离子交换法处理含络合铜废水的实验研究 | [PDF全文] |
离子交换色层法是分离提纯单一稀土元素的重要手段之一,离子交换色层法中最常用的淋洗剂是EDTA,在柱分离稀土元素过程中,EDTA与阻滞离子Cu,形成CuY2-络合物排出柱外,造成环境污染和资源浪费,因此,在工业规模的分离过程中,对EDTA,Cu的分离回收,具有一定的经济效益和社会效益。
Cu和EDTA的分离工作,虽有报道,但多是成本较高且造成二次污染而不宜应用于工业生产[1~2]。因此,深入研究离子交换法寻求最佳分离Cu Y2-的方法,仍是大家十分关心的课题。
本文采用阴离子交换树脂来处理Cu-EDTA络合废水,结果表明该方法能达到分离回收Cu-EDTA、游离EDTA和处理废水等多种目的。
1 实验 1.1 实验装置高位槽(容积20L);离子交换柱(直径 10mm×高 600mm);实验采用双柱串联离子交换法,设备连接示意图见图 1。
1.2 原料与试剂
树脂为201×7强碱性季胺Ⅰ型阴离子交换树脂。
试样废水含铜15mg/L,游离EDTA380mg/L,pH为8.0。
再生剂采用浓度为10%的NaCl。
1.3 实验条件与操作方法本实验采用双柱串联离子交换法(如图 1),离子交换柱内树脂容积为100mL;
交换流速采用8.5cm/min, 再生流速采用5cm/min;
每流出一定体积的液体后,取定量流出液测定铜及游离EDTA的含量。
1.4 分析仪器与方法721分光光度计(上海分析仪器三厂);
铜浓度用分光光度计测定,游离EDTA用0.02 mol/L的标准锌溶液滴定。
2 结果与讨论由图 2可知当流出液体积为4 100mL时,第一柱达到铜的穿漏点,流出液体积达到9 000mL时,达到第二柱Cu的穿漏点,在此之前,201×7树脂柱均能保证出水中铜含量为零。穿漏后,出水残铜浓度迅速增大,很快达到进液浓度。而由图 3可知,游离EDTA直到流出液体积达到11 000mL时才达第二柱穿漏点。
由于废水pH为8.0,铜络阴离子主要以CuY2-形式存在,游离EDTA主要以Y4-和HY3-的形式存在。Cu-EDTA废水流经201×7阴离子交换树脂时,可发生如下反应[3]。
(1) |
(2) |
(3) |
(4) |
(5) |
式中:R—交联树脂官能团;
Y—表示淋洗剂EDTA。
在交换过程刚开始,游离EDTA和Cu-EDTA均能通过离子交换被吸附到树脂上去即反应式(1)、(2)、(3)所示。交换继续进行,交换柱树脂的工作层上部首先出现游离EDTA和Cu-EDTA的饱和层,由于游离EDTA所带电荷比Cu-EDTA络阴离子多,所以游离EDTA的交换势较大[4],当交换继续进行时,此饱和层中吸附的Cu-EDTA络合物便被新流入柱中的游离EDTA交换下来如反应式(4)、(5)所示,这样游离EDTA被树脂吸附,被交换下来的Cu-EDTA络合物沿树脂柱向下流动。
本实验穿透曲线如图 4所示,在工作层中存在对Cu-EDTA来讲已饱和但仍能吸附游离EDTA的一层树脂,当交换原液流经该层时,Cu-EDTA被游离EDTA交换下来,与新流入废水中的Cu-EDTA一起与工作层中的新鲜树脂进行离子交换,在穿漏前可保持出水残铜浓度为零。当工作层下移到达交换柱树脂层下端时,出水中开始出现Cu-EDTA络合物(如图 2中9 000mL处),而此时游离EDTA尚未达到穿漏,所以流出液中游离EDTA浓度为零,直到图 3所示的11 000mL时,出水中才能检出游离EDTA。
图 5、图 6表示了铜和游离EDTA的洗脱曲线, 洗脱剂采用10%的氯化钠, 洗脱过程的反应为(1)、(2)、(3)式的逆反应。
如图 5、图 6所示, 洗脱液中Cu和游离EDTA浓度的峰值并不同时出现, 由此可以预测, Cu-EDTA络合废水流经树脂床层高度越高, 洗脱液中Cu和游离EDTA峰值出现的位置相距越远, 因此可采用多柱串联的方法, 将Cu和游离EDTA部分富集分离。
3 结语综上所述, 采用离子交换法处理Cu-edta)络合废水是有效的, 并可以通过控制工艺条件来达到Cu-EDTA与游离EDTA的分离, 从而回用于稀土分离工业中。
[1] |
岳廷盛, 王光毓, 梁建君. 电解法分离CuY2-, ZnY2-中的EDTA和Cu, Zn[J].
兰州大学学报(自然科学版), 1992, 28(1): 58–62.
|
[2] |
张仲燕, 胡龙光, 袁艳, 等. 含Cu-EDTA废水吸附法处理研究[J].
环境科学, 1990, 11(5): 16–20.
|
[3] |
徐光宪.
稀土(上册)[M]. 北京: 冶金工业出版社, 1995: 745-757.
|
[4] |
马荣骏.
离子交换在湿法冶金中的应用[M]. 北京: 冶金工业出版社, 1991: 8-12.
|