高效除鉈劑ARSC-YJ06處理含鉈浸出液試驗(yàn)研究

何建，劉思圻，徐月冰，劉園園，熊慧

湖南艾森尼克環(huán)保科技有限公司，湖南長(zhǎng)沙，410205

0 引言

鉈（Tl）是一種稀有但分布十分廣泛的重金屬元素，含有劇毒，對(duì)哺乳動(dòng)物而言，其毒性遠(yuǎn)大于汞、鉛、砷等重金屬。所有形式的鉈鹽均可溶解，能通過(guò)食物鏈進(jìn)入并積蓄于人體，從而對(duì)人體造成持續(xù)性傷害。同時(shí)，含鉈資源的開發(fā)、加工與利用也顯著增加了環(huán)境中的鉈負(fù)荷，導(dǎo)致大氣、水源、土壤等環(huán)境遭到污染，嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境。在我國(guó)，鉈已被公認(rèn)為是一種新興污染物[1-3]。

陜西渭南某鋼鐵廠燒結(jié)機(jī)頭灰中含有大量氯化鉀，可作為生產(chǎn)鉀肥的重要原料，但該燒結(jié)機(jī)頭灰中鉈元素含量超標(biāo)。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，燒結(jié)機(jī)頭灰回收氯化鉀采取的工藝流程為：原料浸出—浸出液凈化—蒸發(fā)結(jié)晶—干燥，最終得到氯化鉀產(chǎn)品。基于鉈元素對(duì)人體健康的危害，我國(guó)規(guī)定，肥料中鉈含量的限值為2.5mg/kg，為確保氯化鉀產(chǎn)品中鉈元素的含量低于標(biāo)準(zhǔn)值，在生產(chǎn)過(guò)程中，需控制浸出液鉈元素的含量低于5.0μg/L。本文對(duì)此浸出液展開了除鉈實(shí)驗(yàn)研究，并以實(shí)驗(yàn)室中最優(yōu)條件進(jìn)行擴(kuò)大化實(shí)驗(yàn)，取得了較為滿意的結(jié)果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 水樣來(lái)源及參數(shù)

試驗(yàn)水樣取自陜西渭南某鋼鐵廠冶煉過(guò)程中所產(chǎn)生的燒結(jié)機(jī)頭灰浸出后溶液，其水質(zhì)如下：Tl 11400μg/L，pH4.3，并含有可溶性鋅、鈣等鹽。

1.2 儀器和試劑

儀器：AY220型電子天平；HJ-4A型數(shù)顯恒溫多頭磁力攪拌器；pH-3C型精密pH計(jì)。

試劑：氫氧化鈉、碳酸鈉均為分析純。ARSC-YJ06為湖南艾森尼克環(huán)專用除鉈劑，PAM為工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

取原浸出液200mL置于燒杯中，在室溫下攪拌，逐滴加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)浸出液pH至8以除去溶液中的鋅離子，加入絮凝劑絮凝后過(guò)濾；清液中加入定量的碳酸鈉（除去溶液中的鈣離子）固體及除鉈劑，調(diào)節(jié)pH到預(yù)定值后再反應(yīng)15min后，再加入適量PAM（配制濃度1‰），繼續(xù)攪拌10～20s，靜置，沉降，過(guò)濾后取清液，對(duì)清液中鉈離子濃度進(jìn)行檢測(cè)。

1.4 分析方法

鉈離子濃度采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 除鉈劑ARSC-YJ06投加量對(duì)去除效果的影響

取原浸出液200 mL，調(diào)節(jié)pH并過(guò)濾后加入不同劑量的除鉈劑ARSC-YJ06，反應(yīng)15 min。現(xiàn)象：加入除鉈劑ARSC-YJ06后，均有沉淀生成，且隨著ARSC-YJ06量的增大，沉淀量也隨之增加。投加劑量對(duì)鉈離子去除效果的影響如圖1所示。

由圖1可知，隨著除鉈劑ARSC-YJ06劑量的增加，處理后的水樣中鉈離子濃度呈降低趨勢(shì)，當(dāng)ARSC-YJ06投加量增加至1.5‰時(shí)，處理結(jié)果基本穩(wěn)定，Tl濃度由原浸出液中的11400μg/L降低至3.16μg/L，此時(shí)若繼續(xù)將試劑量增加至2.5‰，體系中鉈離子濃度僅由3.16μg/L降至2.89μg/L，藥劑的成本卻增加近一倍，因此從成本節(jié)約的角度考慮，在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中，ARSC-YJ06的最佳劑量為1.5‰。

2.2 pH值對(duì)去除效果的影響

由于除鉈劑中含硫，酸性環(huán)境下會(huì)釋放有毒的H2S氣體，因此在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，溶液pH值必須保持在7以上。

在ARSC-YJ06投加量為1.5‰，反應(yīng)時(shí)間為15min條件下，不同溶液pH值對(duì)去除效果的影響如圖2所示。

由圖2可知，溶液的pH值對(duì)鉈離子的去除效果存在著較大的影響。當(dāng)體系pH=7時(shí)，鉈離子濃度為26.3μg/L，pH上升至8，鉈離子濃度即可降至3.16μg/L，隨后，在pH=8～9的范圍內(nèi)，處理出水中Tl濃度變化不大，約為2.92～3.45μg/L。當(dāng)體系的pH值提高至9.5時(shí)，出水中鉈離子的濃度明顯升高，達(dá)到14.7μg/L。說(shuō)明此時(shí)被吸附的鉈離子解吸，從而出現(xiàn)了返溶的現(xiàn)象。因此，在除鉈反應(yīng)中，pH值不可低于7，但也不宜過(guò)高，應(yīng)控制在8～9之間。

2.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)除鉈效果的影響

在ARSC-YJ06投加量1.5‰，調(diào)節(jié)反應(yīng)pH=8的條件下，不同反應(yīng)時(shí)間對(duì)除鉈效果的影響如圖3所示。

由圖3可知，反應(yīng)時(shí)間在15min以內(nèi)時(shí)，出水體系中鉈離子濃度隨反應(yīng)時(shí)間的增加呈降低趨勢(shì)。此時(shí)體系中鉈離子濃度為3.16μg/L，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，鉈離子濃度基本穩(wěn)定，因此，可確定反應(yīng)最佳時(shí)間為15min。

2.4 中試試驗(yàn)

據(jù)小試結(jié)果，可以確定燒結(jié)機(jī)頭灰浸出液除鉈最佳的工藝條件：用NaOH調(diào)節(jié)水體pH值至8，過(guò)濾后向出水中投加專用除鉈劑ARSC-YJ06 1.5‰及定量碳酸鈉，控制體系pH值處于8～9范圍內(nèi)，反應(yīng)15min后，加入適量PAM溶液對(duì)沉淀進(jìn)行絮凝，出水中Tl濃度降低至3.16μg/L。

為進(jìn)一步為技術(shù)工程化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，我們?cè)陉兾魑寄夏充撹F廠展開了3天的中試試驗(yàn)，處理能力為2t/h，72h連續(xù)處理。在試驗(yàn)的過(guò)程中，每小時(shí)取樣一次，取樣8次后混合樣品，測(cè)定水樣中殘余鉈離子的濃度。據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)參數(shù)（主要為ARSC-YJ06的用量）進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到節(jié)約成本、優(yōu)化工藝的目的，調(diào)整結(jié)果如表1所示。

從表1可知，中試結(jié)果優(yōu)于實(shí)驗(yàn)室中小試的結(jié)果。由小試結(jié)果可知，除鉈劑ARSC-YJ06用量需達(dá)到1.5‰，出水中鉈離子濃度才能降至企業(yè)規(guī)定限值以下，而中試結(jié)果表明，當(dāng)除鉈劑ARSC-YJ06用量?jī)H為1.2‰時(shí)，出水中鉈離子的濃度即可低于5μg/L，符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 浸出液中試結(jié)果

據(jù)此，我們對(duì)所使用藥劑的成本進(jìn)行核算，在最佳條件下，處理每噸水的藥劑成本為3.81元，結(jié)果如表2所示。

表2 浸出液除鉈藥劑成本核算

2.5 工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)中試所確定的最佳工藝條件，確定工藝流程如下：

廢水在調(diào)節(jié)池中對(duì)水質(zhì)、水量等進(jìn)行調(diào)節(jié)，經(jīng)過(guò)濾后進(jìn)入除鉈反應(yīng)池，用加藥泵向反應(yīng)池中投入定量的除鉈劑，并用氫氧化鈉調(diào)節(jié)反應(yīng)池pH值至8～9范圍內(nèi)，反應(yīng)時(shí)間控制在15min以上，反應(yīng)池出水進(jìn)入絮凝池，投加配置好的PAM，使在反應(yīng)池中形成的細(xì)小絮體絮凝成較大絮體，然后進(jìn)入斜管池，將沉淀分離，出水儲(chǔ)存后回用。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）專用除鉈劑ARSC-YJ06具有優(yōu)異的除鉈效果，在其他條件固定的情況下，ARSC-YJ06用量越大，出水中殘余鉈離子的濃度便會(huì)越低。

（2）小試實(shí)驗(yàn)中，在ARSC-YJ06投加量為1.5‰，NaOH調(diào)節(jié)水樣pH值至8～9，反應(yīng)15min，再加入PAM絮凝沉淀，處理出水中鉈離子濃度可降至3.16μg/L。

（3）中試結(jié)果表明，當(dāng)除鉈劑ARSC-YJ06用量為1.2‰時(shí)，處理后水樣中鉈濃度可降至4.28μg/L，達(dá)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；中試結(jié)果明顯優(yōu)于小試結(jié)果。

（4）小試結(jié)果和中試結(jié)果均表明，采用除鉈劑ARSC-YJ06對(duì)廢水除鉈，處理效果優(yōu)異，具有較好的應(yīng)用前景。