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拜耳法赤泥质陶粒滤料处理含铜废水
2012-11-20
以自制拜耳法赤泥质陶粒滤料为吸附剂,进行了模拟废水中铜离子吸附效果和吸附饱和陶粒再生的 研究。结果表明,拜耳法赤泥质陶粒滤料对废水中铜离子具有较好的吸附效果和耐久性;吸附饱和后的陶粒在pH =3的硝酸溶液中静态洗脱3次即可恢复至新鲜陶粒的吸附水平;拜耳法赤泥质陶粒用于废水中铜离子的吸附无 论从技术上、经济上还是从二次资源的再利用上均具有显著优势,适合大规模推广应用。
NSoevreimesbeNroꢀ 4230712 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 20总12第年 第43711期 期 METAL MINE 拜耳法赤泥质陶粒滤料处理含铜废水 潘 嘉 芬 ꢀ 李 梦 红 ꢀ 刘 爱 菊 ( 山 东 理 工 大 学 资 源 与 环 境 工 程 学 院 ) 摘 ꢀ 要 ꢀ 以 自 制 拜 耳 法 赤 泥 质 陶 粒 滤 料 为 吸 附 剂 , 进 行 了 模 拟 废 水 中 铜 离 子 吸 附 效 果 和 吸 附 饱 和 陶 粒 再 生 的 研 究 。 结 果 表 明 , 拜 耳 法 赤 泥 质 陶 粒 滤 料 对 废 水 中 铜 离 子 具 有 较 好 的 吸 附 效 果 和 耐 久 性 ; 吸 附 饱 和 后 的 陶 粒 在 pH = 3 的 硝 酸 溶 液 中 静 态 洗 脱 3 次 即 可 恢 复 至 新 鲜 陶 粒 的 吸 附 水 平 ; 拜 耳 法 赤 泥 质 陶 粒 用 于 废 水 中 铜 离 子 的 吸 附 无 论 从 技 术 上 、 经 济 上 还 是 从 二 次 资 源 的 再 利 用 上 均 具 有 显 著 优 势 , 适 合 大 规 模 推 广 应 用 。 关 键 词 ꢀ 拜 耳 法 赤 泥 质 陶 粒 ꢀ 含 铜 模 拟 废 水 ꢀ 吸 附 陶 粒 再 生 Experimental Study on Treatment of Coppercontained Waste Water with Porous Ceramics Filtering Materials with Red Mud from Bayer Process Pan Jiafenꢀ Li Menghongꢀ Liu Aijiu ( College of Resources and Environment Engineering, Shandong University of Technology) Abstractꢀ The porous ceramics filtering materials with red mud derived from Bayer process is used as adsorbent to in vestigate the removal rate of copper in waste water and the regeneration of saturated porous ceramics The research indicated that the porous ceramics filtering materials with red mud derived from Bayer process has a significant adsorbing performance and lasting quality The adsorptionsaturated ceramics can be restored to be fresh ceramics with fresh adsorption perform ance after regenerating 3 times in static status in a nitric acid solution of pH = 3 The copper removal from the waste water WWW.KY114.CN with the porous ceramics of red mud derived from Bayer Process has a significant advantage in techniques, economics and reutilization of resources, and it is suitable for largescale application Keywordsꢀ Porous ceramics with red mud derived from Bayer process, Coppercontained waste water, Adsorption re generation of porous ceramics ꢀ ꢀ 重 金 属 污 染 是 一 种 难 以 自 动 消 解 的 、 对 人 体 健 提 铁 成 本 又 很 高 , 故 拜 耳 法 赤 泥 目 前 还 是 以 筑 坝 堆 存 为 主 , 这 不 仅 占 用 土 地 、 污 染 环 境 , 还 造 成 资 源 的 浪 费 。 因 此 , 拜 耳 法 赤 泥 的 开 发 利 用 已 成 为 社 会 关 注 的 焦 点 之 一 。 康 和 生 态 环 境 造 成 严 重 破 坏 的 污 染 , 其 源 头 主 要 是 金 属 矿 采 选 企 业 和 有 色 、 稀 贵 金 属 冶 金 企 业 。 在 城 市 中 , 如 果 含 较 高 浓 度 重 金 属 离 子 的 废 水 不 加 处 理 直 接 排 放 到 城 市 污 水 处 理 厂 , 这 些 重 金 属 离 子 将 会 在 后 续 的 生 化 处 理 中 抑 制 或 杀 灭 有 用 菌 , 破 坏 污 水 的 生 化 处 理 过 程 , 使 城 市 污 水 处 理 厂 运 行 失 败 。 赤 泥 是 氧 化 铝 生 产 过 程 中 产 生 的 废 弃 物 , 也 是 氧 化 铝 厂 最 大 的 污 染 源 。 按 照 氧 化 铝 生 产 过 程 的 不 同 , 所 产 生 的 赤 泥 可 分 为 烧 结 法 赤 泥 和 拜 耳 法 赤 泥 。 烧 结 法 赤 泥 由 于 经 过 1 200 ℃ 高 温 煅 烧 , 其 中 含 有 本 试 验 研 究 了 拜 耳 法 赤 泥 质 陶 粒 对 水 中 重 金 属 铜 离 子 的 去 除 行 为 及 吸 附 饱 和 陶 粒 的 再 生 。 1ꢀ 试 验 原 料 及 试 验 装 置 1 1ꢀ 试 验 原 料 自 制 的 拜 耳 法 赤 泥 质 水 处 理 用 多 孔 陶 粒 粒 径 为 4 ~ 2 mm, 各 项 性 能 符 合 《 CJ/ T 229— 2008ꢀ 水 处 理 用 人 工 陶 粒 滤 料 》 产 品 标 准 。 其 外 观 见 图 1, 配 方 见 表 1, 化 学 成 分 见 表 2, 烧 成 曲 线 见 图 2。 大 量 的 2CaO· SiO 等 活 性 矿 物 组 分 , 可 以 直 接 应 用 2 于 建 筑 材 料 生 产 ; 拜 耳 法 由 于 采 用 强 碱 NaOH 溶 出 工 艺 , 赤 泥 中 不 存 在 2CaO· SiO 等 活 性 成 分 , 且 含 2 潘 嘉 芬 ( 1961— ) , 女 , 副 教 授 , 255049 山 东 省 淄 博 市 张 店 区 张 周 路 [ 13] , 铁 高 、 耐 腐 蚀 性 差 , 既 不 适 合 直 接 用 于 建 材 行 业 1 2 号 。 · 138· ꢀ ꢀ ꢀ 潘 嘉 芬 等 : 拜 耳 法 赤 泥 质 陶 粒 滤 料 处 理 含 铜 废 水 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2012 年 第 11 期 柱 , 采 用 下 端 进 水 、 上 端 出 水 的 运 行 模 式 。 1  3ꢀ 铜 离 子 去 除 率 模 拟 废 水 中 铜 离 子 去 除 率 X0 - X η = t × 100% , ( 1) X 0 式 中 , X0 为 模 拟 废 水 铜 离 子 初 始 浓 度 , mg / L; Xt 为 吸 附 一 定 时 间 后 废 水 中 铜 离 子 残 余 浓 度 , mg / L。 2 ꢀ 试 验 结 果 与 讨 论 图 1ꢀ 陶 粒 滤 料 图 片 2  1ꢀ 铜 离 子 的 吸 附 效 果 对 比 试 验 表 1ꢀ 陶 粒 滤 料 的 原 料 组 成 % 铜 离 子 吸 附 效 果 对 比 试 验 所 用 吸 附 剂 陶 粒 、 活 配 ꢀ 含 ꢀ ꢀ ꢀ 注 : 赤 泥 取 自 淄 博 铝 厂 , 煤 矸 石 取 自 山 东 某 煤 矿 , 底 泥 取 自 淄 博 城 市 河 道 疏 浚 污 泥 , 造 孔 剂 为 大 颗 粒 炭 粉 、 碳 酸 钙 等 。 料 量 赤 ꢀ 40 泥 煤 矸 石 底 ꢀ 40 泥 造 孔 剂 性 炭 、 砂 粒 质 量 均 为 100 g, 模 拟 废 水 铜 离 子 浓 度 均 为 21 6 mg / L, 模 拟 废 水 流 经 吸 附 料 柱 的 速 度 均 为 12 8 3 . 33 cm/ min。 铜 离 子 去 除 率 与 吸 附 时 间 的 关 系 见 表 2ꢀ 陶 粒 滤 料 的 主 要 化 学 成 分 分 析 结 果 % 图 4。 成 ꢀ 含 ꢀ 分 量 SiO 58 9 2 CaO 5 8 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 18 2 13 6 图 4ꢀ 不 同 吸 附 剂 对 废 水 中 铜 离 子 的 去 除 率 对 比 WWW.KY114.CN ■ ▲ — 砂 粒 去 除 率 ; — 陶 粒 去 除 率 ; — 活 性 炭 去 除 率 ◆ 由 图 4 可 见 , 陶 粒 对 模 拟 废 水 中 铜 离 子 的 吸 附 效 果 明 显 高 于 砂 粒 和 活 性 炭 , 即 使 陶 粒 使 用 较 长 时 间 后 , 其 对 铜 离 子 仍 保 持 着 50% 左 右 的 去 除 率 , 因 此 , 拜 耳 法 赤 泥 质 陶 粒 是 一 种 高 效 废 水 铜 离 子 去 除 剂 。 图 2ꢀ 陶 粒 滤 料 的 烧 成 曲 线 吸 附 效 果 对 比 试 验 所 用 活 性 炭 为 市 售 活 性 炭 ( 柱 状 ) , 粒 径 为 4 ~ 2 mm; 砂 粒 为 建 筑 用 砂 , 粒 径 为 ~ 2 mm。 4 2  2ꢀ 吸 附 铜 离 子 后 的 陶 粒 硝 酸 洗 脱 动 态 再 生 试 验 试 验 用 铜 离 子 废 水 为 模 拟 废 水 , 用 CuSO4 · 陶 粒 的 再 生 采 用 硝 酸 动 态 洗 脱 工 艺 。 试 验 用 的 5 H O 与 蒸 馏 水 配 制 而 成 ; 硝 酸 为 化 学 纯 , 洗 液 由 硝 2 酸 与 蒸 馏 水 配 制 而 成 。 陶 粒 为 吸 附 铜 离 子 2 h 之 后 的 陶 粒 , 洗 液 为 硝 酸 溶 液 , pH = 3, 流 量 为 35 mL/ min, 洗 脱 再 生 试 验 结 果 见 图 5。 1  2ꢀ 试 验 装 置 试 验 装 置 见 图 3。 图 3ꢀ 吸 附 铜 离 子 试 验 装 置 示 意 图 5ꢀ 用 硝 酸 溶 液 1 次 动 态 洗 脱 试 验 结 果 由 图 5 可 见 , 用 pH = 3 的 硝 酸 洗 脱 陶 粒 上 铜 离 子 , 洗 脱 初 期 洗 液 中 铜 离 子 的 浓 度 很 高 , 表 明 陶 粒 中 1 — 量 筒 ; 2— 陶 粒 滤 料 过 滤 柱 ; 3 — 铁 架 台 ; 4— 恒 流 泵 ; 5— 广 口 瓶 试 验 用 过 滤 柱 为 直 径 2 6 cm、 高 25 cm 的 玻 璃 · 139· 总 第 437 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2012 年 第 11 期 有 大 量 的 铜 离 子 被 洗 出 ; 随 着 洗 脱 时 间 的 延 长 , 铜 离 子 被 洗 出 量 越 来 越 少 , 表 明 陶 粒 中 可 洗 出 的 铜 离 子 越 来 越 少 。 2 2  3ꢀ 再 生 陶 粒 吸 附 效 果 试 验  3 1ꢀ 第 1 次 动 态 再 生 陶 粒 的 吸 附 效 果 试 验 第 1 次 动 态 再 生 陶 粒 为 pH = 3 的 硝 酸 溶 液 洗 脱 450 min 后 的 陶 粒 。 动 态 吸 附 试 验 的 陶 粒 质 量 为 1 00 g, 模 拟 废 水 铜 离 子 浓 度 为 21 6 mg / L, 模 拟 废 水 图 7ꢀ 静 态 再 生 陶 粒 对 铜 离 子 的 吸 附 效 果 流 经 吸 附 料 柱 的 速 度 为 3. 33 cm/ min, 铜 离 子 去 除 率 与 吸 附 剂 使 用 时 间 的 关 系 见 图 6。 ◆ ■ — 去 除 率 ; — 残 留 浓 度 果 显 著 优 于 动 态 再 生 陶 粒 , 接 近 新 鲜 陶 粒 的 吸 附 效 果 。 因 此 , 陶 粒 的 再 生 宜 在 静 态 条 件 下 完 成 。 3 ꢀ 结 ꢀ 论 ( 1) 拜 耳 法 赤 泥 质 陶 粒 滤 料 对 废 水 中 铜 离 子 的 吸 附 效 果 和 耐 久 性 均 比 砂 粒 和 活 性 炭 强 得 多 。 ( 2) 吸 附 饱 和 后 的 陶 粒 可 以 在 pH = 3 的 硝 酸 溶 液 中 获 得 再 生 , 且 静 态 再 生 效 果 明 显 优 于 动 态 再 生 效 果 , 静 态 再 生 后 的 陶 粒 基 本 可 以 达 到 新 鲜 陶 粒 的 吸 附 水 平 。 图 6ꢀ 动 态 再 生 陶 粒 对 铜 离 子 的 吸 附 效 果 ◆ ■ — 去 除 率 ; — 残 留 浓 度 ( 3) 拜 耳 法 赤 泥 质 陶 粒 用 于 废 水 中 铜 离 子 的 吸 由 图 6 可 见 , 第 1 次 动 态 再 生 的 陶 粒 无 论 吸 附 效 果 还 是 耐 久 性 均 不 及 再 生 之 前 , 随 吸 附 时 间 的 延 长 , 废 水 中 铜 离 子 残 留 浓 度 越 来 越 接 近 原 液 浓 度 。 附 无 论 从 技 术 上 、 经 济 上 还 是 从 二 次 资 源 的 再 利 用 上 均 具 有 显 著 优 势 和 发 展 前 景 , 适 合 大 规 模 推 广 应 用 。 WWW.KY114.参Cꢀ 考 ꢀ N文 ꢀ 献 因 此 对 静 态 再 生 陶 粒 的 吸 附 效 果 进 行 了 研 究 。 2  3 2ꢀ 第 1 次 静 态 再 生 陶 粒 的 吸 附 试 验 第 1 次 静 态 再 生 陶 粒 为 初 次 吸 附 铜 离 子 2 h 之 [ 1] ꢀ 杨 家 宽 , 侯 ꢀ 建 , 齐 ꢀ 波 , 等  铝 业 赤 泥 免 烧 砖 中 试 生 产 及 产 后 的 陶 粒 , 洗 液 为 pH = 3 的 硝 酸 溶 液 。 将 100 g 吸 附 过 铜 离 子 的 陶 粒 置 于 500 mL 烧 杯 中 , 加 入 300 mL 洗 液 , 搅 拌 5 min 后 静 置 30 min, 再 搅 拌 5 min 后 静 置 30 min, 检 测 上 清 液 中 铜 离 子 的 浓 度 , 然 后 更 换 新 鲜 洗 液 后 重 复 上 述 洗 脱 , 3 次 静 态 洗 脱 后 即 可 获 得 上 清 液 中 铜 离 子 浓 度 为 0 的 再 生 陶 粒 , 该 陶 粒 将 用 于 铜 离 子 吸 附 试 验 。 业 化 [ J]  环 境 工 程 , 2006, 24( 4) : 5255 [ 2] ꢀ 杨 家 宽 , 陈 ꢀ 凡 , 侯 ꢀ 建 , 等  赤 泥 高 等 级 路 面 基 层 材 料 的 工 程 应 用 [ J]  中 国 市 政 工 程 , 2006( 5) : 79 [ 3] ꢀ 张 培 新 , 林 荣 毅 , 闫 加 强  赤 泥 黑 色 玻 璃 的 稳 定 性 [ J]  中 国 有 色 金 属 学 报 , 2000, 10( 4) : 551555 [ [ [ [ 4] ꢀ 梅 贤 功 , 袁 明 亮 , 陈 ꢀ 荩  高 铁 拜 耳 法 赤 泥 煤 基 直 接 还 原 工 艺 的 研 究 [ J]  有 色 金 属 : 治 炼 , 1996( 2) : 2730 5] ꢀ 刘 永 康 , 梅 贤 功  高 铁 赤 泥 煤 基 直 接 还 原 的 研 究 [ J]  烧 结 球 团 , 1995, 20( 2) : 59 第 1 次 静 态 再 生 陶 粒 的 动 态 吸 附 试 验 的 陶 粒 重 00 g, 模 拟 废 水 铜 离 子 浓 度 为 21 6 mg / L, 模 拟 废 水 1 6] ꢀ 王 平 升  山 东 铝 厂 赤 泥 制 备 水 处 理 用 多 孔 陶 粒 滤 料 [ J]  有 色 金 属 , 2005, 57( 2) : 142149 流 经 吸 附 料 柱 的 速 度 为 3. 33 cm/ min, 铜 离 子 去 除 率 与 吸 附 剂 使 用 时 间 的 关 系 见 图 7。 7] ꢀ 谢 襄 漓 , 王 林 江 , 赵 建 新 , 等  烧 胀 赤 泥 陶 粒 的 制 备 [ J]  桂 林 工 学 院 学 报 , 2008, 28( 2) : 196199 由 图 7 可 见 , 静 态 再 生 陶 粒 对 铜 离 子 的 吸 附 效 ( 收 稿 日 期 ꢀ 20120821) 檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵 殝 欢 迎 投 稿 ꢀ ꢀ 欢 迎 订 阅 殝檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵 140· ·
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