申请日2014.06.26
公开(公告)日2014.09.17
IPC分类号C02F1/62; C02F1/46; C02F1/28
摘要
一种制备冶炼废水重金属离子置换剂的方法，包括如下步骤：将粒度为0.1～5.0mm的活性炭在100～200℃下干燥8～12h;然后将干燥的活性炭浸泡在含Zn2+100～160g/L、含Cu2+40～80g/L的醋酸锌和醋酸铜混合溶液中，浸泡时间为6～24h;接着将浸泡后的活性炭捞出溶液，并自然干燥24～48h;紧接着将干燥的活性炭在竖炉内于700～800℃下隔绝空气煅烧4～8h;最后将煅烧后的活性炭隔绝空气自然冷却，包装，即得到冶炼废水重金属离子置换剂。本发明制备的重金属离子置换剂对铜、砷、镉、铅重金属离子有较深的脱除能力，且脱除容量大，成本低。
摘要附图
权利要求书
1.一种制备冶炼废水重金属离子置换剂的方法，其特征在于，该方法包 括如下步骤：
(1)、载体脱水：将粒度为0.1～5.0mm的活性炭在100～200℃下干燥8～ 12h;
(2)、载体吸收有效成分：将干燥的活性炭浸泡在含Zn2+100～160g/L、含 Cu2+40～80g/L的醋酸锌和醋酸铜混合溶液中，浸泡时间为6～24h;
(3)、中间品形成：将浸泡后的活性炭捞出溶液，并自然干燥24～48h;
(4)、煅烧：将浸泡干燥的活性炭在竖炉内于700～800℃下隔绝空气煅烧4～ 8h;
(5)、产品形成：最后将煅烧后的活性炭在隔绝空气下自然冷却，包装，即 得到冶炼废水重金属离子置换剂。
2.权利要求1所述的冶炼废水重金属离子置换剂的应用，其特征在于，包 括如下步骤和控制技术条件：
将pH7.0～8.5、温度为5～45℃、含Cu0.5～5.0mg/L、含As1.0～10.0mg/L、 含Pb0.05～0.5mg/L、含Cd0.5～5mg/L的冶炼废水以1～10m3/h的速度，流经 装有4630～4670kg本发明所制备的冶炼废水重金属离子置换剂的净化器，从净 化器流出的溶液达到GB25466-2010《铅锌行业污染物排放标准》要求。
3.一种适用于权利要求2所述的冶炼废水重金属离子置换剂的应用的净化 器，其特征在于，包括净化器本体、进液管、进液口、隔离孔板、置换剂、出 液口以及出液管，具体结构和连接方式为：进液管在净化器的最底部，进液管 与进液口连接，净化器本体下部焊接有隔离孔板，置换剂放置在隔离孔板上方 的空间，出液管与出液口连接，出液口在净化器上方一侧。
说明书
一种制备冶炼废水重金属离子置换剂的方法
技术领域
本发明涉及有色金属冶炼与环境保护领域，特别是一种制备冶炼废水重金 属离子置换剂的方法。
背景技术
在铜、铅、锌等有色金属湿法冶炼过程中，都产出含砷、镉、铅、铜等重 金属离子的冶炼废水。对重金属冶炼废水必须进行有效治理后，才能排放或回 收利用。脱除冶炼废水溶液中的重金属离子，有石灰沉淀法、针铁矿共沉淀法、 电化学沉淀法、有机高分子络合吸附法、膜隔离法等。
石灰沉淀法，利用石灰在水中溶解后，电离产出Ca2+和OH-，冶炼废水中的 Cd2+、Pb2+、Cu2+与OH-反应，生成溶解度很小且稳定性很好的Cd(OH)2、Pb(OH)2、 Cu(OH)2沉淀，冶炼废水中的As3+以AsO33-形态与Ca2+反应生成Ca3(AsO3)2沉淀， 达到了有效脱除重金属离子的目的。该方法具有操作简单、试剂来源广泛，费 用成本低，产物稳定等优点，其缺点是重金属离子的脱除浓度达不到 GB25466-2010《铅锌行业污染物排放标准》要求，还需要与其它的重金属离子 脱除方法联合使用。
针铁矿共沉淀法，利用溶液沉铁过程中，生成针铁矿沉淀物时，As3+置换并 替代针铁矿分子中的氢氧根离子，并与针铁矿一起，形成共沉淀，该方法具有 生产成本较低、产物稳定的优点，适合处理含砷高且含镉较低的溶液，其缺点 是所处理的溶液需要较高的铁含量，且无法脱除溶液中的Cd2+、Pb2+、Cu2+。
电化学沉淀法，在直流电的作用下，冶炼废水中的Cu2+、As3+、Pb2+、Cd2+、 依次得到电子，在阴极板上析出金属态的铜、砷、铅、镉，从而使冶炼废水中 的重金属离子得到了脱除。该方法的优点是对重金属离子的脱除比较彻底，出 水能够达到GB25466-2010《铅锌行业污染物排放标准》要求，缺点是设备结构 复杂，投资大，过程控制条件苛刻。
有机高分子络合吸附法，利用有机高分子特有的功能团结构，选择性的络 合或吸附冶炼废水中的Cu2+、As3+、Pb2+、Cd2+，从而达到脱除冶炼废水中重金属 离子的目的。根据有机高分子络合吸附的方式差异，具体又分为阳离子树脂交 换法、高分子配位法、高分子复合(缩合)法等，该方法具有试剂脱杂选择性好、 过程操作控制简单、重金属离子脱除彻底且出水能够达到GB25466-2010《铅锌 行业污染物排放标准》要求等优点，其缺点是试剂消耗量大，成本费用高。
膜隔离法，利用冶炼废水中Cu2+、As3+、Pb2+、Cd2+的离子直径大于膜的孔径， 在压力作用下，水分子能够透过膜，而Cu2+、As3+、Pb2+、Cd2+无法透过膜，被截 留在浓缩液中，从而达到了隔离Cu2+、As3+、Pb2+、Cd2+的目的。根据膜的结构和 工作特点，膜隔离法又分为纳滤膜隔离法、反渗透膜隔离法、阳离子膜隔离法 等。膜隔离法具有不消耗试剂、不改变离子状态、重金属离子截留效率高且出 水能够达到GB25466-2010《铅锌行业污染物排放标准》要求等优点，其缺点是 投资大，运行成本高，且进入膜前的溶液必须进行预处理。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备冶炼废水重金属离子置换剂的方法，所得到 的置换剂在冶炼废水重金属离子脱除的使用过程中，具有试剂用量少、过程操 作简单、运行成本低、脱除重金属离子彻底、出水能够达到GB25466-2010《铅 锌行业污染物排放标准》要求的优点，可高效脱除冶炼废水中的Cu2+、As3+、Pb2+、 Cd2+的优点。
本发明通过以下技术方案实现上述目的：一种制备冶炼废水重金属离子置 换剂的方法，包括如下步骤：
(1)、载体脱水：将粒度为0.1～5.0mm的活性炭在100～200℃下干燥8～ 12h;
(2)、载体吸收有效成分：将干燥的活性炭浸泡在含Zn2+100～160g/L、含 Cu2+40～80g/L的醋酸锌和醋酸铜混合溶液中，浸泡时间为6～24h;
(3)、中间品形成：将浸泡后的活性炭捞出溶液，并自然干燥24～48h;
(4)、煅烧：将浸泡干燥的活性炭在竖炉内于700～800℃下隔绝空气煅烧4～ 8h;
(5)、产品形成：最后将煅烧后的活性炭在隔绝空气下自然冷却，包装，即 得到冶炼废水重金属离子置换剂。
所述的冶炼废水重金属离子置换剂的应用，包括如下步骤和控制技术条件：
将pH7.0～8.5、温度为5～45℃、含Cu0.5～5.0mg/L、含As1.0～10.0mg/L、 含Pb0.05～0.5mg/L、含Cd0.5～5mg/L的冶炼废水以1～10m3/h的速度，流经 装有4630～4670kg本发明所制备的冶炼废水重金属离子置换剂的净化器，从净 化器流出的溶液达到GB25466-2010《铅锌行业污染物排放标准》要求。
一种适用于所述的冶炼废水重金属离子置换剂的应用的净化器，包括净化 器本体、进液管、进液口、隔离孔板、置换剂、出液口以及出液管，具体结构 和连接方式为：进液管在净化器的最底部，进液管与进液口连接，净化器本体 下部焊接有隔离孔板，置换剂放置在隔离孔板上方的空间，出液管与出液口连 接，出液口在净化器上方一侧。
本发明的突出优点在于：
置换剂的生产工艺简单，且在置换剂的使用过程中，具有试剂用量少，成 本费用低，过程控制简单，重金属离子脱除彻底，出水能够达到GB25466-2010 《铅锌行业污染物排放标准》要求。
选择粒度0.1～5.0mm的活性炭，可以有效确保活性炭的后续吸收饱和性能 和产品使用过程中的接触能力和通过能力。活性炭在100～200℃下干燥8～ 12h，以去除活性炭本身所吸附的外在水和内在水，以提高并确保后续的对有效 成分的吸收能力。
将干燥的活性炭浸泡在含Zn2+100～160g/L、含Cu2+40～80g/L的醋酸锌和 醋酸铜混合溶液中，浸泡时间为6～24h，可以将置换剂的有效成分锌离子和铜 离子转移到活性炭的孔隙内部。阴离子选用醋酸根，是因为醋酸锌和醋酸铜具 有较大的溶解度，并在后续的煅烧分解和煅烧还原过程中，醋酸根容易分解， 且分解与还原产物简单，对环境没有污染。
自然干燥24～48h，即可以排除多余的锌离子和铜离子，同时也可以将活 性炭孔隙内部的锌离子和铜离子浓缩，增加活性炭对锌离子和铜离子的吸附量。
将负载锌离子和铜离子的活性炭在竖炉内于700～800℃下隔绝空气煅烧 4～8h，可以使醋酸锌和醋酸铜分解为二氧化碳、水、氧化锌和氧化铜，二氧化 碳和水形成气体，脱离活性炭载体，氧化锌和氧化铜留存在活性炭载体内部孔 隙，并进一步被活性炭载体还原为金属锌和金属铜，在此温度下，由于活性炭 载体本身的吸附作用，小部分锌挥发脱离活性炭载体，大部分锌不会挥发，留 存在活性炭载体内部孔隙，金属铜不挥发留存在活性炭载体内部孔隙。
含有金属锌和金属铜的活性炭，在隔绝空气自然冷却后，锌金属和铜金属 形成粉体结构，较好的保留在活性炭载体内部孔隙，经过包装后形成产品。
由于本发明所制备的冶炼废水重金属离子置换剂，是以活性炭为载体，活 性炭具有孔隙多，接触面积大等优点，可以确保试剂使用时的接触能力，有效 改善反应动力学性能;另外，由于活性炭载体内部有较活泼的锌金属粉体和不 活泼的铜金属粉体，两种粉体构成了原电池的正负极，为脱杂提供了热力学基 础条件。在使用本置换剂脱除冶炼废水重金属离子时，锌金属粉体是活泼性很 强的金属，可以将冶炼废水中的Cu2+、As3+、Pb2+、Cd2+彻底置换，形成金属态的 铜、砷、铅、镉，金属态的铜、砷、铅、镉被活性炭载体吸附截留在孔隙内， 从而使溶液达到了脱除Cu2+、As3+、Pb2+、Cd2+的目的，并确保出水能够达到 GB25466-2010《铅锌行业污染物排放标准》要求。
