江西有色金属  2003, Vol. 17 Issue (1): 35-36, 40
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离子交换法处理含络合铜废水的实验研究[PDF全文]
王瑞祥 , 曾青云 , 刘建华     
南方冶金学院材料与化学工程分院,江西 赣州 341000
摘要:采用阴离子交换树脂,对离子交换法分离稀土工艺中产生的Cu-EDTA络合废水的处理,进行了研究,结果表明,本方法能有效浓缩回收Cu-EDTA和游离EDTA,并有望返回到稀土生产中去。
关键词离子交换        EDTA    
An Experimental Investigation of the Treatment of Complexed Copper-containing Wastewater by Ion-exchange
WANG Rui-xiang , ZENG Oing-yun , LIU Jian-hua     
Southern Institute of Metaiiurgy, Ganzhou 341000, Jiangxi, China
Abstract: An negative ion-exchange resin is used in this study to investigate its treatment of the Cu-EDTA-complex wastewater fro m rare earth separating process by ion-exchange.The experimental results show that the Cu-EDTA and free EDTA can be concentrated and recovered by the method of this study, and it is expected to be reused in the process of rare earth separating.
Key words: ion-exchange    copper    EDTA    
0 前言

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 高位槽;2 离子交换柱 图 1 设备连接图

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

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。

图 2 交换流出液中铜浓度与流出液体积的关系

图 3 交换流出液中游离EDTA浓度与流出液体积的关系

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。

1 游离EDTA饱和层; 2 Cu-EDTA饱和树脂层(对游离EDAT未饱和); 3 新鲜树脂层; 4 Cu-EDTA透过曲线 图 4 穿透曲线

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。

图 5 洗脱液中铜浓度与洗脱液流出体积的关系

图 6 洗脱液中游离EDTA浓度与洗脱液流出体积的关系

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。

参考文献
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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.
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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.
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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.