冶金廢水處理中銀提純動力學分析

張松柏，周 興

（云南滇金投資有限公司，云南 昆明 650215）

在冶金過程中，其排出的廢水大部分是采用石灰加鐵鹽沉淀的方法處理得出，同時在排放大量廢水的同時，其中還含有大量的污泥成分。這些污泥不僅含有大量有毒、有害的物質，例如鉛、砷等化合物元素，同時還含有少部分能夠用于回收的有價金屬，例如銀、金、銅等。當前大部分冶金企業在冶金作業后產生的廢水當中有害物質的含量都沒有滿足國家規定的危險廢物浸出限定范圍要求，若不對廢水進行無害化處理，則將其長期暴露在外界環境當中，對于周圍環境以及空氣等都會造成十分嚴重的威脅，并且還會造成大量資源的浪費。當前，隨著國家經濟發展的速度不斷加快，人們對于礦產資源的需求量成倍增漲，而有色金屬的供需矛盾問題日益突出[1]。針對這一問題，開展有關冶金廢水處理中有價金屬元素的提取和回收具有十分重要的現實意義。因此，本文將以某有色金屬冶金企業作為依托，在實現對其冶金廢水組分以及銀金屬元素賦存狀況的基礎上，開展冶金廢水處理中銀提純動力學分析研究。

1 材料與方法

1.1 實驗對象

選擇以某有色金屬冶金企業在完成冶煉后得到的廢水作為本文實驗的研究對象，并對廢水當中各成分含量進行測量和記錄，得到如表1所示的成分含量一覽表。

表1 冶金廢水處理中各成分含量一覽表

從表1可以看出，在實驗對象當中含有多種不同的有色金屬元素，本文僅針對其中銀元素在提純過程中的動力學進行分析研究。

1.2 實驗材料與設備

在實驗過程中所需的材料試劑主要包括硫酸、乙二胺四乙酸二鈉等組成的浸出劑，同時上述試劑的純度均為化學純度等級。在實驗過程中所需的提純設備和測量儀器主要包括：精密pH計，選用PHSJ-3F型號上海雷磁生產的精密酸度計，該型號酸度計可通過Smart-Read實現對測量參數的讀取，同時，通過Timed-Read，完成對數據的自動定時存貯；電熱鼓風恒溫干燥箱，選用DHG-9920A(1000L)型號I型250°C干燥箱，該型號干燥箱內膽采用304不銹鋼制作，能夠保證在使用的過程中不被腐蝕，不會由于內膽腐蝕而造成測定結果出現誤差的問題產生，同時該設備上配備了數字屏幕，能夠對溫度、時間等參數進行可視化展示[2]。除此之外，該型號干燥箱的電源電壓為AC380V 50HZ，控溫范圍為室溫+10℃～250℃；六聯電動攪拌器，主要用于對冶金廢水處理后產生的污泥以及各類試劑加入后進行攪拌。除上述選擇的儀器設備以外，為了實現對銀提純過程中的動力學參數測量，還引入XRD-X4164-160型號射線衍射儀和TJA162-6510型號電感耦等離子體發射光譜儀。

1.3 實驗方法

在實驗開始后，首先稱取25g冶金廢水處理后通過烘干處理得到的污泥樣本，將其放置在容量為250mL的燒杯當中。按照規定的固液比例，在標準pH條件下，引入適量的浸銀試劑，并將該燒杯放置在恒溫水浴鍋當中，當加熱到一定溫度后進行攪拌，并觀察其反應情況。待反應完畢后，將燒杯從恒溫水浴鍋當中去除，并對其進行抽濾處理[3]。此時濾液當中含有大量銀金屬元素，可利用上述選擇的TJA162-6510型號電感耦等離子體發射光譜儀對銀元素的含量進行吸光光度法測定。將上述選擇的浸取劑按照一定用量要求和溫度條件設定，并通過正交實驗的方式，對最佳選取的浸銀工藝進行動力學機理分析。

2 實驗結果分析

在實驗過程中，將固液比例為1∶3，pH為2，溫度為30℃時，不同攪拌速率下銀金屬元素的浸出情況記錄，并將其繪制成如圖1所示的實驗結果圖。

圖1 不同攪拌速率條件下銀元素浸出情況變化曲線

從圖1中可以看出，在其他條件不變的情況下，隨著攪拌速率的增加，在250r/min～450r/min范圍內，銀金屬元素的浸出量呈現出明顯的上升趨勢，而隨之在450r/min以后，出現緩慢的下降。

完成上述實驗記錄后，再確保其他條件不變，改變浸出過程中溫度條件的情況下，對銀金屬元素的溶解量與溶解時間的對應關系進行記錄，并將得出的結果繪制成表2所示。

表2 不同溫度條件下銀金屬元素溶解量與時間關系

從表2可以看出，當溫度為25°C時，隨著時間的額增加銀金屬元素的溶解量與其他溫度相同時間相比更多。同時，不同溫度條件下，銀金屬元素的溶解量變化均在0～2h呈現出快速上升的趨勢，在2h之后上升幅度逐漸減緩。

最后，針對不同浸出劑濃度條件下銀金屬元素的溶解速率變化情況進行記錄得出表3所示結果。

表3 不同浸出劑濃度條件下銀金屬元素溶解速率

從表3記錄結果可以看出，隨著浸出劑濃度的不斷增加，銀金屬元素的溶解速率呈現出不斷上升的變化趨勢。

3 實驗結果討論

結合上述得出的實驗結果，對銀金屬元素在提純過程中的動力學進行分析。在實驗中，銀金屬元素的浸出反應表現出一種液固非均相反應的狀態。通常情況下，液固非均相反應時浸出的速率和反應過程中的諸多因素相關，例如溫度條件、反應物條件、生成物在界面位置上的濃度等。同時，在提純過程中，浸出劑會經過固體表面形成的液膜層向固相表面逐漸擴散。在整個提純反應過程中，相對較慢的一個環節為整個反應實際速率的決定步驟。通過對上述實驗得出的實驗結果圖1可以進一步分析得出，在相同的反應條件下，當攪拌速度不斷提升時，銀提純的浸出率會呈現出不斷增長的趨勢，但在450r/min及以后，由于攪拌轉速過快，造成了液體飛濺的問題產生，因此在一定程度上影響了銀金屬元素的浸出效率，使得圖1中后期曲線的變化幅度呈現出逐漸遞減的趨勢。再從提純動力學角度進一步分析，銀金屬元素的浸出率還會隨著攪拌的速率改變而改變，因此得出在銀提純過程中，擴散現象為整個提純過程的控制步驟。

為了能夠進一步確定在銀提純過程中的控制步驟，通過改變溫度條件的方式，得到了如表2所示的不同溫度條件下銀金屬元素溶解量與時間關系。從表2得出的實驗結果分析，在其他條件保持不變的情況下，通過改變反應的溫度，銀的提純速率與溫度之間存在一定關系。通過對提純過程中不同溫度下得到的數據進行線性擬合得出，浸出劑提純銀金屬元素的過程中，控制銀金屬勻速提純動力學改變的步驟為固膜擴散控制，并且其參數的變化滿足收縮核動力學理論。除此之外，在實驗過程中發現，將上述表2作為基礎，將熱力學溫度條件的倒數作為自變量，將銀金屬元素的溶解速率的負對數作為因變量，能夠得出二者之間存在一定正比例關系。同時，銀金屬元素的溶解量會隨著浸出劑濃度的變化而變化，通過對不同浸出劑濃度條件下銀金屬元素的溶解速率變化情況，再結合表3中的數據分析得出，將浸出劑的負對數作為自變量，將因溶解速率的負對數作為因變量，二者呈現出斜率固定不變的線性關系，當浸出劑的濃度達到0.158mol/L時，此時銀金屬元素的溶解速率可以達到0.031mol/L，此時溶解速率是浸出劑濃度為0.054mpl/L時的二倍。考慮到冶金廢水處理的經濟效益，在實際應用中，可將浸出劑的濃度控制在0.10mol/L～0.15mol/L，以此達到最佳的銀溶解速率。通過上述論述，從三個方面實現對銀提出動力學的全面分析。

4 結語

結合本文上述論述內容，針對冶金廢水處理當中銀金屬元素的提純動力學，采用實驗的方式對其進行分析。通過分析研究得出，當浸出劑的濃度在0.10mol/L～0.15mol/L，用量為95kg/t時，此時銀金屬元素的提純效率最佳，銀的總浸出率能夠得到95%以上。同時，將本文上述得出的研究結果應用到對冶金廢水處理的治理和資源綜合利用當中，具有更高的理論指導意義，可為冶金企業帶來更大的經濟效益和社會效益。