离子交换纤维法处理金矿含氰废水.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年5 期2 7 离子交换纤维法处理金矿含氰废水 党晓娥，兰新哲，郭莹娟 西安建筑稃技大学贵金属工程研究所，陕西西安 7 1 0 0 5 5 摘要对含氰废水中几种常见阴离子的饱和吸附量进行了测定，针对吸跗量的不『叫，研究了络合荆类型、 络合剂加入量以及络台荆中阴离子浓度等对吸附率的影响。试验结果表明强碱性阴离子交换纤维对 C N 一、氰锌配合物、铜氰配合物的吸附率都远大于弱碱性离子交换纤维，其静态饱和吸附量分别为 1 ．7 9 、1 ．4 4 、4 ．6 0m m o l ／g ；离子络告荆加入量为理论量计算量的09 9 ～l 倍时，氰的吸附率达到9 5 ％左 右；络合剂中孵浓度增大到一定程度时，氰的吸附率有所降低。 美键词离子交换纤维；离子交换树脂；离子转型剂；吸附率 中图分类号T F 8 3 1 ；T Q l l 0 ．9文献标识码A文章编号1 0 0 77 5 4 5 2 0 0 7 0 5 0 0 2 7 0 3 T r e a t m e n to nC y a n i d e - c o n t a i n i n gW a s t eW a t e rw i t hI o nE x c h a n g eF i b e r D A N GX i a o e ，L A NX i n z h e ，G U OY i n g j u a n T h eI n s t i t u t eo fP r e c i o u sM e l a l sE n g l a e e r l n g ；X f a aU n i v e r s i t y 。fA r c h i t e c t u r ea n dT e c h n o o g y ，X h a7 1 0 0 55 ，C h i n a A b s t r a c t S a t u r a t e da d s o r p t i o nc a p a c i t i e so fs e v e r a lm a i ni o n sa r em e a s u r e d ，i nt h el i g h to fd i f f e r e n ts a t u r a t e da d s o r p t i o nc a p a c i t i e s ，w es t u d yt h a tt h ei n f l u e n c eo ft h ec h o t c eo fc o m p l e xr e a g e n tt y p e s ，q u a n t i t y - n e g a t i v ei o n sc o n c e n t r a t i o ni nc o m p l e xr e a g e n to na d s o r p t i o nr a t e ．R e s u l t ss h o wt h a ts a t u r a t e da d s o r p t i o nc a p a c i f i e so fC N 、z i n c - c y a n i d ec o m p l e x 、c o p p e r c y a n i d ec o m p l e xo ns t r o n g e ra l k a l i n ei o ne x c h a n g ef i b e r w e r e1 ．7 9 、1 ．4 4 、4 ．6 0m m o t ／g ，r e s p e c t i v e l y ，t h e yarem o r eh i g h e rt h a nw e a k n e s sf i b e r ；q u a n t i t ya d d e do f c o m p l e xr e a g e n ti se q u i p st O0 ．9 8 ～O ．9 9t i m e so ft h e o r yc a l c u l a t i o nq u a n t i t y ，a d s o r p t i o nr a t ew i l lb el o w e d w i t hq u a n t i t ya d d e do fc o m p l e xr e a g e n t ． K e y w o r d s I o ne x c h a n g ef i b e r ；I o ne x c h a n g eR e s i n ；C o m p l e xr e a g e n t ；A d s o r p t i o nr a t e 由于氰化物浸金工艺稳定成熟，是国内外黄金 冶炼厂的首选方法，但氰化物是一种重要的污染物． 是环境治理的一个很重要项目。目前，含氰污水处 理方法有氰化物氧化破坏法和回收氰化物法，这些 方法有许多不足之处，如成本高，难以达到排放要求 或者会造成二次污染等，因此在黄金矿山的可持续 发展中，如何解决好环境保护问题，尤其是污永治理 同题，显得更为迫切，寻找低成本，环境效益好的综 合处理工艺成为黄金界研究的目的。 离子交换纤维是近年来发展迅猛一种重要的新 型的环境材料[ ”，在劳保用品、保健服装、湿法冶金， 基金项目国家“8 6 3 ”资助项目 2 0 0 3 A A 3 2 x 0 9 D 作者筒介党晓娥 1 9 7 2 - - ，女．陕西常平人．讲师．博士 水处理等方面有着广泛的应用，对于保护生态环境， 充分利用资源、促进社会经济与持续发展，有着重要 的作用o ] 。它是由各种合成纤维作基体接枝} 离子 交换基团制成，这种材料具有比表面积大、交换与再 生速度快，易加工成各种形状等特点。，使得它的应 用领域日益扩大。 本文使用的纤维以聚苯乙烯为基体，接枝上胺 基．形成强碱性离子交换纤维。使用这种新材料对 含氰废水中的主要阴离子吸附性能进行了研究，旨 在为含氰废水的处理提供一种新的方法，扩大这种 新功能性环境材料的应用范围。 万方数据 2 8 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年5 期 1 试验部分 主要试剂有氯化锌、硫酸锌、N a C N ，均为分析 纯主要设备有H Y2 型调速震荡器和A A 6 8 0 0 型岛津原子吸收光谱。采用自配的N a C N 溶液或 向N a C N 溶液中加人理论量的金属阳离子形成的 金属氰配合物溶液，总氰浓度5 ～10 0 0m g ／L 。试 验所采用的离子交换纤维为强碱性阴离子交换纤 维．其基本性能参数功能基团一N c H ， c l 一、物 理形态淡黄色纤维、含水率5 0 必～6 0 ％、p H 范围0 ～1 4 、交换容量大于2 ．7 ～3 ．0m m o l ／g 、成份是聚丙 烯接枝苯乙烯后接枝季氨基得到产品、能正常工作 于强酸和强碱等无机溶液中。 试验前，离子交换纤维先用1m o l ／L 盐酸、氢氧 化钠各授泡1h 后洗至中性，3 0 ℃在烘箱中干燥大 约1h 后备用。 试验方法称取预处理过的一定景的干纤维，加 入到一定体积的含氰废水中，于调速震荡器震荡，每 隔一定时间取样测定吸附后液中C u a ’、Z n 2 ’浓度及 总氰浓度，计算吸附率或吸附量。 分析方法总氰浓度的测定采用蒸馏后硝酸银 容量法} 原子吸收光谱法测定溶液中C u 、Z n 含量 2 试验结果与讨论 2 ．1 吸附材料的选择 称取强、弱碱性干纤维各0 ．5 0g 于锥形瓶中， 分别加入1 0 0m L 总氰浓度为6 9 3 ．3 0m g ／L 的 C N 、金属氰配合物溶液，恒温振荡3 0m i n 后，分析 吸附后溶液中总氰含量，根据吸附率大小确定吸附 材料，试验结果见表1 。 表l强、弱碱性纤维对离子的吸附率 T a b l e1 A d s o r p t i o nr a t eo fs t r o n ga l k a l i n e i o ne x c h a n g ef i b e r 由表1 可知强碱性离子交换纤维对C N 一、金 属氰配合物的吸附率都远大于弱碱性离子交换纤 维，导致这种结果可能与吸附材料适宜的工作环境 有关。强碱性离子交换纤维纤维含有强碱性基团， 能在水中离解出O H 一而呈强碱性，反应式为“] R N C H 2 H 。0 一R N H C H 。 O H ，因而 它工作的适宜p H 为强碱性溶液，而含氰废水的p H 一般在9 以上，因而强碱性纤维的吸附率较高，后续 试验选用强碱性阴离子交换纤维作为吸附材料。 2 ．2 纤维静态饱和吸附量的测定。。 称取0 ．1g 强碱性纤维3 份．分别加入1 0 0m L 总氰浓度为6 9 3 ．3 0m g ／L 的C N 、金属氰配合物溶 液，振荡2 4h 后分析总氰浓度，计算饱和吸附量 Q 一试验结果袭明强碱性离子交换纤维对C N 一、 锌氰配合物和铜氰配合物的静态饱和吸附量分别为 1 ．7 9 、1 ．4 4 、4 ．6 0m m o l ／g 。所以如果游离氰根与金 属离子络合，形成金属氰络离子的特殊空间结构，使 纤维的吸附交换更加容易，而且每吸附一个金属离 子，就有相应的4 个C N 一被吸附，其吸附量将得到 大大提高，这对离子交换纤维处理含氰废水非常有 利，可以通过离子转型把C N 转化金属氰配合物， 从而提高氰的吸附率。另外铜氰配合物的饱和吸附 量明显高于锌氰配合物的饱和吸附量，这主要是因 为纤维对不同离子的吸附能力取决于纤维对各离子 亲和力的大小，对其亲和力强则对其吸附能力强“。。 2 ．3 离子转型试验 2 ．3 ．1 络合剂的选择 称取干纤维lg ，放人】o om L 总氰浓度为 6 6 2 ．1 0m g ／L 氰化钠溶液中，根据氰根与络合剂的 理论量分别加入一定量的硫酸锌和氯化锌络合剂， 吸附3 0r a i n ，分析吸附后总氰浓度，研究转型后氰 的吸附率，试验结果表明Z n C ／和Z n S O ；7 H 。O 配合物的吸附率分别为9 8 ．3 2 ％和9 7 ．2 7 ％。 可见Z n C I 。、Z n S O 。7 H 。O 的加入都可以提供 z n ”，使之与C N 形成锌氰配台物，提高氰的吸附 率。虽然二者的吸附率相差不大，但由于在浸金过 程中用石灰调提出液的p H ，所以有大量的c a 2 一进 入其中，而络台剂中的S O ；2 一会与之反应生成沉淀， 覆盖在纤维上，有可能影响吸附率以及解吸效果，所 以后续试验络合剂选用氯型络合剂。 2 ．3 ．2 络台剂加人量对吸附率的影响 分别称取5 份0 ．5g 纤维，投入五份体积1 0 0 m L 总氰浓度为7 1 5 ．5 0m g ／L 溶液中，向N a C N 溶 液中加入不同理论计算量倍数的络台剂，在相同的 条件下进行吸附，分析并计算吸附率，试验结果见图 1 。 由图1 知髓着Z n ”和C u 2 的加人量的增加， 离子络合得越完全，吸附率也增加。当络合剂的加 入量为理论计算量的0 ．9 8 ～1 ．0 倍时，吸附率最大。 当络会剂的加人量大于理论计算量的1 ．0 倍时，锌 氰溶液中出现大量白色沉淀，铜氰溶液中有大量不 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年5 期 2 9 图1络和剂量对金属氰配台物吸附率的影响 F i g ．1 I n f l u e n c eo ft h eq u a n t i t yo fc o m p l e x r e a g e n to na d s o r p t i o nr a t et om e t a l - c y a n i d ec o m p l e x 溶的蓝色硫酸铜存在，不利于吸附，其原因有可能是 过量的C u ”、Z 舻‘形成氢氧化合物沉淀或直接生成 Z n C N 。或C u C N 沉淀。因而为了提高对游离氰根 的吸附率，络合荆的加入量一般应控制在理论计算 量的0 ．9 8 ～0 ．9 9 倍左右。 2 ．3 ．3 阴离子浓度对吸附率的影响 准确称取若干份0 ．5g 纤维，投入1 0 0 m l 总氰 浓度为7 1 5 ．5 0m g ／L 的钢锇采{ 锌氰配合后的溶液， 再加入不同量的氯化钠，吸附2 0m i n 后，分析总氰 浓度，试验结果见图2 。 c l 一浓度H t o o lL _ 1 图2 阴浓度对金属氰配合物吸附量的影响 F i g ．2 I n f l u e n c eo fn e g a t i v ei o n sc o n s i s t e n c yO i l a d s o r p t i o nt om e t a l 。c y a n i d ec o m p l e x 我们之所以考虑C I _ 对吸附率的影响，是因为 在纤维预处理过程中，纤维的活性基团被C l 一离子 所占据。而在嗷附过程中，纤维E 活性基圈上的 c l 一进入溶液，引起溶液中c 】的增加，另外，络合剂 的加人，也会引起C l 一浓度的增加，因而有可能影响 金属氰配合物的吸附率，因而有必要研究c 1 浓度 对纤维吸附率的影响。 由图2 知随着C 1 浓度的增加，金属C N ～的 吸附量有所降低，因此在纤维吸附过程中，纤维上交 换下来的C l 一进入吸附液．随着C l 浓度的积累，使 得反应向吸附反应的反方向进行，抑制吸附反应的 进行，所以吸附进行一段时间后．应把吸附后的溶液 外排一定体积或除掉吸附后尾液中的C I ，同时在 纤维的预处理以及纤维再生过程中，必需把纤维上 的C l 一洗涤干净。 3结论 强碱性离子交换纤维对c N 一、Z n C N ；2 。、 C u C N ；2 中的氰的静态饱和吸附量分别为1 ．7 9 、 1 ．4 4 、4 ．6 0m m o l ／g ，所以游离氰根与金属离子络 合，将大大提高总氰的吸附率，络合剂的加入景为理 论量的0 ．9 9 ～1 倍，另外络台剂带人的阴离子浓度 增大时，将影响纤维对Z n c N ；2 1 、C u c N ；2 的 吸附率。 参考文鼓 [ 1 ] 陈水铗，曾汉民．高效吸附分离功能纤维及其应用[ J ． 材料科学工程，1 9 9 9 ，1 7 3 1 4 ． [ 2 马建标．功能高分子材料[ M ] ．北京化学工业出版社， 2 0 0 0 7 1 7 2 ． [ 3 j 党晓娥．黄金冶炼厂含氰废水中氰的分析方法研究[ J ． 西安建筑科技大学学报，2 0 0 5 ，3 6 2 1 5 6 1 5 9 ． [ 4 ] 周从章，李明愉，曾庆轩．离子交换纤维对重金属离子的 吸附研究[ J ] ．环境污染治理技术及设备，2 0 0 3 ，1 7 1 2 6 2 8 ． [ 5 ] 汤丽鸳，刘宁，符若文，功能纤维处理含铬废水的初步研 究F J ] ．环境技术，2 0 0 1 “ 2 2 2 4 ． [ 6 ] 武汉大学．分析化学 第二版 [ M ] ．北京高等教育出 版社，1 9 8 8 5 7 8 5 8 0 ， 万方数据