Series No. 405
Marchꢀ 2010
金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ
20总10第年 4第053期期
ꢀ
ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ
METAL MINE
钢渣去除废水中锌的研究
姚 海 飞 ꢀ 巫 殷 文 (ꢀ北 京杨 科慧技 芬大 ꢀ学 )金 龙 哲 ꢀ 刘 ꢀ 建
摘 ꢀ 要 ꢀ 通 过 测 定 反 应 后 过 滤 液 的 pH 值 、 溶 液 中 Zn2 + 的 残 余 浓 度 , 采 用 一 次 一 因 素 法 分 别 研 究 了 钢 渣 用 量 、
溶 液 初 始 浓 度 、 溶 液 pH 值 、 作 用 时 间 、 振 荡 转 速 、 反 应 温 度 对 废 水 中 锌 的 去 除 率 的 影 响 。 结 果 表 明 , 选 用 - 5 mm 粒
度 的 钢 渣 , 试 验 条 件 为 钢 渣 用 量 4 g/ 100 mL, 振 荡 转 速 150 r/ min, 温 度 30 ℃, 作 用 时 间 60 min 时 , 对 浓 度 500 mg/ L
以 下 、 pH = 4 ~ 14 的 含 锌 废 水 中 的 锌 具 有 良 好 的 去 除 效 果 , 去 除 率 达 99% 。
关 键 词 ꢀ 钢 渣 ꢀ 含 锌 废 水 ꢀ 去 除 率
Investigation on the Removal of Zinc from Wastewater by Steel Slag
Yao Haifeiꢀ (Wu Yinwenꢀ Yang Huifenꢀ Jin Longzheꢀ Liu Jian
University of Science and Technology Beijing)
2
+
Abstractꢀ Through measuring pH value of the filtrate after reaction, the concentration of Zn in solution, the effects
of steel consumption, initial concentration of solution, pH value of solution, reaction time, the oscillation speed, reaction
temperature on removal of zinc from wastewater were investigated. The results show that when steel slag with the particle
size of - 5 mm is chosen and under conditions of 4 g/ 100 mL of the steel consumption, 150 r/ min of the oscillation speed
at the temperature of 30 ℃ and for reaction time of 60 min, the removal rate of zinc from wastewater with Zn concentration
of below 500 mg/ L at pH value between 4 and 14 can be up to above 99% .
Keywordsꢀ Steel slag, Zinccontaining waste water, Removal ratio
ꢀ
ꢀ 在 钢 铁 企 业 中 , 钢 渣 产 出 量 是 仅 次 于 高 炉 渣 的
钢 渣 具 有 的 碱 性 中 和 性 能 也 对 处 理 锌 有 很 大 的 帮
[ 79] ; 因 此 , 本 研 究 开 发 利 用 钢 渣 作 为 吸 附 剂 处 理
第 二 大 固 体 副 产 品 。 钢 渣 的 排 出 量 占 粗 钢 产 量 的
[
助
1
5% ~ 20% , 全 世 界 每 年 排 放 钢 渣 1 ~ 1. 5 亿 t 1] 。
废 水 , 不 仅 可 以 为 废 水 治 理 尤 其 是 重 金 属 离 子 的 治
理 提 供 廉 价 、 应 用 方 便 的 材 料 , 而 且 可 以 以 废 治 废 ,
为 钢 渣 的 处 理 利 用 开 辟 新 的 途 径 。
目 前 我 国 积 存 的 钢 渣 已 有 2 亿 t, 钢 渣 大 部 分 堆 弃 ,
2
[ 2]
每 年 占 用 土 地 160. 08 hm 。 随 着 钢 铁 工 业 的 发
展 , 钢 渣 的 数 量 日 益 增 多 , 许 多 钢 厂 渣 满 为 患 。 扩 建
渣 场 不 但 要 占 用 宝 贵 的 耕 地 、 农 田 , 而 且 会 造 成 空
气 、 水 质 的 二 次 污 染 , 破 坏 生 态 环 境 3] 。 钢 渣 本 身
是 一 种 固 体 废 弃 物 , 但 由 于 其 含 有 一 定 的 铁 和 钛 , 具
有 良 好 的 吸 附 作 用 , 因 此 对 废 水 中 的 杂 质 颗 粒 、 溶 解
性 有 机 物 和 部 分 重 金 属 具 有 良 好 的 去 除 作 用 , 可 应
用 于 污 水 处 理 领 域 4] 。
1ꢀ 材 料 与 方 法
1. 1ꢀ 仪 器 和 材 料 、 试 剂
[
( 1) 仪 器 。 60 mL 分 液 漏 斗 , 10 mL 具 塞 比 色
管 , 722 型 可 见 光 光 栅 分 光 光 度 计 , 精 密 pH 试 纸 , 恒
温 振 荡 器 。
( 2) 材 料 。 本 试 验 采 用 包 头 钢 铁 有 限 责 任 公 司
的 钢 渣 。 经 分 析 , 其 成 分 如 表 1 所 示 。
从 表 1 可 知 , 钢 渣 中 氧 化 钙 、 氧 化 铁 的 含 量 很
大 , 对 于 锌 的 去 除 具 有 重 要 意 义 。 图 1 是 - 5 mm 钢
渣 放 大 3 000 倍 时 的 电 镜 图 。
[
镀 锌 废 水 中 含 有 大 量 残 留 的 锌 离 子 , 如 不 去 除
而 直 接 排 放 , 将 会 对 环 境 以 及 生 物 体 的 安 全 造 成 很
大 的 威 胁 。 目 前 主 要 用 物 化 法 和 生 物 法 处 理 5] , 利
用 钢 渣 去 除 电 镀 废 水 中 的 锌 的 研 究 还 较 少 。 鉴 于 钢
渣 来 源 广 泛 , 在 处 理 重 金 属 离 子 如 镍 、 铬 、 砷 等 取 得
了 很 好 的 效 果 6] , 而 锌 也 是 重 金 属 之 一 ; 另 外 钢 渣
密 度 大 , 在 水 中 的 沉 降 速 度 快 , 易 于 固 液 分 离 ; 再 者 ,
[
[
姚 海 飞 ( 1984— ) , 男 , 北 京 科 技 大 学 土 木 与 环 境 工 程 学 院 , 硕 士 研 究
#
生 , 100083 北 京 市 海 淀 区 学 院 路 30 号 北 京 科 技 大 学 376 信 箱 。
·
148·
ꢀ
ꢀ ꢀ 姚 海 飞 等 : 钢 渣 去 除 废 水 中 锌 的 研 究 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2010 年 第 3 期
表 1ꢀ 钢 渣 的 化 学 组 成 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ %
除 效 果 有 重 要 影 响 。
化 合 物
含
量
单
质
含
量
化 合 物
含
量
单
质
含
量
钢 渣 和 锌 离 子 混 合 液 在 恒 温 振 荡 器 中 振 荡 1 h,
振 荡 速 度 为 150 r/ min, 温 度 设 为 30 ℃。 钢 渣 用 量
与 锌 的 去 除 率 的 关 系 见 图 2, 钢 渣 用 量 与 反 应 后 溶
液 的 pH 值 的 关 系 见 表 2。
CaO
44. 56
24. 59
15. 39
4. 88
Ca
31. 86
17. 20
7. 19
BaO 0. 069 8 Ba 0. 062 5
Fe O
Fe
Si
Na O 0. 045 6 Na 0. 033 8
2
3
2
SiO
SrO 0. 038 8 Sr 0. 032 8
ZnO 0. 020 0 Zn 0. 016 1
2
MnO
Al O
Mn
Al
Mg
Px
Ti
3. 78
2
3
3. 16
1. 67 CO O 0. 014 5 Co 0. 011 4
3
4
MgO
3. 11
1. 87
ZrO
2
2
0. 014 2 Zr 0. 010 5
P O
2
1. 72
0. 751 La O3 0. 012 8 La 0. 010 9
2
TiO
5
1. 03
0. 618
0. 185
PbO 0. 011 0 Pb 0. 010 2
V O
0. 331
V
WO
3
2
0. 008 8
W
0. 007 0
2
5
Nb O5 0. 294
Nb
Cu
0. 015 As O3 0. 005 8 As 0. 004 4
2
CuO
0. 163
0. 144
0. 125
0. 130
NiO 0. 005 0 Ni 0. 003 9
Cr O
Cr 0. 098 5 Ga O 0. 001 8 Ga 0. 001 3
2
K O
3
2
3
2
K
0. 104
S
0. 246
Cl 0. 013 8
图 2ꢀ 钢 渣 用 量 对 锌 去 除 率 的 影 响
▲ △
— - 2 mm 钢 渣 ; — - 40 目 钢 渣 ; — - 80 目 钢 渣 ;
○ ◆
— - 150 目 钢 渣 ; — - 5 mm 钢 渣
■
表 2ꢀ 钢 渣 用 量 与 反 应 后 溶 液 pH 值 的 关 系 ꢀ × 10 - 2 g/ mL
-
钢5 渣mm
-钢2 渣mm
- 0钢. 3渣5 mm
- 0钢. 2渣mm
- 0钢. 1渣mm
钢 渣 终 了
用 量
终 了
pH
终 了
用 量
终 了
终 了
用 量
用 量
用 量
pH
pH
pH
6. 4
9. 3
pH
6. 7
7. 6
9. 0
0
1
2
3
4
5
. 5 5. 4 0. 2 6. 4 0. 2
. 0 5. 8 0. 5 6. 7 0. 5
. 0 6. 0 1. 0 7. 0 0. 8
6. 4
8. 0
9. 0
0. 1
0. 5
0. 1
0. 3
ꢀ
ꢀ
图 1ꢀ 钢 渣 电 镜 照 片
1. 0 11. 0 0. 5
. 0 6. 3 1. 5 9. 0 1. 0 10. 0 1. 5 11. 7 1. 0 10. 0
. 0 8. 8 2. 0 9. 0 1. 5 10. 2 2. 0 12. 0 1. 5 10. 0
. 0 9. 1 3. 0 9. 3 2. 0 10. 5 3. 0 12. 5 2. 0 11. 5
从 图 1 可 看 出 , 钢 渣 表 面 疏 松 多 孔 , 钢 渣 颗 粒 不
均 , 并 且 钢 渣 的 孔 隙 较 为 清 晰 , 钢 渣 的 表 面 和 孔 隙 是
吸 附 锌 离 子 的 良 好 场 所 。
6. 0 9. 3 4. 0 9. 3 3. 0 11. 0 4. 0 12. 5 3. 0 12. 5
7
. 0 9. 3 5. 0 9. 7 4. 0 11. 5 5. 0 12. 5 4. 0 13. 0
(
3) 试 剂 。 浓 度 分 别 为 10, 50, 150, 200, 300,
00, 500 mg / L 的 锌 离 子 溶 液 ; 无 锌 蒸 馏 水 ; 0. 01%
双 硫 腙 氯 仿 溶 液 ; 硫 代 硫 酸 钠 溶 液 ; 醋 酸 盐 缓 冲 液 。
ꢀ
ꢀ 从 图 2 可 看 出 , 当 钢 渣 用 量 小 于 0. 02 g / mL时 ,
4
钢 渣 越 细 , 去 除 效 果 越 好 。 当 钢 渣 用 量 大 于 0. 02
g / mL时 , 5 种 粒 径 的 钢 渣 对 锌 的 去 除 率 都 达 到 大 于
1
. 2ꢀ 试 验 方 法
9
9% 。 对 - 5 mm, - 2 mm 的 钢 渣 , 随 着 钢 渣 用 量 的
本 试 验 采 用 一 次 一 因 素 法 进 行 , 作 出 各 因 素 对
增 加 , 锌 的 去 除 率 先 是 增 长 较 快 , 而 后 增 长 缓 慢 。 且
锌 离 子 去 除 率 的 影 响 曲 线 , 得 出 各 因 素 的 最 佳 条 件 。
本 次 试 验 研 究 采 用 静 态 振 荡 试 验 法 , 配 制 一 定
浓 度 的 Zn2 + 溶 液 作 为 模 拟 废 水 。 将 100 mL 模 拟 废
水 加 入 到 200 mL 的 锥 形 瓶 中 , 再 将 一 定 量 钢 渣 加 入
其 中 , 放 入 振 荡 器 中 振 荡 一 段 时 间 , 然 后 取 出 , 静 置
一 段 时 间 , 用 漏 斗 进 行 过 滤 , 同 时 用 精 密 pH 试 纸 测
定 过 滤 液 的 pH 值 , 并 用 1 mol/ L 的 稀 盐 酸 、 1 / 50 的
氨 水 调 节 溶 液 的 pH = 2 ~ 3。 确 定 稀 释 倍 数 , 测 定 溶
-
5 mm 钢 渣 在 2 g, - 2 mm 钢 渣 在 1 g 时 去 除 率 已
经 大 于 99% 。 - 0. 35 mm, - 0. 2 mm, - 0. 1 mm 的
钢 渣 对 锌 的 去 除 率 都 在 99% 以 上 , 出 水 已 经 达 标 。
从 表 2 和 图 2 可 知 , - 5 mm 钢 渣 在 投 加 量 为
0. 5 g, 1. 0 g 时 钢 渣 的 吸 附 能 力 很 强 。 此 时 它 的 去
除 率 已 达 到 93% 。 当 6 < pH < 10 时 , 钢 渣 除 了 吸 附
作 用 还 通 过 调 节 pH 值 , 使 锌 离 子 发 生 了 化 学 沉 淀 。
试 验 中 大 部 分 时 间 都 是 处 于 这 个 阶 段 。 致 使 - 5mm
钢 渣 在 投 加 量 为 2. 0 g 时 , 去 除 率 迅 速 上 升 到 了
2
+
液 中 Zn 的 残 余 浓 度 。 本 试 验 采 用 双 硫 腙 分 光 光
度 法 9] 测 定 废 水 中 的 锌 离 子 浓 度 。
[
9
9% 以 上 。 当 pH > 10 时 , 化 学 沉 淀 作 用 消 失 , 而 且
2
ꢀ 结 果 与 讨 论
2
. 1ꢀ 钢 渣 用 量 对 锌 去 除 率 的 影 响
钢 渣 的 用 量 不 同 , 则 反 应 后 溶 液 的 pH 值 就 不
已 经 生 成 的 沉 淀 也 会 重 新 溶 解 。 从 表 2 可 看 出 ,
- 0. 35, - 0. 2, - 0. 1 mm 存 在 这 样 的 情 况 。 锌 离 子
的 沉 淀 范 围 为 6 ~ 10 之 间 , 而 钢 渣 中 含 有 大 量 的
同 , 钢 渣 对 锌 离 子 的 吸 附 量 也 就 不 同 , 因 此 对 锌 的 去
·
149·
总 第 405 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2010 年 第 3 期
CaO, 具 有 调 节 pH 值 的 的 作 用 。 当 pH 值 < 6 时 , 钢
渣 主 要 通 过 吸 附 作 用 去 除 锌 离 子 。
根 据 试 验 结 果 , 可 得 出 : - 5, - 2, - 0. 35,
- 0. 2, - 0. 1 mm 钢 渣 的 较 佳 用 量 分 别 为 0. 040,
0. 015, 0. 008, 0. 005, 0. 005 g / mL。
对 于 - 5, - 2 mm 钢 渣 , 随 着 钢 渣 投 加 量 的 增
加 , 吸 附 容 量 增 大 , 而 且 由 于 粒 径 大 , 钢 渣 中 的 氧 化
钙 等 物 质 不 易 溶 解 出 来 , pH 值 没 有 达 到 10, 所 以 ,
锌 去 除 率 一 直 增 加 。 而 - 0. 35, - 0. 2, - 0. 1 mm 的
钢 渣 在 投 加 量 分 别 为 1. 0, 1. 0, 0. 5 g 时 pH 值 已 经
大 于 10, 虽 然 仍 有 吸 附 作 用 , 但 此 时 pH 值 对 锌 的 去
除 起 了 反 作 用 , 致 使 去 除 率 略 有 下 降 。 但 由 于 起 关
键 作 用 的 是 吸 附 作 用 , 所 以 去 除 率 只 是 略 有 下 降 , 但
仍 在 99% 以 上 。
2. 2ꢀ 溶 液 初 始 浓 度 对 锌 去 除 率 的 影 响
通 过 钢 渣 的 用 量 试 验 , 已 经 知 道 了 反 应 的 较 佳
固 液 比 , 本 次 试 验 就 是 在 固 液 比 一 定 的 情 况 下 , 研 究
溶 液 的 初 始 浓 度 对 锌 去 除 效 果 的 影 响 。 钢 渣 和 锌 离
子 混 合 液 在 恒 温 振 荡 器 中 振 荡 1 h, 振 荡 速 度 为 150
r/ min, 温 度 设 为 30 ℃。 钢 渣 用 量 及 反 应 后 溶 液 的
pH 值 见 表 3, 溶 液 的 初 始 浓 度 对 去 除 率 的 影 响 如 图
3 所 示 。
表 3ꢀ 钢 渣 用 量 及 反 应 后 溶 液 pH 值 的 关 系
-
5 mm 钢 渣
- 2 mm 钢 渣
- 0. 35 mm 钢 渣
- 0. 2 mm 钢 渣
- 0. 1 mm 钢 渣
初 始
浓 度
钢 渣
用 量
终 了
pH
初 始
浓 度
钢 渣
用 量
终 了
pH
初 始
浓 度
钢 渣
用 量
终 了
pH
初 始
浓 度
钢 渣
用 量
终 了
pH
初 始
浓 度
钢 渣
用 量
终 了
pH
1
5
0
0
0. 4
2. 0
6. 5
6. 7
7. 7
9. 0
9. 7
11. 0
6. 6
5. 8
10
0. 15
0. 75
1. 5
5. 1
5. 8
7. 5
8. 0
6. 0
5. 8
5. 8
5. 8
10
0. 08
0. 4
0. 8
1. 2
1. 6
2. 4
3. 2
4. 0
5. 8
9. 7
9. 3
9. 3
8. 5
5. 8
5. 4
5. 4
10
0. 05
0. 25
0. 5
9. 7
9. 7
9. 7
9. 7
9. 7
7. 2
5. 8
6. 0
10
0. 05
0. 25
0. 5
10. 0
10. 0
10. 0
10. 0
9. 7
50
50
50
50
100
150
200
300
400
500
4. 0
100
150
200
300
400
500
100
150
200
300
400
500
100
150
200
300
400
500
100
150
200
300
400
500
6. 0
2. 25
3. 0
0. 75
1. 0
0. 75
1. 0
8. 0
12. 0
16. 0
20. 0
4. 5
1. 5
1. 5
7. 5
6. 0
2. 0
2. 0
6. 4
7. 5
2. 5
2. 5
5. 8
ꢀ
ꢀ
注 : 初 始 浓 度 单 位 mg/ L, 钢 渣 用 量 单 位 × 10 - g/ mL。
2
图 3ꢀ 溶 液 的 初 始 浓 度 对 锌 去 除 率 的 影 响
ꢀ
ꢀ 从 图 3 可 看 出 , 随 着 初 始 锌 浓 度 的 增 加 , 锌 的 去
除 率 先 是 迅 速 上 升 至 99% , 而 后 保 持 在 99% 以 上 并
·
150·
ꢀ
ꢀ ꢀ 姚 海 飞 等 : 钢 渣 去 除 废 水 中 锌 的 研 究 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2010 年 第 3 期
略 有 下 降 。 这 是 由 于 随 着 离 子 浓 度 的 增 加 , 锌 离 子
的 浓 度 梯 度 增 大 , 锌 离 子 到 达 钢 渣 表 面 的 速 率 也 就
增 大 , 单 位 时 间 内 到 达 钢 渣 表 面 的 锌 离 子 的 数 目 也
就 增 加 , 所 以 去 除 率 会 上 升 。 而 后 去 除 率 略 有 下 降 。
从 表 3 可 知 , 钢 渣 用 量 主 要 是 受 pH 值 的 影 响 。
具 体 与 钢 渣 用 量 对 去 除 率 的 影 响 时 的 情 况 一 样 。
佳 固 液 比 及 较 佳 初 始 浓 度 的 情 况 下 , 进 行 本 次 试 验
具 有 重 要 意 义 。 钢 渣 的 用 量 及 溶 液 的 初 始 浓 度 为 前
两 次 试 验 已 得 出 的 较 佳 值 。
钢 渣 和 锌 离 子 混 合 液 在 恒 温 振 荡 器 中 振 荡 1 h,
振 荡 速 度 为 150 r/ min, 温 度 设 为 30 ℃。 溶 液 的 初
始 pH 值 对 去 除 率 的 影 响 见 图 4。
2
. 3ꢀ 溶 液 pH 值 对 锌 去 除 率 的 影 响
从 图 4 可 看 出 , 5 条 曲 线 的 趋 势 是 基 本 一 样 的 。
随 着 pH 值 的 增 加 , 去 除 率 先 有 一 个 小 范 围 的 下 降 ,
而 后 开 始 上 升 , 上 升 速 度 先 快 后 慢 , 对 于 - 5, - 2,
溶 液 的 pH 值 不 仅 影 响 到 锌 在 水 溶 液 中 的 存 在
状 态 , 还 可 能 影 响 钢 渣 的 表 面 性 质 。 因 此 在 已 知 较
图 4ꢀ 溶 液 的 初 始 pH 值 对 锌 去 除 率 的 影 响
-
0. 35, - 0. 2, - 0. 1 mm 的 钢 渣 , 当 pH 值 分 别 大
理 效 果 与 - 2, - 0. 35, - 0. 2, - 0. 1 mm 的 钢 渣 相
比 , 稍 微 逊 色 , 但 可 以 达 到 要 求 且 加 工 更 简 单 , 可 以
节 省 成 本 。 所 以 本 次 试 验 只 需 选 取 - 5 mm 的 钢 渣
进 行 试 验 。 本 次 试 验 主 要 研 究 随 着 反 应 时 间 的 增
加 , 溶 液 pH 值 的 变 化 及 其 对 锌 去 除 率 的 影 响 。 钢
渣 和 锌 离 子 混 合 液 在 恒 温 振 荡 器 中 振 荡 1 h, 振 荡 速
度 为 150 r/ min, 温 度 设 为 30 ℃。 作 用 时 间 的 长 短
对 锌 去 除 率 的 影 响 见 图 5。
于 4. 1, 5. 8, 7. 5, 6. 7, 5. 1 时 , 去 除 率 都 大 于 99% 。
因 此 , 可 以 认 为 在 溶 液 pH = 4 ~ 14 范 围 内 , 钢 渣 对
锌 保 持 较 高 的 去 除 率 。
溶 液 中 pH 值 的 变 化 , 主 要 有 下 面 3 个 方 面 的
影 响 : ①锌 离 子 的 存 在 状 态 , 离 子 的 存 在 状 态 不 一
样 , 钢 渣 的 吸 附 能 力 就 不 一 样 ; ②pH 值 的 变 化 严 重
影 响 到 了 钢 渣 表 面 的 电 荷 状 况 , 这 对 钢 渣 的 吸 附 能
力 有 很 大 的 影 响 10] ; ③钢 渣 是 偏 碱 性 的 物 质 , pH 值
变 化 到 一 定 的 值 , 对 锌 离 子 能 起 到 沉 淀 的 作 用 。
从 试 验 结 果 可 得 出 , - 5, - 2, - 0. 35, - 0. 2,
[
从 图 5 可 看 出 , 随 着 作 用 时 间 的 增 加 , 去 除 率 先
是 迅 速 增 加 , 直 至 稳 定 在 99% 以 上 。 对 于 - 5 mm
钢 渣 , 作 用 时 间 大 于 40 min 时 , 去 除 率 就 大 于 99% 。
吸 附 的 速 度 是 非 常 快 的 , 当 作 用 时 间 为 5 min 时 , 锌
离 子 去 除 率 都 超 过 了 80% , 10 min 时 都 超 过 了
90% , 由 此 可 知 钢 渣 的 吸 附 速 度 是 先 快 后 慢 。
-
0. 1 mm的 钢 渣 , 较 佳 初 始 pH 值 分 别 为 4. 1, 5. 8,
7
. 5, 6. 7, 5. 1。
2
. 4ꢀ 作 用 时 间 对 锌 去 除 率 的 影 响
由 前 面 的 试 验 和 分 析 可 知 , - 5mm 的 钢 渣 的 处
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151·
总 第 405 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2010 年 第 3 期
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5 mm钢 渣 吸 附 锌 离 子 的 较 佳 转 速 为 150 r/ min。
2
. 6ꢀ 反 应 温 度 对 锌 去 除 率 的 影 响
本 次 试 验 与 测 试 振 荡 转 速 对 去 除 率 的 影 响 类
似 , 只 选 用 了 - 5 mm 的 钢 渣 进 行 试 验 。 试 验 主 要 研
究 钢 渣 与 锌 溶 液 的 反 应 温 度 对 锌 去 除 率 的 影 响 。 反
应 温 度 对 去 除 率 的 影 响 见 图 7。
图 5ꢀ 作 用 时 间 对 锌 去 除 率 的 影 响
虽 然 变 化 很 小 , 但 依 然 能 够 发 现 , - 5 mm 钢 渣
在 60 min 以 后 去 除 率 都 略 有 下 降 。 由 于 终 了 pH 并
没 有 达 到 10, 并 非 是 锌 的 复 溶 导 致 去 除 率 下 降 。 可
能 的 原 因 是 钢 渣 吸 附 饱 和 后 , 如 果 继 续 反 应 , 则 被 吸
附 的 锌 离 子 就 易 于 解 吸 出 来 , 从 而 导 致 去 除 率 略 有
下 降 。
图 7ꢀ 反 应 温 度 对 锌 去 除 率 的 影 响
根 据 试 验 结 果 , 可 得 出 - 5 mm 钢 渣 的 较 佳 反 应
时 间 为 60 min。
从 图 7 可 看 出 , 反 应 温 度 对 锌 去 除 率 的 影 响 是
非 常 小 的 , 温 度 从 30 ℃上 升 到 90 ℃, 锌 的 去 除 率 都
保 持 在 99. 2% 以 上 。 当 温 度 低 于 50 ℃ 时 , 随 着 温
度 的 增 长 , 钢 渣 对 锌 的 去 除 率 略 有 上 升 , 而 后 又 基 本
稳 定 在 99. 7% 以 上 。 随 着 温 度 的 上 升 , 使 得 溶 液 中
的 活 化 锌 离 子 增 加 , 吸 附 过 程 中 发 生 的 有 效 碰 撞 增
加 , 同 时 也 使 钢 渣 与 水 溶 液 形 成 的 固 液 界 面 发 生 变
化 , 使 得 吸 附 过 程 易 于 进 行 , 锌 的 去 除 率 也 就 增 加 。
根 据 试 验 结 果 可 得 出 , 钢 渣 吸 附 锌 离 子 的 较 佳
2
. 5ꢀ 振 荡 转 速 对 锌 去 除 率 的 影 响
通 过 前 几 次 试 验 可 发 现 , 利 用 - 5 mm 的 钢 渣 完
全 能 达 到 试 验 要 求 。 为 此 , 本 次 试 验 只 选 取 了 - 5
mm 的 钢 渣 进 行 试 验 。 振 荡 转 速 不 同 , 溶 液 中 的 锌
离 子 与 钢 渣 的 接 触 几 率 有 很 大 的 差 别 从 而 影 响 去 除
效 果 。 本 次 试 验 主 要 研 究 振 荡 转 速 的 不 同 对 溶 液 的
终 了 pH 值 、 锌 去 除 率 的 影 响 。 反 应 时 间 为 30 min。
转 速 对 去 除 率 的 影 响 如 图 6 所 示 。
温 度 为 50 ℃。 但 考 虑 到 30 ℃ 和 50 ℃ 时 去 除 率 都
大 于 99% , 为 了 便 于 操 作 和 节 能 , 选 用 30 ℃ 作 为 反
应 温 度 。
3
ꢀ 结 ꢀ 论
(
1) 当 用 量 较 少 时 , 钢 渣 的 粒 度 越 小 , 锌 的 去 除
率 越 高 。 当 钢 渣 用 量 超 过 0. 02 g / mL( 溶 液 锌 浓 度
为 100 mg / L) 时 , 5 种 粒 度 等 级 的 钢 渣 对 锌 的 去 除
率 均 达 到 99% 以 上 。 考 虑 到 钢 渣 破 碎 过 程 中 的 能
耗 因 素 , 选 取 - 5 mm 作 为 处 理 时 的 钢 渣 粒 度 。
图 6ꢀ 振 荡 转 速 对 锌 去 除 率 的 影 响
(
2) 钢 渣 用 量 对 去 除 率 的 影 响 较 大 , 随 着 钢 渣
从 图 6 可 看 出 , 当 转 速 小 于 150 r/ min, 随 着 转
速 的 提 高 , 钢 渣 对 锌 的 去 除 率 也 随 之 增 加 。 当 转 速
大 于 150 r/ min, 去 除 率 略 有 下 降 , 但 都 稳 定 在 99% 。
原 因 是 : ①由 于 离 心 力 的 作 用 , 钢 渣 的 分 散 程 度 下
降 , 基 本 都 停 留 在 瓶 中 央 , 而 且 颗 粒 较 细 的 钢 渣 都 粘
在 瓶 底 , 致 使 钢 渣 没 有 与 溶 液 充 分 地 接 触 。 ②转 速
增 大 , 许 多 已 沉 淀 下 来 的 锌 离 子 , 因 为 剧 烈 的 振 荡 而
被 打 碎 , 有 可 能 重 新 溶 解 , 而 且 也 可 能 使 已 被 吸 附 的
锌 离 子 重 新 解 吸 出 来 。 根 据 试 验 结 果 可 得 出 ,
用 量 的 增 加 , 锌 的 去 除 率 显 著 上 升 。 当 选 用 - 5 mm
粒 度 的 钢 渣 时 , 较 佳 用 量 是 0. 04 g / mL, 锌 的 去 除 率
可 达 99. 8% 。 废 水 中 锌 的 浓 度 对 钢 渣 去 除 锌 的 效
果 影 响 不 大 。 溶 液 pH 在 4 ~ 14 范 围 内 , 钢 渣 对 锌
保 持 较 高 的 去 除 率 。 钢 渣 去 除 废 水 中 的 锌 的 速 率 较
快 , 作 用 时 间 为 60 min 时 , 锌 的 去 除 率 接 近 100% 。
钢 渣 对 锌 的 去 除 率 随 着 振 荡 强 度 的 增 加 而 上 升 , 当
振 荡 转 速 达 到 150 r/ min 时 , 去 除 率 高 于 99% , 确 定
振 荡 转 速 的 最 佳 值 为 150 r/ min。 温 度 对 钢 渣 除 锌
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ꢀ ꢀ 姚 海 飞 等 : 钢 渣 去 除 废 水 中 锌 的 研 究 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2010 年 第 3 期
[
[
[
[
[
[
[
3] ꢀ 邓 雁 希 , 许 ꢀ 虹 , 黄 ꢀ 玲 , 等 . 钢 渣 对 废 水 中 磷 的 去 除 [ J] . 金 属
矿 山 , 2003( 5) : 4951.
去 除 率 的 影 响 不 大 , 温 度 为 30 ℃时 锌 的 去 除 率 达 到
9
8
9. 2% , 当 温 度 高 于 50 ℃, 去 除 率 基 本 稳 定 在 99.
% , 考 虑 到 实 际 试 验 条 件 及 操 作 等 因 素 , 确 定 反 应
4] ꢀ 刘 盛 余 . 钢 渣 吸 附 处 理 废 水 的 性 能 研 究 [ D] 南 宁 : 广 西 大 学 ,
2
002.
温 度 的 较 佳 值 为 30 ℃。
5] ꢀ 蔡 鲁 晟 , 陈 文 婷 , 黄 ꢀ 琳 . 含 锌 废 水 处 理 研 究 进 展 [ J] . 化 工 时
刊 , 2006, 20( 3) : 6870.
综 上 所 述 , 利 用 钢 渣 去 除 废 水 中 的 锌 , 选 用
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保 科 技 , 2003, 2: 4548.
-
5 mm粒 度 的 钢 渣 , 试 验 条 件 为 钢 渣 用 量 0. 04
g/ mL, 振 荡 转 速 150 r/ min, 温 度 30 ℃, 作 用 时 间 60
min 时 , 对 浓 度 500 mg/ L 以 下 , pH = 4 ~ 14 的 含 锌 废
水 中 的 锌 具 有 良 好 的 去 除 效 果 , 去 除 率 达 99% 以 上 。
7] ꢀ 徐 采 栋 , 林 ꢀ 蓉 , 汪 大 成 . 锌 冶 金 物 理 化 学 [ M] . 上 海 : 上 海 科
学 技 术 出 版 社 , 1979.
8] ꢀ 方 ꢀ 艳 , 闵 小 波 , 唐 ꢀ 宁 , 等 . 含 锌 废 水 的 处 理 技 术 的 研 究 进 展
[
J] . 工 业 安 全 与 环 保 , 2006, 32( 7) : 58.
参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献
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for removal cadmium ions from waste water [ J] . Ind Eng Chem
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金 , 2006, 28( 3) : 2123.
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测 , 2004, 18( 4) : 220221.
( 收 稿 日 期 ꢀ 20100112)
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
(
上 接 第 141 页 )
响 , 为 研 究 矿 山 岩 土 泥 石 流 提 供 了 一 种 新 的 思 路 。
( 2) 采 用 无 量 纲 分 析 的 方 法 分 析 岩 土 液 化 问
题 , 可 以 用 来 合 理 地 组 合 变 量 从 而 简 化 问 题 的 处 理 ,
有 效 地 解 决 问 题 并 导 出 新 知 识 和 获 得 新 知 识 , 利 于
工 程 实 际 中 使 用 , 对 矿 山 安 全 生 产 具 有 指 导 意 义 。
( 3) 影 响 因 素 列 举 得 是 否 全 面 , 将 直 接 影 响 到
无 量 纲 分 析 的 结 果 , 这 就 要 求 对 矿 山 泥 石 流 形 成 的
机 理 有 比 较 深 刻 的 认 识 , 否 则 很 难 得 到 正 确 结 论 。
同 时 , 无 量 纲 量 aD 对 液 化 作 用 明 显 。 当 a
=
D
0
. 1 时 , 超 空 隙 水 压 力 比 速 率 升 高 平 缓 , 在 t = 70
D
时 , 加 载 停 止 , 超 空 隙 水 压 力 不 再 增 加 , R 呈 现 平 稳
pp
直 线 ; 而 在 选 取 a = 10 时 , 其 增 长 斜 率 陡 增 , 爆 破 震
D
动 波 频 率 越 高 且 震 动 越 剧 烈 , 即 加 速 度 越 大 , 模 型 呈
现 出 更 易 液 化 趋 势 。
在 改 变 无 量 纲 量 ED 时 , ED 的 取 值 变 化 即 可 反
′
映 σ 和 E 同 时 作 用 情 况 。 E 越 大 , 同 时 刻 其 R 值 越
0
D
pp
参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献
′
小 。 假 设 σ 不 变 , 此 时 可 看 作 E 增 大 , 岩 体 弹 性 模 量
0
越 大 , 岩 体 体 积 越 难 压 缩 变 形 , 即 难 以 液 化 , 这 与 图
[
[
[
1] ꢀ 欧 阳 治 华 , 王 胜 开 , 全 中 学 矿 山 井 下 泥 石 流 形 成 机 理 与 固 液
耦 合 数 值 模 拟 研 究 [ J] 金 属 矿 山 , 2008( 10) : 2124.
2] ꢀ 欧 阳 治 华 , 姚 高 辉 , 李 ꢀ 强 基 于 非 线 性 固 液 耦 合 模 型 的 程 潮
铁 矿 地 表 变 形 研 究 [ J] . 金 属 矿 山 , 2008( 2) : 381385.
3] ꢀ Zienkiewicz O C, Chan A H C, Pastor M, et al. Computational geo
mechanics with special reference to earthquake engineering [ M]
New York: Wiley, 1999.
3
所 示 相 符 。
无 量 纲 分 析 结 果 与 实 际 情 况 趋 于 一 致 , 且 能 够
直 观 地 表 达 各 无 量 纲 量 对 岩 土 液 化 现 象 的 影 响 , 较
之 有 量 纲 参 数 坐 标 中 绘 制 的 图 应 用 范 围 更 广 泛 。
6
ꢀ 结 ꢀ 论
(
1) 非 线 性 空 隙 介 质 固 液 耦 合 本 构 方 程 可 以 全
[
4] ꢀ Ouyang Zhihua, Elsworth D Evaluation of groundwater flow into
mined panels[ J] Int J Rock Mech Min Sci 1993, 20( 2) : 7179.
面 地 考 虑 孔 隙 水 和 岩 土 颗 粒 在 矿 山 复 杂 地 质 环 境 中
的 耦 合 作 用 , 以 及 动 载 荷 对 饱 和 岩 土 应 力 应 变 的 影
(
收 稿 日 期 ꢀ 20100105)
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
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信 息 苑 · 包 钢 稀 土 “ 自 掏 腰 包 ” 储 备 “ 中 国 式 ” 稀 土 储 备 制 度 开 始 起 步
ꢀ
ꢀ
根 据 内 蒙 古 自 治 区 人 民 政 府 批 复 的 《 内 蒙 古 自
1 000 万 元 , 包 头 市 贴 息 1 000 万 元 , 其 余 由 包 钢 ( 集
团 ) 公 司 贴 息 。
另 外 , 包 钢 稀 土 此 次 储 备 方 案 具 体 实 施 项 目 将
治 区 稀 土 资 源 战 略 储 备 方 案 》 , 内 蒙 古 自 治 区 人 民
政 府 批 准 由 包 钢 稀 土 下 属 的 内 蒙 古 包 钢 稀 土 国 际 贸
易 有 限 公 司 实 施 包 头 稀 土 原 料 产 品 战 略 储 备 方 案 。
储 备 资 金 将 主 要 由 企 业 自 行 承 担 , 自 治 区 、 包 头 市 、
包 钢 ( 集 团 ) 公 司 将 共 同 给 予 贴 息 支 持 , 自 治 区 贴 息
包 括 : 兴 建 10 个 稀 土 氧 化 物 储 备 设 施 , 其 总 储 备 量
在 20 万 t 以 上 。
( 中 国 经 济 网 ꢀ 20100225)
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