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应用高梯度磁选技术处理含铜废水的试验研究
2019-01-09
目前,去除水中重金属离子的常用方法存在处理成本较高、易造成二次污染等问题,为此,以浓度为 100 mg/L 的硫酸铜溶液作为模拟含重金属离子的废水,采用铁氧体沉淀—高梯度磁选分离技术去除水中铜离子。 结果表明:在溶液初始pH为10.47,n(FeCl2)∶n(CuSO4)=1.0时,沉淀反应后铜离子沉淀率为99.98%,水中残余铜离子浓 度仅0.0127 mg/L;生成的沉淀中按n(Fe3O4)∶n(Cu2+ )=0.8加入磁铁矿作为磁种,在背景磁感应强度为1.0 T,采用直径为 0.6 mm的网状介质盒,经高梯度强磁选可将93.39%的沉淀物快速分离出来。试验结果为应用高梯度磁选技术处理 含...
Series No. 510 金 属 矿 山 总第 510 期 December 2018 METAL MINE 2018 年第 12 期 应用高梯度磁选技术处理含铜废水的试验研究 1 ,2 1 2 杨思一 于福顺 贾洪利 ( 1. 山东华特磁电科技股份有限公司博士后工作站,山东 临朐 262600; 2 . 山东理工大学博士后流动站,山东 淄博 255000) 摘 要 目前,去除水中重金属离子的常用方法存在处理成本较高、易造成二次污染等问题,为此,以浓度为 100 mg/L 的硫酸铜溶液作为模拟含重金属离子的废水,采用铁氧体沉淀—高梯度磁选分离技术去除水中铜离子。 结果表明:在溶液初始 pH为10.47,n(FeCl 度仅0.0127 mg/L;生成的沉淀中按 n(Fe .6 mm 的网状介质盒,经高梯度强磁选可将 93.39%的沉淀物快速分离出来。试验结果为应用高梯度磁选技术处理 2 )∶n(CuSO 4 )=1.0时,沉淀反应后铜离子沉淀率为 99.98%,水中残余铜离子浓 2 + 3 O )∶n(Cu )=0.8加入磁铁矿作为磁种,在背景磁感应强度为 1.0 T,采用直径为 4 0 含重金属离子废水提供了理论依据,为该技术的工业应用提供了技术支撑。 关键词 重金属离子 高梯度磁选 含铜废水处理 铁氧体 中图分类号 TD926.5 文献标志码 A 文章编号 1001-1250(2018)-12-184-05 DOI 10.19614/j.cnki.jsks.2018121035 Experimental Study on Heavy Metals Removal from Wastewater Containing Copper Ions by High Gradient Magnetic Separation Technology 1,2 1 Jia Hongli Yang Siyi 22 Yu Fushun (1. Shandong Huate Magnetoelectricity Technology Co. Ltd. Postdoctoral Programme,Linqu 262600,China; 2 . Shandong University of Technology Postdoctoral Programme,Zibo 255000,China) Abstract Common methods for the treatment of waste water containing heavy metal ions exist some in surmountable dif⁃ ficulties at present,such as the high cost and the secondary pollution,etc. Techniques of ferriter precipitate and high gradient 2 + magnetic separation for treating waste water containing heavy metal ions were studied. Copper sulphate solution with Cu con⁃ centration of 100 mg/L was adopted as typical waste water containing heavy metals. Test results show that,under the optimal solution pH of 10.47 and the molar ratio of iron salt to copper ion of 1.0,a maximum copper ionprecipitation rate of 99.98% can be achieved. The residual concentration of copper ion after precipitation is only 0.0127 mg/L. 93.39% of copper ion precip⁃ itation can be removed rapidly by HGMS method,when adding magnetite to the precipitated solution as magnetic seed. And 3 4 the optimal molar ratio of Fe O to copper ion is 0.8,diameter of magnetic medium of grid matrix is 0.6 mm,magnetic field in⁃ tensity is 1.0 T. Test results can provide the oretical basis for the treatment techniques of waste water containing heavy metal ions,and supply some technical support for industrial application. Keywords Heavy metal-ions,High gradient magnetic separation technology,Treatment of wastewater containing cop⁃ per ions,Ferriter 工业废水中的重金属离子是导致环境污染的重 要因素之一,重金属离子产生于采选、冶金、电镀与 矿物材料加工等众多行业。重金属离子在自然界中 无法通过生态系统的自我净化作用去除或降解,却 可在生物体内富集,通过食物链对人体造成危害。 目前,去除水中重金属离子的常用方法有吸附法、化 学沉淀法、电解法、膜分离法等,但这些方法处理成 本较高且容易造成二次污染。 高梯度磁选分离技术是利用矿物磁性差异进行 分选的方法。在均匀磁场中放入铁磁性的编织网或 者不锈钢毛等聚磁物质时,会形成具有高梯度的磁 [ 1-2] 场,可以对微细粒、弱磁性的颗粒进行捕获 。高梯 收稿日期 2018-10-22 基金项目 山东省自然科学基金项目(编号:ZR2016EEM19)。 作者简介 于福顺(1977—),男,讲师,博士,硕士研究生导师。通讯作者 杨思一(1962—)男,教授,博士。 · 184 · 于福顺等:应用高梯度磁选技术处理含铜废水的试验研究 2018年第12期 m1 m + m2 度磁选机的应用为低品位、微细粒、弱磁性的金属矿 铁氧体沉淀物的去除率=(1 - )× 100%, 石威尼斯人注册平台提供了新的技术,也为其他细粒及微细粒非 1 [ 3-10] 式中,m1为磁选后清液中滤渣的质量,m2为磁选后磁 性产品中滤渣的质量。 金属物料的提纯提供了新的方向,并在废水处理 、 [11-12] [13] 生物制剂 [ 、石油污染修复 以及固体物料综合利 14-15] 等方面得到了广泛应用。 用 2 试验结果与分析 2. 1 沉淀试验 2 + + 2+ 2+ 废水中的 Cu 、Hg 、Cd 、Ni 等重金属离子均可 采用铁氧体沉淀法除去。铁氧体是由铁离子、氧离 子和其他二价金属离子组成的氧化物。分子式为 2. 1. 1 氯化亚铁用量试验 在铜离子初始浓度为 100 mg/L,氯化亚铁用量 AB 2 O 4 或 AO·B 2 O 3 ,A、B 分别表示二价和三价金属阳 2 (氯化亚铁与硫酸铜的摩尔比表示 n(FeCl)∶n(Cu⁃ SO))分别为 0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4,溶液中加入适 离子。废水中的金属离子可以作为铁氧体中的阳离 4 子,与铁氧体中的铁离子一起生成类尖晶石结构的 量氢氧化钠调节溶液 pH=10 条件下,进行沉淀除铜 试验。沉淀反应完全后进行高速离心处理,取上层 清液进行分光光度法分析,得到沉淀反应后溶液中 残余铜离子的浓度,试验结果如表1所示。 [16-17] 铁氧体晶体沉淀 。生成的铁氧体沉淀具有一定 的磁性,可借助高梯度磁分离技术将其从水中脱除 出去,从而得到不含或少含重金属离子的净化水。 通过磁选方法代替传统的、低效率的沉降、浓缩、过 滤过程。具有处理量大、速度快、固液分离效率高等 [ 18-21] 优点 。 本研究以模拟含铜废水为研究对象,采用铁氧 体技术进行沉淀,再采用高梯度磁选分离技术进行 处理,对铁氧体沉淀条件、铜离子的沉淀率、高梯度 磁选条件等进行了试验研究。 1 试验材料与试验方法 1 . 1 试验材料 2 试剂:分析纯硫酸铜(CuSO·5H O)、氯化亚铁 FeCl·4H O)、四氧化三铁(Fe )、氢氧化钠,去离子 水。 由表1可知:当氯化亚铁用量为1.0时,沉淀反应 后溶液中残余铜离子的含量最少;当氯化亚铁用量 小于1.0时,溶液中残余铜离子浓度随着氯化亚铁用 量的增加逐渐降低;当氯化亚铁用量大于 1.0 时,溶 液中残余铜离子浓度随氯化亚铁用量的增加而逐渐 4 ( 2 2 3 4 O 2 + 废水:由分析纯试剂硫酸铜配置而成,Cu 含量 为100 mg/L。 仪器:SLon-100(1.75 T)脉动高梯度磁选机、 2 升高。因此,确定氯化亚铁用量为1.0,即n(FeCl)∶n CuSO)=1.0。 . 1. 2 沉淀反应pH试验 确定铜离子初始浓度为100 mg/L,氯化亚铁用量 ( 4 TG16-WS 高速离心机、AR2140 型分析天平、PHS-3c 型pH计、101-4a型电热恒温干燥箱。 2 1 1 . 2 试验方法 . 2. 1 铁氧体沉淀试验 为1.0,在不同pH条件下进行沉淀除铜试验。检测沉 淀反应完全后溶液中残余铜离子浓度,得到溶液初 始pH与残余铜离子浓度关系表,如表2所示。 在一定 pH 条件下,在含铜废水中加入一定量的 可溶性铁盐氯化亚铁,沉淀反应完全后,经高速离心 处理,取上层清液用分光光度法测定水中残余铜离 子的浓度。 1 . 2. 2 高梯度磁选条件试验 2+ 每次配制3 L Cu 含量为100 mg/L的含铜废水在 最佳铁盐用量和反应 pH 条件下进行铁氧体沉淀反 应,再通过周期式脉动高梯度磁选机对沉淀后的废 水进行磁选。磁选后将非磁性的清液与磁性产品分 别过滤、烘干、称重,计算磁选后得到的清液中固体 沉淀重量占磁选前溶液中固体沉淀总重量的百分 比,按下式计算铁氧体沉淀物去除率。 · 185 · 总第510期 金 属 矿 山 2018年第12期 Fm = μ0 KVH grad H . (1) 由表2可知,当溶液pH=10.47时,沉淀后溶液中 残余铜离子浓度最低。进一步增加溶液 pH 并不利 于铜离子的去除,这是由于强碱性的反应环境抑制 了磁性铁氧体的形成,使溶液中缺乏足够的铁氧体 与铜离子作用,由此导致溶液中残余铜离子的含量 有所升高。同时考虑到实际生产中,过高的pH在浪 费药剂的同时,还会对设备有较强的磨蚀作用,提高 运营成本,由此,确定溶液最佳反应pH为10.47。 式中,Fm为颗粒受到的磁力;μ0为真空磁导率;K为比 磁化率;V为颗粒的体积;H grad H为磁场强度与其梯 度的乘积。 由式(1)可知,棒状磁介质盒的介质棒直径较 粗,介质间间隙较大,周边比较均匀,因此产生的磁 场梯度低,对磁性颗粒产生的磁力较小,采用网状磁 介质盒后,其介质间间隙减小,周边相对粗糙,能产 生较大的磁场梯度,因而能够获得较为理想的沉淀 物去除效果。由式(1)可知,若采用直径更细的钢毛 作为聚磁介质,则产生的磁场梯度更大,磁性颗粒受 到的磁力会更大,从而可获得更高的沉淀物去除 率。但以钢毛作为聚磁介质,介质盒间隙过小,非常 容易堵塞,不容易实现工业化应用。因此试验确定5 号介质盒作为最终磁选用介质盒。 2 + Cu 在铁氧体沉淀物中有 2 种存在形式:①在矿 物晶格里成为矿物组成的一部分;②生成氢氧化物 沉淀,并被吸附在铁氧体矿物表面上。其化学反应 式为: 2 + - 2 Fe +2OH =Fe(OH)↓ 2+ - 4 Fe(OH) Fe(OH) 由试验结果可知,将初始铜离子浓度为100 mg/L 2 +2Cu +4OH +O 2 =2CuO·Fe 2 O 3 ↓+6H 2 O 2 + - 3 2 +Cu +4OH =Fe 3 4 O·Cu(OH) 2 ↓+4H 2 O 2 . 2. 2 磁种用量试验 的废水进行铁氧体沉淀处理,当加入的铁离子与水 中铜离子的摩尔比为1.0,反应pH为10.47时,沉淀反 应后水中残余的铜离子浓度仅为 0.012 7 mg/L,铜离 子沉淀率为 99.98%,说明水中几乎所有的铜离子都 以铁氧体形式形成沉淀,沉淀后水中的残余铜离子 浓度极低,完全达到废水排放标准。 由于生成的铁氧体沉淀物粒度细、磁性弱,利用 高梯度磁选去除沉淀物的去除率偏低。因此,拟在 生成的铁氧体沉淀中加入超细磁铁矿作为磁种,以 磁种为核心,对铁氧体沉淀进行吸附聚集,以增大沉 淀物的表观粒度及其磁性能,从而增强磁选分离的 [ 22] 效果 。在背景磁感应强度为 1 T,磁介质盒为 5 号 2 . 2 高梯度磁选试验 对溶液初始pH为10.47、n(FeCl)∶n(CuSO)=1.0 2 4 网状磁介质的试验条件下,考察磁种添加量(以磁铁 2+ 矿与水中铜离子摩尔比,即n(Fe O)∶n(Cu )表示)分 3 4 条件下沉淀反应生成的沉淀物进行高梯度磁选试 验。 别为 0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 时对磁选分离效果的影响, 试验结果见表4。 2 . 2. 1 聚磁介质试验 固定背景磁感应强度为1 T,改变聚磁介质盒,得 到不同磁介质类型对磁性沉淀物去除率的影响。试 验数据见表3。 由表 4 可知,加入磁种后,磁选效果有了大幅度 的提升,随着磁种用量的增加,磁选对铁氧体沉淀物 的分离作用也随之增强,当磁种用量达到 0.8 时,沉 淀物去除率最高,可达 93.36%。但随着磁种用量的 进一步增加,沉淀物去除率降低。因此,确定磁种用 由表 3 可知,在使用棒状的磁介质盒时,随着介 质棒直径的减小,磁选后清液中滤渣量逐渐减少,但 沉淀物去除率仍处于较低水平,网状磁介质磁选效 果好于棒状磁介质,当网状介质直径为0.6 mm时,沉 淀物的去除率大幅度增高。 2+ 3 4 量为0.8,即n(Fe O)∶n(Cu )=0.8。 2. 2. 3 背景磁感应强度试验 在沉淀反应后废水中加入与铜离子摩尔比为0.8 的磁铁矿作为磁种,采用 5 号网状介质盒,背景磁感 应强度分别为 0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 T 条件下,考察背 当颗粒粒度不大时,颗粒在磁场中受到的磁力 公式为: · 186 · 于福顺等:应用高梯度磁选技术处理含铜废水的试验研究 2018年第12期 magnetic separation[J]. Mining Engineering,2005,3(4):29-30. 景磁感应强度对铁氧体沉淀物分离效果的影响。试 [ 5] Ruthiraan,Abdullah,Mubarak,et al. A promising route of magnetic 验结果见表5。 based materials for removal of cadmium and methylene blue from waste water[J]. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2017,5(2):1447-1455. [6] Surendran U,Sandeep O,Joseph E J. The impacts of magnetic treat⁃ ment of irrigation water on plant,water and soil characteristics[J]. Agricultural Water Management,2016(6):21-29. [ 7] Evangelos G K,Lampropoulos,Karakasidis T E,et al. Computation⁃ al study of the optimum gradient magnetic field for thenavigation of the spherical particles in the process of cleaning the water from heavy metals[J]. Procedia Engineering,2016(8):77-82. [8] Wang Qiang,Guan Yueping,Ren Xiufeng,et al.Rapid extraction of low concentration heavy metal ions by magnetic fluids in high gradient magnetic separator[J]. Separation and Purification Tech⁃ nology,2011,82:185-189. 由表5可知,在背景磁感应强度低于 1.0 T时,随 着背景磁感应强度的增大,铁氧体沉淀物的去除率 不断增加。当背景磁感应强度达到 1.0 T 之后,铜离 子的去除率保持在 93%左右,再进一步提高磁场强 度,磁选后沉淀去除率提高幅度极低。因此,确定背 景磁感应强度为1.0 T。 [ 9] 蒋朝澜,雷国元. 磁场在净化工业废水中的应用[J]. 环境保护, 1993(11):7-10. Jiang Chaolan,Lei Guoyuan. Application of magnetic field in purifi⁃ cation of industrial wastewater[J]. Environmental Protection,1993 3 结 论 以浓度为 100 mg/L 的硫酸铜溶液作为模拟含重 (11):7-10. [ 10] Wang Qiang,Guan Yueping,Ren Xiufeng. Application of magnetic 金属离子的废水,采用铁氧体沉淀—高梯度磁分离 技术去除水中铜离子。在溶液初始pH为10.47,加入 的二价铁与水中铜离子的摩尔比为1.0时,沉淀反应 后水中残余的铜离子浓度仅为 0.012 7 mg/L,铜离子 沉淀率为99.98%。生成的沉淀中加入与铜离子摩尔 比为 0.8 的磁铁矿作为磁种,背景磁感应强度为 1.0 T,采用直径为 0.6 mm 的网状介质盒,经高梯度强磁 选,可将93%以上的沉淀物快速分离出来。试验结果 为应用高梯度磁选技术处理含重金属离子废水提供 了理论依据,为该技术的工业应用提供了技术支撑。 extractant for the removal of hexavalent chromium from aqueous so⁃ lution in high gradient magnetic separator[J]. Chemical Engineer⁃ ing Journal,2012,183:339-348. [ 11] Fraga García,Brammen,Wolf,et al. High-gradient magnetic sepa⁃ ration for technical scale protein recovery using low cost magnetic nanoparticles[J]. Separation and Purification Technology,2015, 150:29-36. [ 12] Borlido L,Azevedo A M,Roque A C A. Magnetic separations in biotechnology[J]. Biotechnology Advances,2013(4):1374-1385. [13] Seyyedali Mirshahghassemi,Armin D E,CaiBo,et al. Application of high gradient magnetic separation for oil remediation using poly⁃ mer-coated magnetic nanoparticles[J]. Separation and Purification Technology,2017(5):328-334. 参 考 文 献 [ 14] 何 赛,李素芹,房素珍. 高梯度磁分离技术在钢铁工业的应用 及发展[C]. 科学研究与信息工程研究所.环境污染与大众健康 学术会议,2012. [ 1] 王志国,王晓明,刘承帅. 现代磁选理论及技术的发展与应用 [J]. 矿冶,2009,18(2):27-29. He Sai,Li Suqing,Fang Suzhen. Discussion on Application and De⁃ velopment of High Gradient Magnetic Separation Technology in Steel Industry[C]. Scientific Research Publishing and Engineering Information Institute. Proceedings of Conference on Environmental Pollution and Public Health,2012. Wang Zhiguo,Wang Xiaoming,Liu Chengshuai. Development and application of theory and technology of modern magnetic separation [J]. Mining and Metallurgy,2009,18(2):27-29. [ 2] 黄雄林. 周期式水平磁系高梯度磁选机的磁路计算和聚磁介质 研究[D]. 长沙:中南大学,2010. [ 15] 徐国印,王普蓉. 高梯度磁选技术的分选特点及其应用领域 Huang Xionglin. Magnetic Circuit Calculation and Matrix Study of Cycle- type Horizontal Magnetic System High Gradient Magnetic Separato[r D]. Changsha:Central South University,2010. [J]. 云南冶金,2015,44(1):19-22. Xu Guoyin,Wang Purong.The separation features and its applica⁃ tion fields of high gradient magnetic separation technology[J]. Yun⁃ nan Metallurgy,2015,44(1):19-22. [ 3] Wang Qiang,Gua Yueping,Ren Xiufeng,et al. Removal of low con⁃ centration Cr(VI)from aqueous solution by magnetic- fluidsfixed bed using the high gradient magnetic separation[J]. Journal of Col⁃ loid and Interface Science,2012,374:325-330. [16] 赵如金,吴春笃. 常温铁氧体法处理重金属离子废水研究[J]. 化工环保,2005,25(4):263-266. Zhao Rujin,Wu Chundu. Treatmentof wastewater containing heavy metal ions by ambient temperature ferrite process[J]. Environmen⁃ tal Protection of Chemical Industry,2005,25(4):263-266. [ 4] 彭会清,梁 旗. 高梯度磁选处理废水的应用[J]. 威尼斯人娱乐平台app工程, 005,3(4):29-30. PengHuiqing,Liang Qi. Wastewater treatment using high-gradient 2 · 187 · 总第510期 金 属 矿 山 2018年第12期 [ 17] 李东伟,袁 雪,王克浩,等. 化学沉淀-铁氧体法处理重金属废 [20] 冯章标,何发钰,邱廷省.威尼斯人注册平台废水治理与循环利用技术现状及 展望[J].金属矿山,2016(7):71-77. 水试验研究[J]. 重庆建筑大学学报,2007,29(2):90-93. Li Dongwei,Yuan Xue,Wang Kehao,et al. Experiment of the wastewater treatment with the method of secondary chemical precip⁃ itation ferrite[J]. Journal of Chongqing Jianzhu University,2007,29 Feng Zhangbiao,He Fayu,Qiu Tingsheng.Research status and pros- pects of mineral processing waste water treatment and cyclic utiliza- tion technology[J].Metal Mine,2016(7):71-77. ( 2):90-93. [21] 宋永辉,田 慧,雷思明,等.电吸附处理氰化废水过程中外加电 压的影响研究[J].稀有金属,2017,41(8):904-908. [ 18] 鲁栋梁,夏 璐,温堡林. 铁氧体法处理含铜、锌、镉重金属废水 的试验研究[J]. 金属矿山,2009(2):154-156. Song Yonghui, Tian Hui, Lei Siming, et al.Treatment of cyanide wastewater by electric adsorption with applied voltage[J]. Chinese Journal of Rare Metals,2017,41(8):904-908. Lu Dongliang,Xia Lu,Wen Baolin. An investigation of the treat⁃ ment of wastewater containing Cu,Zn and Cd heavy metals by fer⁃ rite process[J]. Metal Mine,2009(2):154-156. [22] 卡拉皮纳尔 N. 利用磁种和高梯度磁选技术分离废水中的水铁 矿[J]. 国外金属矿威尼斯人注册平台,2004(6):42-45. [ 19] 丁 明,曾恒兴. 铁氧体法净化含重金属污水研究[J]. 中国科 学技术大学学报,1992,22(2):174-179. Carpinar N. Separation of ferri-hydrite from wastewater by magnetic seed and high gradient magnetic separation[J]. Metallic Ore Dress⁃ ing Abroad,2004(6):42-45. Ding Ming,Zeng Hengxing. Research on treatment of heavy metal from wastewater by ferrite process[J]. Journal of University of Sci⁃ ence and Technology of China,1992,22(2):174-179. (责任编辑 王亚琴) · 188 ·
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