利用螯合樹脂處理贊比亞盧安夏尾礦重金屬廢液

賈鵬飛， 田春友， 李中秋， 常永芳， 劉順賢， 張 娃

(1.石家莊學院化工學院， 河北 石家莊 050035； 2.工信華鑫科技有限公司， 北京 100088)

隨著經濟的快速發展，廢水的大量排放，土壤和水源中重金屬積累加劇，重金屬污染日益嚴重，已經構成對生物和人體健康的嚴重威脅[1-3]。因此，對含重金屬廢水的治理已經刻不容緩，國家對此也給予了高度重視，各省陸續開展了關于重金屬污染的整治工作，值此關鍵時刻，研究、開發出高效低成本的含重金屬廢水處理技術，減輕重金屬廢水對環境的污染，具有重大的社會、經濟和環境效益。

我國的工業廢水特別是礦冶、電鍍、制革等企業的廢水治理形勢日益嚴峻，技術和成本是最大的制約因素。大部分企業只采用初級處理，難以達標排放。如何防止和治理工業廢水中的重金屬離子污染，一直是國際上面臨的重大課題之一。各國科研工作者都在不斷研究更為有效、價格低廉、環保的重金屬污水回收利用技術[4-15]。

傳統的治理含重金屬廢水的方法主要有物理法、化學法、生物法等，只是把重金屬從廢水中轉移到了其他的介質中，不僅沒有使重金屬發揮其應有的效益，反而產生了二次污染，沒有杜絕重金屬的污染問題。因此，從單純的達標排放向回收有價金屬和水資源化方向發展將成為今后重金屬廢水治理的發展趨勢[16-19]。

針對目前重金屬廢水處理的特點，本文研究使用螯合樹脂吸附重金屬離子，對贊比亞盧安夏尾礦廢液進行處理，純化、富集、回收料液中的銅、鈷金屬，實現廢水達標排放、有價金屬資源回收的目的。

1 試驗方法

1.1 試驗儀器

VIS- 723可見分光光度計，TS5- 990原子吸收分光光度計，光電分析天平，PHS- 3C型pH計，BL100蠕動泵。

銅吸附試驗采用3根Φ25×185 mm的樹脂吸附柱，鈷吸附試驗采用3根Φ15×130 mm的樹脂吸附柱。

1.2 試驗材料

贊比亞尾礦廢液,成分見表1。

試驗選取硅膠- 聚乙烯亞胺羧酸型螯合樹脂。該材料采用無機物- 硅膠作為重金屬吸附材料的載體(骨架材料), 它是一種骨架經特殊處理偶合接枝而形成的有機/無機復合材料。

這種材料對重金屬離子具有極強的選擇性吸附能力，對堿金屬、堿土金屬、輕金屬和陰離子不吸附；硅膠表面接枝官能團結構穩定，耐高溫、抗輻射、抗沖擊，體積幾乎無膨脹；由于在硅膠表面所形成的吸附材料孔道淺，重金屬離子很容易擴散到孔穴中，完成材料對重金屬離子的吸附，短時間就可以達到平衡，具有快速的吸附/解析性能。

表1 贊比亞尾礦廢液分析結果 mg/L

1.3 試驗過程

料液以常規流速通過3根串聯吸附柱，使1#吸附柱樹脂吸附飽和，水洗并進行解吸。對原液、吸附尾液、水洗液、解吸液取樣測金屬濃度。

2 結果與討論

在硅膠- 聚乙烯亞胺螯合樹脂吸附前對處理液進行常規除鐵。除鐵后液中鐵離子濃度降為5 mg/L以下，酸度變為pH=4左右，其他成分不變化，除鐵預處理后尾礦廢液成分見表2。

2.1 預處理后液提銅

預處理后液提銅試驗條件：10 mL/min,吸附料液7.83 L，結束。

由表2數據得出，前6 L料液經過硅膠- 聚乙烯亞胺羧酸型螯合樹脂吸附，吸附尾液中銅離子濃度很低，再吸附1.83 L，吸附尾液中銅離子穿漏，此時1#柱基本吸附飽和。2.26倍柱體積解吸液對1#柱進行解析，解析液中銅離子濃度相對于原液銅離子富集了13.7倍，達到8.138 g/L。預處理后液吸附分離曲線見圖1。

表2 預處理后液提銅試驗數據 mg/L

圖1 預處理后液吸附分離曲線

由圖1曲線得出，進液體積為2～6 L時，尾液中鈷與銅、鐵離子得到分離。繼續進行吸附，材料上有效配位點減少，銅離子開始穿漏。預處理后液、解吸液金屬含量對比見表3。

對比表3原液與解吸液組分可知：解吸液中銅離子比例為98.32%，少量三價鐵離子主要富集于1#柱約占1.24%。而其他雜質(鋅、錳、鈣、鎂、鉛)則干擾不大，解吸液中其他雜質合計僅為0.19%。預處理后液提銅試驗樹脂工作容量見表4。

表3 預處理后液、解吸液金屬含量占比 %

表4 預處理后液提銅試驗樹脂工作容量 mmol/g

注：2#柱、3#柱未吸附飽和。

2.2 提銅后液提鈷

按三柱串聯吸附，1#柱吸附飽和后去進行水洗- 解析- 再生，2#柱做為下一組吸附的1#柱，3#柱作為下一組吸附的2#柱，在原3#柱后加一根新柱作為下一組吸附的3#柱，如此繼續提銅，提銅尾液成分見表5，提銅尾液調pH=4左右進行提鈷，流速5 mL/min，吸附料液5.015 L，結束。提鈷情況見表5。

表5 提銅尾液提鈷試驗結果 mg/L

由表5數據得出，硅膠基螯合樹脂能有效吸附鈷離子，前4 L尾液中金屬含量較低，基本都在0.1 mg/L以下。4.35倍柱體積(Φ15/130 mm)硫酸解吸液中鈷離子濃度相對原液鈷離子富集了25.1倍，達到1.6 g/L。預處理后提鈷原液、解吸液金屬含量對比見表6。

表6 預處理后提鈷原液、解吸液金屬含量占比 %

對比表6原液與解吸液組分可得：解吸液中鈷離子比例由原液的8.36%上升為89.48%，主要雜質為鋅，其基本與鈷同步富集。此外，鈣離子比例1.98%，其他雜質合計1.38%。預處理后液提鈷試驗樹脂工作容量見表7。

表7 預處理后液提鈷試驗樹脂工作容量 mmol/g

2.3 小結

使用硅膠- 聚乙烯亞胺羧酸型螯合樹脂兩步處理贊比亞尾礦廢液，能夠把廢液中的有價金屬銅和鈷進行分離、富集。第一步提銅，樹脂吸附銅容量0.345 mmol/g，解吸液銅離子富集13.7倍，銅離子比例由42.89%上升至98.32%。第二步提鈷，樹脂吸附鈷容量0.148 mmol/g，解吸液鈷離子富集25.1倍，鈷離子比例由8.36%上升至89.14%。銅鈷的富集液都達到了可資源化的濃度和純度。

3 結論

將廢水中的重金屬作為一種資源來回收，不但解決了重金屬的污染，而且還具有一定的經濟效益。采用硅膠-聚乙烯亞胺羧酸型螯合樹脂吸附分離、富集廢水中的重金屬，為重金屬污廢水的資源化利用提供了一個新思路、新方法。該方法具有重金屬可分步回收，實現節能減排、資源回收的目的，是當前較為可行的含重金屬廢水處理的方法。