改性大洋富钴结壳吸附铜的研究.pdf

2 0 0 4 年第2 期有色全, t L 选矿部分 改性大洋富钴结壳吸附铜的研究 谭欣，周秀英，王福良，魏明安 北京矿冶研究总院。北京1 0 0 0 4 4 摘要研究改性大洋富钴结壳对铜的吸附过程，测定改性大洋富钴结壳对C u 2 的吸附容量，考察介质o H 、初 始浓度、吸附时间等因素对吸附过程的影响。结果表明，改性大洋富钴结壳吸附C u 2 适宜的o H 值是2 - - 6 ，吸附符合 L a n g m u i r 等温吸附规律，饱和吸附容量约为9 0 r a g ／g 。在室温下，含铜1 5 10 n 蜒／L 的废水经3 ．7 5 0 9 几改性大洋富钴 结壳处理2 h 后，其铜残余浓度为0 ．3 0 m g ／L ，低于国家规定的工业废水一级排放标准 G E 8 9 7 8 1 9 9 6 C u ≯0 ．5 r 崛／L 。改性大洋富钴结壳是一种具有应用潜力的古铜废水的水处理剂。 关t 词改性大洋富钴结壳；吸附；铜 中图分类号T D 9 1 2文献标识码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 0 4 0 2 0 0 0 1 0 3 随着全球经济的迅猛发展，人类竭力利用地球 环境资源的同时，也使得我们的生存环境变得越来 越严酷。重金属阳离子和某些有毒阴离子对水环境 会构成严重的污染和危害，它将直接对渔业和农业 产生严重影响，同时这熙离子直接或间接地危害人 体健康。铜应用很广，其毒性较小，而且是生命所必 需的微量元素之一。同其他重金属阳离子一样，如 果铜超过某一定量也会对人和动物造成不利的影 响。例如人一次服用铜剂量6 0 ～1 0 0 m g ／k g 体重， 就会刺激消化系统，引起腹痛、恶心、呕吐，并引起胃 肠炎，长期过量可促使肝硬化，人一次服人铜的致死 剂量为l O g ／k g 体重；铜对低等微生物和农作物的毒 性较大⋯。保护好我们的生存环境，人类才能够与 自身赖以生存的地球和平地共处下去。笔者研究表 明L 2 J ，在酸性环境中，大洋富钴结壳对C u 2 等重金 属离子具有较强的吸附作用，其吸附容量可达 6 1 m g ／g 。本文系统研究了改性后的大洋富钴结壳 对含铜废水的吸附行为。结果表明，改性后的大洋 富钴结壳在保持了大洋富钴结壳原有特性的基础 上，进一步改善和提高了吸附性能。 1 试样及方法 1 ．1 试样及仪器 试验所用试样为“十五”期间大洋协会D Y l 0 5 1 1 航次所采集的M D D 5 3 站点板块状结构的大洋 富钴结壳矿经分离富集后获得的精矿，其主要化学 成分为 ％ C o0 ．4 5 ，M n1 7 ．6 ，F e1 5 ．0 ，C u0 ．1 2 ， P b0 ．1 3 ，Z n0 ．0 5 7 ，N i0 ．3 1 ，M o0 ．0 3 3 ，C a2 ．1 1 ，A I 1 ．2 4 ，T i0 ．7 8 ，K0 ．6 0 ，S i 0 29 ．6 4 ，N a1 ．5 9 ，M g 0 ．9 3 ，B a0 ．1 5 ，P0 ．3 8 ，C d 0 ．0 0 1 ，A s 2 ．0 以后，改性大洋富钴结壳对C u 2 的吸附率几乎 达到1 0 0 ％，C u 2 几乎完全被去除。说明改性大洋 富钴结壳吸附铜适宜的p H 值为2 ～6 。而且，与改 性前相比，改性后的大洋富钴结壳对铜的吸附曲线 向左，即向溶液酸度更高的方向偏移，说明大洋富钴 结壳经改性后，其吸附性能获得了进一步改善和提高。 2 ．2 铜离子初始浓度对吸附的影响 图2 铜离子的初始浓度对 改性大洋富钴结壳吸附的影响 F i g2E f f e c to ft h ei n i t i a lc o n c e n t r a t i o no fc o p p e r O i lt h ea d s o r p t i o no fm o d i f i e do e e a ／l i Cc o b a l tc r u s t 1 一吸附率，％ 改性 ；2 一吸附率，％ 未改性 ； 3 一吸附容量，m g ／g 改性 ；4 一吸附容量，r a g ／g 未改性 铜离子的初始浓度对改性大洋富钴结壳吸附铜 元素的影响见图2 。 由图2 可知，改性后的大洋富钴结壳对铜的吸 附率和吸附容量较之改性前均有较大幅度的提高。 在溶液中的C u 2 浓度不大于l O O m g ／L 时，改性大 洋富钴结壳对c u 2 的吸附很强，吸附率基本保持在 9 9 ％以上；当c u 2 浓度大于l O O m g ／L 以后，改性大 洋富钴结壳对C u 2 的吸附才开始逐渐下降，而未改 性的大洋富钴结壳在C u 2 浓度大于5 0 r n g ／L 以后， 对c u 2 的吸附就开始急剧下降。上述结果表明，对 于相同的吸附效果，改性大洋富钴结壳处理的铜废 水的浓度可以更高。大洋富钴结壳经改性后，其吸 附性能进一步获得了提高。 2 ．3 吸附时间对吸附的影响 在自然p H 值条件下，吸附时间对改性大洋富 钴结壳吸附C u 2 的影响见图3 。 仙 抽 置 一 ■ 体 盔 誉 图3 吸附时间对改性吸附剂吸附铜的影响 F i g3E f f e c to ft i m eo na d s o r p t i o no f m o d i f i e da d s o r b e n tf o rc o p p e r 由图3 可知，在自然p H 值条件下，随着吸附时 间的增加，改性吸附剂对溶液中C u 2 的吸附逐渐增 加，当吸附时间为2 ．0 h 后，改性吸附剂对C u 2 的吸 附基本趋于平衡。因此，吸附时间以2 ．0 h 为宜。 2 ．4 吸附剂用量对吸附的影响 在自然p H 值条件下，改性大洋富钻结壳用量 对吸附C u 2 的影响见图4 。 、 ∞ 由 g 一 ■ 饰 蓝 签 暖肘剂J l i } 量／ 曾L 1 芝 甜 莲 督 图4 吸附剂用量对改性吸附剂吸附铜的影响 F i g4E f f e c to fd o s a g eO I la d s o r p t i o no f m o d i f i e da d s o r b e n tf o rc o p p e r 由图4 可知，在初始浓度为1 5 1 ．O m g ／L 的硫酸 万方数据 2 0 0 4 年第2 期谭欣等改性大洋富钴结壳吸附铜的研究 3 铜溶液中，随着吸附剂用量的增加，吸附剂对铜离子 的吸附率迅速提高，当吸附剂用量为3 ．7 5 0 9 ／L ，吸 附时间为2 ．O h 时，吸附剂对铜离子的吸附率就达到 9 9 ．8 0 ％以上，此时溶液中残余铜离子的浓度为0 ．3 0 m g ／L ，低于国家规定的工业废水一级排放标准 G B 8 9 7 8 1 9 9 6 C u ≯0 ．5 m g ／L 。因此，吸附剂 用量以3 ．7 5 0 9 ／L 左右为宜。 2 ．5 吸附等温线 图5 是在p H 值为4 ．0 0 0 ．0 l 下，改性大洋富 钴结壳对铜的吸附等温线。改性大洋富钴结壳对铜 的饱和吸附容量约为9 0m g ／g 。 雹 量 ■ 萋 棼 c 舻 平衡浓度／ m g - L 。1 图5 改性大洋富钴结壳吸附等温线 F i g5 I s o t h e r m a la d s o r p t i o no f m o d i f i e do c e a n i cc o b a l t r i c hc r u s t 将吸附等温线按L a n g m u i r 型和F r e u n d l i e h 型 吸附等温模型进行回归分析，结果如表1 。 表1回归模型及数据 T j 61 R e g r e s s i o nm o d e la n dd a t a F r e t m d l i c h 型 1 ／n Kr 0 1 34 2 ．5 209 5 7 i , 加g m u i r 型 abr 8 0 ．7 81 02 309 9 4 由表1 可以看出，双倒数曲线的线性更好，说明 改性大洋富钴结壳吸附C u 2 是符合b n g m n i r 型吸 附模型的，如图6 所示。 图61 ／C 。一1 ／q 。 F i g61 ／C 。一1 ／q 。 L a n g m u i r 吸附等温式1 ／q 0 ．0 1 2 3 8 0 ．0 0 1 2 1 ／C 。 3 结论 1 ．研究表明，在酸性环境中，改性大洋富钴结 壳吸附C u 2 适宜的p H 值为2 ．0 - - 6 ．0 ，对C u 2 的 吸附率可达9 9 ％以上。 2 ．静态吸附试验结果表明，室温下，以3 ．7 5 0 g ／L e 2 性大洋富钴结壳处理含铜1 5 1 ．0 m g ／L 的废水 2 h ，铜残余浓度为0 ．3 0 m g ／L ，低于国家规定的工业 废水一级排放标准 G B 8 9 7 8 1 9 9 6 C u ≯0 ．5 m g ／1 ． 。改性大洋富钴结壳是一种很有应用潜力的 含铜废水的水处理剂。 3 ．改性大洋富钴结壳吸附铜的过程符合L a n g m u i r 经验式。测得改性大洋富钴结壳对C u 2 的静 态吸附容量约为9 0 m g ／g 富钴结壳。 参考文献 [ 1 ] 崔志蛉，何为庆．工业废水处理[ M ] ．北京冶金工业出 版社，1 9 9 9 ． [ 2 ] 谭欣，周秀英，王福良大洋富钴结壳对重金属阳 离子吸附性能的研究[ J ] ．国外金属矿选矿，2 0 0 3 ， 1 2 3 3 3 5 ． 印胱0 N D 咖P 1 1 心io FM 0 岫。哑 N I Ca 0 毗L T R I C I tC R U S TF O RO O P P E R T A N 蔑n ，Z H O U 船“一y i n g ，W A N G F u l i a n g ，W E I M i n g a n B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo f M i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a T h ea d s o r p t i o np r o c e s so fc o p p e r 诵t hm o d i f i e do c e a n i cc o b a l t r i c hc r u s ti si n v e s t i g a t e d ．A n dt h ei n f l u e n c e s o fm e d i u mp H ，i n i t i a lc o n c e n t r a t i o no fc o p p e r ，r e t e n t i o nt i m ee t c ．O na d s o r p t i o np r o c e s sa l es t u d i e d ．T h er e s N t s 下转第1 0 页 万方数据 1 0 有色金属 选矿部分2 0 0 4 年第2 期 另外，直接分级一常规浮选试验结果显示，当人 选粒度为7 0 ％一7 4 p m 时，由于给矿中存在较多的 粗粒贫连生体，浮选尾矿分级粗粒级产率高达 1 0 4 t a n4 ．2 ％左右，A ／S 为2 左右，仙O 1 分布率达 3 ．6 7 ％。 由于选择性分级一常规浮选时浮选给矿中贫连 生体明显减少，可以预见常规浮选时，浮选尾矿分级 1 0 4 ／z r n 粒级产率远远小于4 ．3 0 ％，可直接取消浮 选尾矿分级作业，从而可从根本上减少磨矿一浮选 循环量，降低铝土矿选矿成本。 因此，“选择性分级一常规浮选”可成为一种铝 土矿选矿脱硅的新技术思路。 5 结语 一水硬铝石型铝土矿旋流浮选可以实现选择性 分级，将有望解决单体与富连生体的过磨问题，减少 贫连生体进入浮选过程。 以旋流浮选技术实施“选择性分级一常规浮选” 的技术思路，将可能减少一水硬铝石型铝土矿脱硅 过程的内部循环量，达到优化工艺流程结构，节能降 耗，降低选矿成本的目的。 参考文献 [ 1 ] 方启学，纽因健，黄国智．我国氧化铝工业现状及发展 策略探讨[ J ] ．中国有色金属学会会讯，2 0 0 0 ， 4 1 1 一 1 5 ． [ 2 ] 黄国智，方启学铝镁选矿年评[ J ] ．第九届全国选矿年 评学术会议论文集，有色金属 选矿部分 ，2 0 0 1 ， 增 刊 1 4 2 1 5 2 [ 3 ] 任爱军．一水硬铝石型铝土矿旋流浮选研究[ D ] ．北 京北京矿冶研究总院，2 0 0 2 ，5 [ 4 ] 刘永强旋流闪速浮选法的研究[ D ] ．北京北京矿治 研究总院．1 9 9 6 ，7 她肼7O Ns E L 姗a S S ⅡW A7 I 砌呵0 FD I A S P O 弛7 r Y P EB A U ⅪI E R E N A i j u n ，F A N GQ i 一Ⅲ，F U K a i b i n g 1 ．B e i j i n g G e n e r a l R e s e a r c h I n s t i t u t eo f M i n i n g a n d M e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a 2 ．X i n s h u nM i n i n gC o ．L t d ．，C h e n g d u6 1 0 0 3 1 ，C h i n a A n a l y s e dt h eg r i n d i n g c l a s s i f i c a t i o nc i r c u i ta n dg r i n d i n g f l o t a t i o nc i r c u i to ft h ed e s i l i c a t i o np r o c e s so f b a u x i t e ，t h e r ee x i s to v e r g r i n d i n g so fe o a r s es i n g l ea n dl o c k e dd i a s p o r ep a r t i c l e sa n dr e c y c l i n g so fl o t so fm i d d l i n g s i nt h ef l o w s h e e t ．M a k i n gu s eo ft h ed i a s p o r et y p eb a u x i t e ，t h ec y c l o n ef l o t a t i o na n dc l a s s i f i c a t i o nt e s th a db e e n c a r r i e di nt h es y s t e mo fc y c l o n ef l o r a t i o n ．T h er e s u l t e so b t a i n e ds h o wt h a tc o m p a r e dt oc l a s s i f i c a t i o n ．c y c l o n e f l o t a t i o nc a nb ea p p l i c a t e dt os o l v et h eo v e r g r i n d i n 4 9o fs i n g l ea n dl o c k e dd i a s p o r ea n dt or e d u c et h eq u a n t i t yo f b a l e e nl o c k e dd i a s p e r et h a tw i l lb ee n t r a p p e dt of l o t a t i o no p e r a t i o n ，a n dC a l lb ee m p l o y e di nt h es e l e c t i v ec l a s s i f i c a t i o no fd i a s p o r et y p eb a u x i t e ．T 1 1 et e c h n i q u et h o u g h to f “s e l e c t i v ec l a s s i f i c a t i o n f l o t a t i o n ”i sp u tf o r w a r d ． K E YW O R D S d i a s p o r et y p eb a u x i t e s e l e c t i v ec l a s s i f i c a t i o n 上接第3 页 s h o w 2 - - 6i st h ef a v o u rp Hf o r t h em o d i f i e do c e a n i cc o b a l t r i c hc r u s tt oa b s o r bC u 2 t h ea d s o r p t i o np r o c e s si s c o n f o r m e dt ot h el a wo fL a n g m u i ri s o t h e r m a la d s o r p t i o n ，t h es a t u r a t e da d s o r p t i o nc a p a c i t yo ft h em o d i f i e do c e a n i cc o b a l t r i c hc r u s tf o rc o p p e ri sa b o u t9 0 m g ／g - c r u s t ．A tr o o mt e m p e r a t u r e ，t h ew a s t ew a t e rc o n t a i n i n g c o p p e r1 5 1 ．0 m g ／Lr e a c h e st h en a t i o n a ls t a n d a r do fi n d u s t r i a lw a s t ew a t e r sd i s c h a r g i n g G B 8 9 7 8 1 9 9 6 a f t e r b e i n gt r e a t e df o r2 hw i t h3 ．7 5 0 9 ／Lm o d i f i e do c e a n i cc o b a l t r i c hc r u s t ．T h em o d i f i e do c e a n i cc o b a l t r i c hc r u s t i so f 印p l y i n gp o t e n t i a l i t yf o rt h ec o p p e rw a s t ew a t e r s ． K E YW O R D S m o d i f i e do c e a n i cc o b a l t r i c hc r u s t ；a d s o r p t i o n ；c o p p e r 万方数据