内核和一层薄皂 膜组成，称为胶质气体泡沫 c o l l o i d a lg a sa p h r o n s ， 简称C G A ．C G A 最显著的特征是稳定性好，比表 面积大，其悬浮液所具有的粘度与流动性与水相 近．C G A 的稳定性是由于其壳层要比一般泡沫厚 得多，而且其表面活性剂的电性使得C G A 即使发 生碰撞也难以聚并．由于气泡微细，C G A 的含气率 可达6 0 ％～7 0 ％，1L 含气率为6 0 ％的C G A 的总 表面积为1 5 0m 2 ．C G A 所具有的与水相似的流动 性使得可用泵对其进行管道输送而不用担心破裂， 可在浮选体系之外制备，再用泵输送到任何地点， 这一点也是它与常规气泡的区别． 采用阴离子表面活性剂制备的胶质气体泡沫， 其表面呈负电性，可与金属离了通过静电力作用而 实现对目的金属离子的捕集．由于C G A 气泡微 细。在浮选体系中的浮升速度过低，在这一体系中 引入常规浮选气泡以加速其浮升是可行的． 参照K o u t l e m a n iMM 对C 0 2l 的泡沫浮选的 研究“] ，本实验拟研究用阴离子表面活性剂十二烷 基磺酸钠 S D S 制备胶质气体泡沫，以期通过柱浮 选方法获得去除C u 1 I 离子的途径和方法． 1 实验 实验装置如图1 所示，由C G A 发生器、蠕动 泵、浮选柱、氮气瓶构成．浮选柱为直径5 0m m ，高 1 ．2m 的玻璃柱，底部装有一块微孔陶瓷砂芯．氮 气瓶和浮选柱构成一套常规实验用浮选柱，氮气瓶 内的压缩气体通过减压阀给到砂芯下部，穿过微孔 陶瓷的气流被水体包裹，可形成直径在0 ．1 ～1m m 的气泡流．在浮选柱底部砂芯上方设有C G A 的给 料口，柱壁设有三组采样口，柱体顶部外挂泡沫产 品收集槽．除去底部砂芯的柱体有效容积为2L 实 验中使用的表面活性剂为十二烷基磺酸钠 s D s ． 收稿日期，Z 0 0 3 0 6 3 0 基金项目国家重点科技攻关计划项目 2 0 0 1 B A 6 0 9 A1 3 - 4 作者简介王永田 1 9 6 9 ，男，江苏省南京市人，中国矿业太学讲师，工学硕士，从事徽细粒矿物浮选、煤泥水处理方面的研究． 万方数据 中国矿业大学学报第3 2 卷 含C u Ⅱ 模拟废水用C u S O 。5 H 。O 溶于去离子 水中制备而成，溶液的p H 值用N a O H 调节． 、～ ／ ， 一 图1 实验装置示意图 F i g ．1 S c h e m a t i cd i a g r a mo fe x p e r i m e n t a ls y s t e m 实验为间歇式浮选过程，C u Ⅱ 水溶液预先 装入浮选柱，按C u S O ；5 H 。O 和S D S 一定的摩尔 比称量S D S ．S D S 的临界胶束浓度 c m c 值为8 ．7 1 0 3m o l ／l 。，实验开始时，将称量好的S I N S 按低 于其c m c 值的浓度制成水溶液，在C G A 发生器中 制备C G A ．C G A 发生器带有4 块挡板，桨叶为开 式叶轮桨，转速56 0 0r ／r a i n ．制备好的C G A 由蠕 动泵给人浮选柱底部．C G A 通人结束后过2m i n 再通人压缩空气形成常规柱浮选气泡，C G A 与C u Ⅱ 反应后生成的絮团加速浮升．浮选结束后由取 样口取样，样品中C u Ⅱ 浓度用原子吸收法分析． 2C u Ⅱ 浮选回收率的影响因素 2 ．1p H 值 p H 值对C u Ⅱ 浮选回收率的影响非常显著， 因为不同p H 值下，铜离子存在的形式有很大不 同，以不同的聚集状态存在于溶液中，如离子、络合 物、胶体、沉淀物等．C u Ⅱ 在溶液中存在如下的 反应 C u 2 O H 一C u O H 一，毛一1 0 8 ； C u 2 2 0 H C u O H 2 ，k 2 1 0 ⋯8 ； C u 2 3 0 H C u O H 7 ，k 3 1 0 洲； C u 2 4 0 H 一，C u o H 一，毛一1 0 ”1 ； C u O H - C u 2 0 H ； ，k ∞一1 0 _ 15 ； H O H 一，H 2 0 ，矗。一1 0 “． 管志远的研究表明叭“，在C u I 的浓度为 0 ．8 1 0 _ 3 m o l ／L 时，当p H 值小于6 时，溶液中的 C u Ⅱ 主要以C u 2 的形式存在，p H 为7 ～9 时，以 C u o H 和C u O H 2 2 为主，而当p H 大于9 时， 则主要以C u O H S ，C u O H 2 和C u O H { 一的 形式存在． 图2 为C u Ⅱ 的初始浓度w C u Ⅱ 自∞ 为 1 0 0 1 0 ，S D S 用量为w S D S 2 5 x 1 0 _ 8 时，选 后残液中C u Ⅱ 的浓度w C u Ⅱ 女液 与p H 值的 关系蓝线． ’1 0 8 飞6 60 p H 图2p H 值与w C u Ⅱ a 的关系 F i g ．2 R e l a t i o n s h i pb e t w e e np Ha n dc o n c e n t r a t i o no f C u I I i nr e m n a n tl i q u i d 2 ．2S D S 用量 在自然p H 值情况下，w C u Ⅱ 为1 0 0 x 1 0 “ 时，不加N a O H ，S D S 的用量与溶液中残留C u Ⅱ 的浓度的关系曲线见图3 ．随S D S 用量的升高， 溶液中残留C u Ⅱ 的浓度先缓慢下降，在” S D S 约为5 0 1 0 “时达到最低值，此后残液浓度 变化很小． ’ 1 2 曼 1 0 J8 百6 i4 02 03 04 05 06 07 0 州S D S ／1 0 o 图3S D S 用量与w C u Ⅱ a 的关系 F i g ．3 R e l a t i o n s h i pb e t w e e nc o n c e n t r a t i o no fC u I i n r e m n a n tl i q u i da n dc o n c e n t r a t i o no fS D S 2 ．3C u Ⅱ 浓度 在p H 9 ，w S D S 为2 5 1 0 “时，不同的C u Ⅱ 初始浓度与浮选后的残液浓度的关系曲线见 图4 ． 。1 5 2 1 0 窖5 詈 了0 0 02 0 03 0 04 0 05 0 0 6 0 0 u 1 I M 1 ／1 0 4 图4C u Ⅱ 初始浓度与残液浓度的关系 F i g ．4 R e l a t i o n s h i pb e t w e e nc o n c e n t r a t i o no fC u Ⅱ i n r e m n a n tl i q u i da n di n i t i a lc o n c e n t r a t i o no fC u Ⅱ 从图4 可以看出，随着C u Ⅱ 初始浓度的增 加，残液中的C u Ⅱ 浓度逐步增加． 3 讨论 由于本次实验受多方面限制，未能充分展开， 如对不同C u 1 起始浓度下p H 值和S D S 用量的 未能进行优化，相信每一初始浓度应有一个较优 S D S 用量以使残液中的C u Ⅱ 浓度降到最低．但 对比已有文献来看，采用C G A 联合柱浮选的方法 万方数据 第9 期王永田等用胶质气体泡沫从废水中浮选C u Ⅱ 的实验研究6 3 浮选去除C u Ⅱ 是一次有益的尝试．本次实验的 S D S 用量较低，2 5 1 0 “S D S 对1 0 0 1 0 “C u I 的摩尔比约为6 1 0 0 ，电荷比约为3 1 0 0 ，远未达 到离子沉淀浮选所需的S D S 与C u Ⅱ 等电量中 和的所需值．结合对实验过程中的现象观察，认为 C u 1 在N a O H 作用下形成了絮团，C G A 通过静 电作用与C u Ⅱ 絮团结台，无需达到离子沉淀浮 选所需的等电量中和状态即可实现浮选目的．浮选 后期通过浮选柱底部砂芯产生的气泡的直径是 C G A 直径的2 ～3 个数量级，在溶液中的浮升速度 较高，且与C G A 有较强的亲和力，易于将C G A 与 C u I 絮团结合体浮出．所以，C G A 在浮选过程 中起到了类似矿物浮选中捕收剂的作用．由于常规 浮选中的表面活性剂不可能完全进入浮选产品，这 会在一定程度上造成持染，只是有时比金属离子造 成的污染程度轻微些，因此在较低的表面活性剂用 量下完成特定的作业任务是有意义的． 4 结论 本实验采用胶质气体泡沫和柱浮选法对含C u Ⅱ 模拟工业废水的进行了浮选分离研究．在较 宽泛的操作范围内就p H 值、表面活性剂用量和起 始C u I 的浓度对浮选效果的影响规律剂进行了 初步研究．通过对上述各参数的优化，采用本实验 的胶质气体泡沫和柱浮选法浮选C u I ， W C u Ⅱ 自* 为1 0 0 1 0 ～，在p H 一9 时，W S D S 为2 5 1 0 _ 6 时，如w C u Ⅱ ＆ 达0 ．1 1 0 “左右， 可满足达标排放，溶液中的C u Ⅱ 去除率达9 9 ％ 以上． 实验表明，用S D S 制备C G A 作为C u Ⅱ 的 浮选载体是可行的，可在较低的S D S 用量水平下 完成C u 1 的浮选去除任务，且泡沫带走的水量 小．本次实验为间歇式作业，设想如将C G A 与C u Ⅱ 溶液混合后再引入浮选柱，经过局部改造，可 实现连续作业，这对大规模工业化处理含C u 1 是有现实意义的． 参考文献 [ 1 1 卢寿慈．矿物浮选原理[ M ] ．北京冶金工业出版社， 1 9 8 8 ．2 0 6 2 2 2 ． [ 2 ] Y o o nRH ．细粒浮选的进展微泡浮选[ J ] ．韩跃 额译．国外金属矿选矿，1 9 9 3 ， 6 14 ． [ 3 ] 起冰翠．重金属离子废水中和沉淀特性的研究[ J ] ．矿 产保护与利用，1 9 9 7 ， 1 4 6 4 9 ． [ 4 1 余忠清，赵秦牛，张启修．浮选法分离稀溶液中的金属 离子口] ．湿法冶金，1 9 9 4 ， 3 ；1 - 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