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钢渣去除废水中锌的研究
2010-03-15
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-5mm粒 度的钢渣,试验条件为钢渣用量4g/100mL,振荡转速150r/min,温度30℃,作用时间60min时,对浓度500mg/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%。
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, Zinccontaining 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 [ 79] ; 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 · 151· 总 第 405 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2010 年 第 3 期 - 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 · 152· ꢀ ꢀ ꢀ 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) : 4951. 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) : 6870. 综 上 所 述 , 利 用 钢 渣 去 除 废 水 中 的 锌 , 选 用 6] ꢀ 王 士 龙 , 张 ꢀ 虹 , 刘 ꢀ 军 , 等 . 用 钢 渣 处 理 含 镍 废 水 [ J] . 贵 州 环 保 科 技 , 2003, 2: 4548. - 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) : 58. 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 9] ꢀ Rorrer G L, Hsien T Y, Synthesis of porous magneticchitosan beads for removal cadmium ions from waste water [ J] . 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( 收 稿 日 期 ꢀ 20100112) 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) : 2124. 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) : 381385. 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) : 7179. 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 ꢀ 20100105) 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 · 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 ꢀ 20100225) · 153·
标签:  钢渣 含锌废水 
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