D201树脂吸附铁离子后洗脱研究.pdf

2 0 1 5 年第7 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 1 ‘ d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／J ．i s s n ．1 0 0 7 。7 5 4 5 ．2 0 1 5 ．0 7 ．0 0 6 D 2 0 1 树脂吸附铁离子后洗脱研究 雷泽明1，梁杰1 ’2 ，蒲维1 ，张强1 ，李昌伟1 ，张权笠 1 ．贵州大学材料与冶金学院，贵阳5 5 0 0 2 5 ；2 ．贵州理工学院材料与冶金学院，贵阳5 5 0 0 2 5 摘要选用盐酸和蒸馏水对D 2 0 1 强碱性阴离子交换树脂 C 1 型 进行脱附再生，考查洗脱剂浓度、洗脱 时间、洗脱温度对洗脱效果的影响。结果表明，2 5 ℃时，使用2 倍树脂体积的1m o l ／L 盐酸和3 倍树脂 体积的蒸馏水对吸附饱和的D 2 0 1 树脂 吸附含量1 4 ．4m g ／g 进行洗脱，脱铁率达到9 8 ％。 关键词D 2 0 1 阴离子交换树脂；洗脱；铁离子；盐酸 中图分类号T F 8 0 4 ．3文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 5 0 7 0 0 2 l 0 3 L E IZ e r u i n 9 1 1 ． 2 ．S c h o o l E l u t i o no fA b s o r b e dI r o nI o nf r o mD 2 01R e s i n ，L I A N GJ i e l “，P UW e i l ，Z H A N GQ i a n 9 1 ，L IC h a n g w e i l ，Z H A N GQ u a n l i l S c h o o lo fM a t e r i a l sa n dM e t a l l u r g yI n s t i t u t e ，G u i z h o uU n i v e r s i t y ，G u i y a n g5 5 0 0 2 5 ，C h i n a ； o fM a t e r i a l sa n dM e t a l l u r g yI n s t i t u t e ，G u i z h o uI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y ，G u i y a n g5 5 0 0 2 5 ，C h i n a A b s t r a c t H y d r o c h l o r i ca c i da n dd i s t i l l e dw a t e rw e r es e l e c t e dt or e g e n e r a t eD 2 0 1s t r o n gb a s i c a n i o n e x c h a n g er e s i n C It y p e ．T h ee f f e c t so fc o n c e n t r a t i o no fe l u a n t ，e l u t i o nt i m e ，a n de l u t i o nt e m p e r a t u r eo n e l u t i o ne f f e c tw e r ei n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a ti r o ne l u t i o nr a t ei S9 8 ％f r o mD 2 0 1r e s i n a d s o r p t i o ns a t u r a t i o nc o n t e n t9 ．6m g ／m L u n d e rt h ec o n d i t i o n si n c l u d i n gt e m p e r a t u r eo f2 5o C ，2t i m e s v o l u m e0 fr e s i no f1m o l ／LH C l 。a n d3v o l u m e so fr e s i no fd i s t i l l e dw a t e rt of o l l o w ． K e yw o r d s D 2 0 1a n i o ne x c h a n g er e s i n ；e l u t i o n ；i r o ni o n ；h y d r o c h l o r i ca c i d 湿法冶金过程经常需要进行除铁操作[ 1 ] ，主要方 法有黄钾铁矾法、针铁矿法、赤铁矿法、氢氧化铁沉淀 法、溶剂萃取法等[ 2 。8 ] ，离子交换吸附法睁1 2 1 有很多优 点，在湿法冶金中广泛使用。由于树脂在吸附过程中 形成的F e 3 络合物不够稳定，可以用盐酸、硫酸、氢氧 化钠溶液等再生剂[ 1 3 1 对使用后的树脂进行洗脱再生， 所以一般情况下树脂可以循环使用。本试验选用I 2 0 1 强碱性阴离子交换树脂 C 1 型 对铁离子进行洗脱。 1 试验部分 1 ．1 试验原料和试剂 主要设备有烧杯、电子天平、吸附柱西3 0m m X 3 0 0m m 、7 2 1 型紫外可见光分光光度计。原料和试 剂有D 2 0 1 树脂，分析纯盐酸、1 ，1 0 一邻菲哕啉、乙酸 钠、冰乙酸、以及无水乙醇。 1 ．2 分析方法 滤出的洗脱液分别用重铬酸钾法和林菲罗琳分 光光度法测定铁含量。根据吸附平衡时滤过浸出液 中F e 抖浓度计算树脂的吸附量，根据洗脱液中F e 3 浓度计算达到洗脱平衡时的脱附量。 1 ．3 试验过程 1 ．3 ．1 树脂预处理 新树脂用去离子水浸泡树脂2 4h ，除去生产过 程中产生的杂质 致孔剂、催化剂、反应溶剂等 。取 收稿日期2 0 1 5 - 0 1 - 1 9 基金项目贵州省科技创新人才团队项目资助 黔科合人才团队2 0 1 0 4 0 1 1 号 ；贵州省教育厅重点项目 黔教合K Y 字[ 2 0 1 2 ] 0 5 7 号 ；贵州省煤基新材料工程中心项目 黔教合K Y 字1 - 2 0 1 2 ] 0 2 6 号 作者简介雷泽明 1 9 9 1 - ，男，重庆石柱人，硕士研究生；通信作者梁杰 1 9 6 1 一 ，男，四川广安人，研究员． 万方数据 2 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第7 期 2L 烧杯加去离子水1L ，加入1 0 0g 预处理过的树 脂 约1 5 0m L ，加入相对树脂质量1 ％的硫代硫酸 钠，相对树脂质量0 ．5 ％的E D T A ，搅拌o ．5h 。 1 ．3 ．2D 2 0 1 型树脂对铁离子的吸附 向吸附柱内加入预处理过的D 2 0 1 树脂1 5 0 m L ，粉煤灰浸出液由吸附柱上方加入，调整滤过浸 出液速度为4 0m I ．／h 。 1 ．3 ．3 脱附过程 吸附柱内放入达到吸附饱和的D 2 0 1 树脂，从吸附 柱上方先加入一定浓度盐酸在不同温度等条件下洗脱 树脂，直到流出液经酸化后用硫氰酸钾溶液检测不呈 红色为止。然后用蒸馏水洗涤，要求洗脱液速度保持 和吸附操作时一致。分析脱附后溶液中铁离子浓度和 含量，计算洗脱量和脱铁率，以此优化脱附试验。 2结果与讨论 2 ．1D 2 0 1 树脂吸附铁离子容量 D 2 0 1 树脂的吸附含量可由以下步骤测得取 D 2 0 1 树脂1 0 0g ，预处理后装柱，粉煤灰浸出液 F e 3 浓度4 ．8 4g ／i 。 由吸附柱上方加入，取滤过树 脂的粉煤灰浸出液，每5 0m L 取样一次，按顺序编 号1 ～9 ，用林菲罗琳分光光度法测铁离子浓度，结 果如图1 所示。 } 一 ● 3 、 越 莲 m 褪 巅 裂 书 测 图1D 2 0 1 树脂吸附铁离子容量 F i 舀1 I r o ni o na b s o r p t i o nc a p a c i t yo f 2 0 1r e s i n 由图1 可知，当滤过浸出液达到3 0 0m L 时，铁 离子浓度超过0 ．5g ／L 并快速升高。所以1 0 0g 1 5 0m L D 2 0 1 树脂可以吸附大约3 0 0m I 。的粉煤 灰浸出液 F e 3 上浓度4 ．8 4g ／L 。计算得出D 2 0 1 型 阴离子交换树脂的吸附含量为1 4 ．4m g ／g 。 2 ．2 洗脱剂种类筛选 在相同试验条件下，分别用浓度为lm o l ／L 的 盐酸、硫酸、磷酸、E D T A 洗脱树脂，洗脱后F e 3 的 洗脱量分别为1 2 ．3 2 、8 ．2 4 、9 。8 2 、1 1 。4 0m g ／g 。 可知，当用1m o l ／I 。盐酸洗脱树脂时，铁离子洗 脱量最高达到1 2 ．3 2m g ／g ．脱铁率为8 5 ．6 ％。原因 是酸中的H 可以把树脂上的F e 抖洗脱下来，并且 盐酸中的C 1 ～可以和F e 抖发生络合反应推动交换 过程，所以盐酸洗脱效果比硫酸、磷酸、E D T A 好。 后续试验均用1m o l ／L 盐酸为洗脱剂。 2 ．3 盐酸浓度对F e 3 洗脱效果的影响 在2 5 ℃分别用浓度为1 、2 、3 、4 、5 、6m o l ／L 的 盐酸洗脱树脂，F e 3 的洗脱量分别为1 2 ．3 2 、1 2 ．4 2 、 1 2 ．4 8 、1 2 ．6 0 、1 2 ．7 8 、1 2 ．8 2m g ／g 。可以看出，盐酸 浓度对洗脱量和脱铁率有一定影响，但是影响不大。 因此选择浓度为1m o l ／I ，的盐酸洗脱树脂。 2 ．4 洗脱液温度对F e 3 洗脱效果的影响 用浓度为1m o l ／L 的盐酸分别加热到2 5 、3 5 、 4 5 、5 5 ℃对饱和D 2 0 1 树脂进行洗脱，F e 抖的洗脱量 分别为1 2 ．4 0 、1 2 ．4 2 、1 2 ．4 3 、1 2 ．4 5 、1 2 ．4 5m g ／g 。 结果表明，随着温度的升高，洗脱量和脱铁率略有增 加，但是效果不是很明显。提高洗脱液的温度可以 增加扩散速度，有利于树脂的再生，但对氯型、硫酸 型、碳酸型强碱性树脂的再生影响不大，而且过高的 温度还有可能引起树脂交换基团的分解，影响其交 换容量和使用寿命。所以试验选在室温 2 5 ℃ 下 进行。 2 ．5 洗脱所需盐酸量 洗脱所需盐酸量可以通过以下步骤测得用 1m o l ／L 的盐酸洗脱饱和树脂，取洗脱后溶液，每5 0 m L 取样一次，用林菲罗琳分光光度法测铁离子浓 度，当铁离子浓度很低并且不再变化时停止洗脱，得 出盐酸用量约为树脂体积2 倍 3 0 0m I 。 。 2 ．6 蒸馏水对F e 3 洗脱效果的影响 用1m o l ／I 。盐酸洗脱饱和树脂后，再用蒸馏水 洗涤树脂，直到流出液经酸化后用硫氰酸钾溶液检 测不呈红色为止，并不断测定流出液p H ，结果如图 2 所示。 从图2 可以看出，当用1m o l ／L 盐酸洗脱后再 用3 倍树脂体积的蒸馏水洗涤至流出液p H 接近中 性，此时树脂的脱铁率达到9 8 ％，洗脱后的树脂吸 附铁离子的能力降低2 ％以下。 3结论 用2 倍树脂体积、浓度为1m o l ／L 的盐酸在2 5 ℃洗脱吸附饱和的D 2 0 1 强碱性阴离子交换树脂 万方数据 2 0 1 5 年第7 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 3 蒸馏水用量／m L 图2 蒸馏水对F e 3 洗脱效果影响 F i g ．2 E f f e c to fd i s t i l l e dw a t e ro ne l u t i o no fF d C 1 型 ，树脂的再生效果最好，脱附量达到1 2 ．3 2 m g ／g ，脱铁率为8 5 ．6 ％。再用3 倍树脂体积的蒸馏 水洗涤树脂，脱铁率可以提高到9 8 ％。 参考文献 [ 1 ] 刘谟禧．湿法冶金中除铁问题E J ] ．矿冶工程，1 9 9 8 ，1 8 1 6 3 6 4 ． [ 2 ] 李凤刚，李长海，贾冬梅．大孔离子交换树脂应用的研 究进展E J ] ．广州化工，2 0 1 0 ，3 8 3 7 - 9 ． E 3 ] 姜志新，宋正孝．离子交换分离工程E M ] ．天津天津大 学出版社，1 9 9 2 3 7 4 5 ． [ 4 ] T a n gZ h i g a n g ，Z h o uR o n g - q i ，D u a nZ h a n - t i n g ．A d s o r p t i o na n dd e s o r p t i o nb e h a v i o ro ft a u r i n eo nm a c r o p o r o u s a d s o r p t i o nr e s i n s [ J ] ．J o u r n a lo fC h e m i c a lT e c h n o l o g y a n dB i o t e c h n o l o g y ，2 0 0 1 ，7 6 7 5 2 7 5 6 。 E s ] 张希衡．废水治理工程[ M ] ．北京冶金工业出版社， 1 9 8 4 1 2 0 1 2 8 ． [ 6 ] 马建标，何炳林．离子交换树脂在湿法冶金中的应用 [ J ] ．离子交换与吸附，1 9 9 3 ，9 3 2 5 0 2 6 0 ． [ 7 ] 李磊．离子交换树脂对铜离子吸附交换行为的研究[ J ] ． 工业用水与废水，2 0 0 5 ，6 3 4 5 4 8 ． [ 8 ] 许会乎，彭齐军．大孔阳离子交换树脂对奈替米星的吸 附研究E J ] ．离子交换与吸附，2 0 0 8 ，2 4 2 1 6 8 ～1 7 4 ． r - 9 ] 周桂英，刘美荣．湿法冶金过程净化除铁的研究进展 [ c ] ／／中国采选技术十年回顾与展望，北京中国冶金矿 山企业协会，2 0 1 2 8 ． [ 1 0 ] 杨丽梅，李玲，黄松涛，等．氨基膦酸型螯合树脂对水 溶液中N P ，F e ”，F e ”吸附行为的研究I - J ] ．稀有金 属，2 0 0 9 ，3 3 3 4 0 1 - 4 0 5 ． [ 1 1 ] 姜国玉，李羚，张莉，等．树脂吸附法处理2 一萘酚母液 废水的研究[ J ] ．工业用水与废水，2 0 1 0 ，4 1 2 3 4 3 8 ． E 1 2 ] 吕路，刘富强，陈金龙，等．树脂吸附法处理l ，2 一重氮 氧基萘一4 一磺酸生产酸析母液废水的研究E J ] ．南京大 学学报自然科学，2 0 0 1 ，3 7 6 7 3 5 7 4 2 ． [ 1 3 ] 唐树和．大孔弱碱性树脂对2 ，4 一二硝基苯酚吸附性能 的研究E J ] ．环境科学与技术，2 0 0 9 ，3 2 1 0 4 2 4 5 ． 万方数据