硫酸亚铁沉淀法处理含钒废水

硫酸亚铁沉淀法处理含钒废水

发表时间：2017-12-12T10:48:39.243Z 来源：《建筑科技》2017年第12期作者：许超1 简虎2

[导读] 钒主要以五价存在于废水中，各种价态钒的离子中，五价钒离子的毒性最大，且溶于水。

1.河钢股份有限公司承德分公司钒钛事业部河北省承德市 067000

2.河钢股份有限公司承德分公司板带事业部河北省承德市 067000

摘要：钒主要以五价存在于废水中，各种价态钒的离子中，五价钒离子的毒性最大，且溶于水。可通过饮水、食物等途径进入人体，对人体健康产生影响，导致急、慢性中毒，对呼吸道有明显的刺激作用；钒化物对肾脏、神经系统、造血系统、心血管系统都有严重的损伤并导致明显的病理变化。因此，政府严格控制含钒废水的排放，处理后的废水也必须尽量回用。同时，钒也被列入《污水综合排放标准》中第一类污染物。本文分析了硫酸亚铁沉淀法处理含钒废水。

关键词：硫酸亚铁；沉淀法；含钒废水；

钒是重要合金元素，钒在工业中的广泛应用使得含钒工业废水的处理迫在眉睫。降低成本，使用环保材料己成为废水处理研究领域中重要课题。

概述

钒是一种非常重要的合金元素，随着我国经济的快速发展，许多行业对钒的需求也越来越大。含钒钢具有强度高、韧性大、耐磨性好等优点，因而广泛应用于机械、汽车、造船、铁路、桥梁等行业，各种钒的化合物也被用作化学反应的催化剂、颜料、油漆、玻璃和陶瓷生产用添加剂等。自然界中钒的含量甚至比锌、镍、铜、铅、锡、锑等金属还要高，但以高品位钒的独立矿物形式存在的却很少，通常伴生在钛磁铁矿、含钒热液矿脉、风化堆积残留矿、含钒铁矿、含钒磷矿等矿床中。因此钒矿进行冶炼时，必须用到多种化学试剂，虽然采用了新型的石煤钒矿湿法提钒工艺，仍有大量的含钒废水产生。目前，对含钒废水的处理分物理、生物和化学三种方法，物理法主要采用吸附和离子交换技术，吸附法由于受吸附剂吸附容量和价格的限制，仅仅适用于低浓度含钒废水的处理；离子交换法处理效果较好，但成本较高也导致其应用范围不大。生物法是一种较为理想的处理方法，成本低且无二次污染，但实际应用还有一定的难度。化学沉淀法在处理含钒废水的应用中最为广泛，如硫酸亚铁沉淀法、铁屑沉淀法和铵盐沉淀法等。硫酸亚铁沉淀法生成的沉淀絮体较小，沉降时间较长，需要进行改进；铁屑沉淀法虽然处理效果较好，但处理此种强酸性废水，会耗费大量的铁屑，反应后溶液的ｐＨ值会有很大变化，不利沉淀的产生；铵盐沉钒则要求钒溶液在90℃以上，因此，针对此废水的特点，选择硫酸亚铁沉淀法来进行处理。

硫酸亚铁沉淀法处理含钒废水

1.实验。一是试剂与材料。实验所用硫酸亚铁、2-[ 5-溴-2 吡啶基) 偶氮] -5-(二乙氨基)苯酚、硫酸、氢氧化钠、磷酸氢二钠、柠檬酸、无水乙醇。以上试剂均为分析纯。试验废水也用模拟含钒废水，用分析纯的偏钒酸铵配制浓度为100mg/L 储备液稀释而得。溶液的初始pH 值用0.1mol/LNaOH 和0.1mol/LH2SO4溶液调节。

2.方法。一是改性沸石的制备。沸石破碎后过80 目筛，再用去离子水洗涤五次后于102℃下烘干待用。称取

3.33g 七水合硫酸亚铁溶300mL 水中，加入经烘干的沸石125g，搅拌30min，静置浸泡5小时，弃去上部清液，用去离子水洗涤3 次后于102℃下烘干待用。二是钒浓度和溶液pH 的测定。溶液中钒浓度的测定吸取一定量钒(V)溶液于50mL 容量瓶中，溶液pH 测定：利用玻璃电极体系进行，每次测定均用标准溶液校准。三是实验方法。在一定浓度的含钒溶液中，加入一定量的改性沸石吸附剂，置于水浴恒温振荡器上，在一定温度下搅拌一定时间后静置，取适量的上部清液用分光光度法测定清液中钒的浓度，每次实验均作空白对比，并计算废水中钒的吸附率及平衡吸附量。

3.结果与分析。一是pH 值对改性沸石吸附的影响。溶液的pH 值不仅影响到溶质在溶液中的存在形式，而且也影响到吸附剂表面的性质，例如吸附剂表面的电荷正负性及电荷密度等。在钒质量浓度为50 mg/L，溶液体积为100mL，改性沸石0.5g，温度为298K，接触时间为24h 的条件下，考察pH对钒吸附效果的影响。硫酸亚铁改性沸石对钒的吸附率随pH 的变化而发生较大改变，说明溶液pH是影响吸附效果的重要因素。pH 小于2 时，去除率随着pH 的升高而增大，pH=2.63 时达到最大，对钒的吸附率达到91.56%，然后随着pH 升高而去除率有所降低。这和溶液中钒的存在状态有很大关系。在pH 小于等于2 时，溶液中的钒主要以阳离子形式存在，而亚铁离子在酸性环境中带正电，因而存在同性斥力，不利于吸附，吸附率较低。当pH 大于2 时，溶液中的钒主要以钒酸根阴离子存在，与改性沸石上带正电的亚铁离子发生较强的电荷作用，因而钒（Ⅴ）的吸附率较高。二是含钒溶液处理前后pH 的变化。随pH 的增大，处理后含钒溶液的pH 增大。处理后溶液的pH 较处理前均有所提高。在pH 为2.63～5.75 的范围内，处理后溶液的pH值变化并不显著，说明经亚铁盐改性的沸石对溶液的pH 有较强的缓冲性能，有利于对钒的吸收和溶液pH 的控制。这可能是因为改性后沸石表面吸附了大量的二价铁离子，而亚铁离子又结合了改性沸石在吸附钒酸根时同时释放出一部分，使溶液pH 升高。因此在一定pH 的范围内无须调节溶液pH 就可以对钒酸根有较好的去除效果。三是改性沸石投放量。在钒质量浓度为50 mg/L，溶液体积为100mL，pH 为2.63，温度为298K，接触时间为24h 的条件下，考察改性沸石的投加量对钒吸附效果的影响，随着改性沸石投加量的增加，对钒的吸附率也增加。当改性沸石投加量为0.5g时，吸附率达到

91.45%，再继续增加改性沸石投加量，对钒的吸附率已经出现缓慢增大的趋势。，因此，此条件下改性沸石最佳投加量为0.5g。四是吸附时间对钒吸附率的影响在钒质量浓度为50 mg/L 的溶液体积100mL，pH 为2.63，改性沸石的投加量为0.5g，温度为298K 的条件下，考察吸附时间对吸附钒效果的影响。钒的去除率随着吸附时间的增加而提高，改性沸石吸附16h 后，钒的去除率可达到83.15%，24h 后可以达到90%以上，且趋于稳定，这说明改性后的沸石吸附钒24h 时基本上达到最大且恒定，此时在改性沸石表面吸附达到平衡。五是温度对吸附率的影响。在钒质量浓度为50mg/L 的溶液体积100mL，pH 为2.63，改性沸石的投加量为0.5g，接触时间为24h 的条件下，考察温度对除钒效果的影响，随温度的升高，去除率略有下降，说明改性沸石对吸附过程是放热过程，温度升高，对吸附反应不利。但是去除率随温度升高降幅不明显，说明温度对吸附的影响不大。为方便起见，本实验选298K 为溶液温度。

4.机理分析。沸石是一种架状多孔性结构的含水铝硅酸盐天然矿物晶体，铝硅结构本身带负电荷等阳离子平衡，使其具有良好的离子交换能力，由于天然沸石表面带负电荷，因此不能有效的吸附水中的钒酸根阴离子，经过亚铁阳离子改性后，其表面性质发生了很大的改变，使天然沸石表面带正电荷，从而对钒酸根阴离子的吸附能力有了很大的提高。改性后的沸石除钒的作用主要包括三个方面，一是离子