用Fe3O4從鎢冶煉廢水中去除磷的試驗研究

賀山明，羅碧云，徐國鉆，黃 超，劉德剛，梁 勇

(1.江西理工大學 材料冶金化學學部，江西 贛州 341000；2.崇義章源鎢業股份有限公司，江西 贛州 341300)

鎢冶煉過程中，常采用堿壓煮—離子交換工藝生產仲鎢酸銨(APT)。受礦石組成及冶煉工藝影響，冶煉過程中會產生大量廢水，其中常含磷等有害元素，需處理后達標排放[1]。

目前，國內外從廢水中除磷的方法主要有物理法、化學法、生物法[2]。化學法應用最為廣泛，主要有化學絮凝沉淀法、化學吸附法、結晶法等[3]。化學絮凝沉淀法除磷主要采用鈣鹽(CaCO3、Ca(OH)2)或鐵鹽(Fe2(SO4)3、FeCl3)作沉淀絮凝劑[4-5]，這種方法存在不足之處，其中鈣鹽除磷產渣量大且Ca2+易結垢。傳統可溶性鐵鹽除磷工藝后期除鐵負擔大，且Fe3+易水解導致溶液酸化進而需加堿中和，成本較高。所以，研發工藝簡短、除磷效率高、試劑廉價的工藝是冶煉企業亟待解決的問題之一。試驗研究了采用不溶性Fe3O4作除磷劑，以期為含磷工業廢水的除磷處理提供可行方法。

1 試驗部分

1.1 試驗原料及試劑

試驗原料：鎢冶煉廢水取自江西某鎢冶煉廠，pH=3.26，磷初始質量濃度9.85 mg/L。

試驗試劑：四氧化三鐵、磷酸鈉、濃鹽酸、濃硫酸、鉬酸銨、酒石酸銻鉀、抗壞血酸、磷標準物質，均為分析純；自制蒸餾水。

1.2 試驗原理及方法

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Fe3O4是可以被磁化的鐵化合物，吸附沉磷后的Fe3O4載體可采用磁鐵聚集回收，回收成本低。

試驗方法：以控制變量法進行單因素條件試驗。取100 mL冶煉廢水于250 mL錐形瓶中并按設計方案加入一定質量Fe3O4，然后置于恒溫水浴鍋中，用精密pH計測定溶液pH，反應完成后過濾。濾液采用紫外可見分光光度計(UV-1100型，上海美譜達儀器有限公司)，以鉬酸銨分光光度法(GB 11893—1989)測定總磷質量濃度，計算磷去除率。

2 試驗結果與討論

2.1 廢水初始pH對除磷的影響

反應溫度30 ℃，Fe3O4添加質量2 g反應時間30 min，攪拌速度300 r/min，廢水初始pH對除磷的影響試驗結果如圖1所示。

2.2 Fe3O4添加量對除磷的影響

反應溫度30 ℃，廢水初始pH=2，反應時間30 min，攪拌速度300 r/min，Fe3O4添加量對除磷的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 Fe3O4添加量對除磷的影響

由圖2看出：隨Fe3O4添加量增加，廢水中磷絮凝沉降率提高，除磷效果更好；Fe3O4添加量為3.0 g時，磷去除率達98.1%。

2.3 反應溫度對除磷的影響

Fe3O4添加量3.0 g，反應時間30 min，廢水初始pH=2，攪拌速度300 r/min，溫度對廢水除磷的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 反應溫度對除磷的影響

由圖3看出：磷去除率隨反應溫度升高而逐漸升高，廢水中殘留磷濃度逐漸下降；溫度為40 ℃時，廢水中磷質量濃度降至0.43 mg/L，已達國家污水排放標準要求；繼續升高溫度，磷去除率變化不大。綜合考慮，確定反應溫度以40 ℃為宜。

2.4 反應時間對除磷的影響

反應溫度40 ℃，廢水初始pH=2，Fe3O4添加量3.0 g，攪拌速度300 r/min，反應時間對除磷的影響試驗結果如圖4所示。

圖4 反應時間對除磷的影響

由圖4看出，磷去除率隨反應時間延長而升高，30 min后升高趨勢趨于平緩。Fe3O4絮凝沉淀除磷過程反應迅速，磷去除率在反應20 min內即達91%，反應30 min時，水中殘留磷質量濃度可降至0.5 mg/L。綜合考慮，確定30 min為適宜除磷反應時間。

2.5 磷初始質量濃度對除磷的影響

廢水中添加少量十二水合磷酸鈉或加水稀釋配制出不同磷質量濃度的模擬廢水。反應溫度40 ℃，廢水初始pH=2，Fe3O4添加量3.0 g，反應時間30 min，攪拌速度300 r/min，廢水中磷初始質量濃度對除磷的影響試驗結果如圖5所示。

圖5 磷初始質量濃度對除磷的影響

由圖5看出，隨廢水中磷初始質量濃度升高，Fe3O4吸附能力逐漸趨于飽和，磷去除率逐漸降低。可見，Fe3O4對磷的吸附去除能力有局限性，僅在磷初始質量濃度小于15 mg/L條件下除磷效果最好；處理初始質量濃度為27.2 mg/L的高磷廢水，磷去除率在70%以上。通過優化Fe3O4制備工藝及材料性能、添加協同絮凝劑等提高磷去除率是今后需要研究的問題。

2.6 載磷Fe3O4的磁吸回收

絮凝除磷后的懸濁液用磁鐵磁吸3 min，載磷Fe3O4得到快速聚集，磁吸效果較好，且有利于分離收集。

3 結論

對于含磷冶煉廢水，可以用Fe3O4吸附除磷，適宜條件下，除磷后液中磷質量濃度降至0.43 mg/L，達到國家工業廢水排放標準要求。載磷Fe3O4可以采用外加磁場方法加以回收，該工藝簡單，成本低。

Fe3O4絮凝沉淀法除磷適用于磷初始質量濃度低于15 mg/L的鎢冶煉廢水；針對高磷冶煉廢水，磷去除效果不理想。研發Fe3O4制備及改性工藝及協同絮凝沉淀法等提高磷去除率是今后的研究方向進一步。