含砷石灰铁盐渣的基础问题研究

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本课题以某有色金属公司“污酸”废水处理产生的含砷石灰铁盐渣为研究对象,对其基本性质以及在各种条件下的浸出行为进行研究,采用水泥、药剂等对含砷石灰铁盐渣进行稳定化处理,并研究了氨浸出法回收废渣中的铜、锌,为含砷石灰铁盐渣的危害性评估、无害化以及资源化提供基础数据。本论文采用XRF、SEM-EDX以及Tessier连续提取法分析含砷石灰铁盐渣的化学组成、表面形貌及重金属的形态分布,实验结果表明含砷石灰铁盐渣的成分很复杂,该渣颗粒大小不均,少以结晶体存在,呈疏松状。该渣中砷主要为可交换离子态和残渣态;镉、铜和锌主要以铁锰氧化结合态和残渣态存在;铅主要以残渣态存在。这表明含砷石灰铁盐渣中的部分重金属迁移性很强,可以直接释放到自然中危害生物,还有一部分重金属在酸雨条件下可以发生转化,从而渗透入环境,潜在地影响生物,因此含砷石灰铁盐渣对生物的潜在危害极大,必须妥善处理。本研究通过模拟含砷石灰铁盐渣在特定的浸取剂中以及模拟酸雨下的浸出行为,反映含砷石灰铁盐渣对环境的潜在污染性。砷及其他重金属的浸出受浸取剂pH值影响很大,砷和其他重金属的浸出浓度在很短的时间内就达到平衡,说明该渣中砷和其他重金属易于浸出。在酸雨浸泡下,砷的浸出浓度分别达到11.00mg/L(pH=5)、13.73mg/L(pH=4),具有极强的毒性。煅烧后的含砷石灰铁盐渣的浸出特性表明,煅烧可以作为重金属稳定化的方法,但不能作为砷稳定化的方法。本论文采用两种方法对含砷石灰铁盐渣进行稳定化处理,确定了其稳定化处理的最佳条件。以水泥、粉煤灰、黄砂、累托石等固化含砷石灰铁盐渣的最佳配料为:w(砷渣)=45%、w(水泥)=35%、w(累托石)=10%、w(粉煤灰)=5%、w(黄沙)=5%,陈化时间选为2h。采用药剂对该渣进行稳定化处理,以硫酸亚铁作为添加药剂,Fe:As摩尔比为3.0,在常温下,反应60min。两种方法处理后含砷石灰铁盐渣中砷的浸出浓度都降到0.5mg/L以下。本论文研究了氨浸法浸出铜、锌的动力学,为含砷石灰铁盐渣的综合利用提供依据。实验结果表明:采用氨水-碳酸铵体系浸出含砷石灰铁盐渣中的铜、锌,总氨浓度为5mol/L,[NH3]:[NH4+]的摩尔浓度比2:3,液固比为4:1,在常温下,铜、锌的浸出率大于60%,由实验数据建立了符合扩散控制的动力学模型,并通过Arrhenius经验公式,求得铜、锌浸出的表观活化能分别为41.125kJ/mol、32.245KJ/mol。铜的浸出动力学方程为:1-2α/3-(1-α)2/3=10297×exp(-41125/RT)t,锌的浸出动力学方程为:1-2α/3-(1-α)2/3=232×exp(-32245/RT)t本课题对含砷石灰铁盐渣的基本性质以及在各种条件下的浸出行为进行了研究,采用水泥、药剂对含砷石灰铁盐渣进行稳定化处理,同时采用氨浸出法回收废渣中的铜、锌,建立了铜、锌浸出的动力学模型,为含砷石灰铁盐渣的无害化以及资源化提供基础数据。
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