关于化学沉淀及氧化还原法课件

一、基本原理
物质在水中的溶解能力可用溶解度表示。溶解 度的大小主要取决于物质和溶剂的本性，也与 温度、盐效应、晶体结构和大小等有关。
习惯上溶解度大于1g/100gH2O物质列为可溶物； ＜0.1g/100gH2O的，列为难溶物； 介于两者之间的，列于微溶物。
利用化学沉淀法处理水所形成的化合物都是难 溶物。
3）氢氧化物沉淀法的应用 ①含锌废水的处理
pH = 9 ， 全部以 Zn ( OH )2的形式沉淀 pH>11，Zn(OH)2又溶于碱中，生成
Zn(OH)42-或 ZnO22-离子。 这是因为Zn的氢氧化物是两性的，既可溶于 酸，又可溶于碱。
工程上应用注意的问题
工程上，处理含锌废水时， pH 值应控制在 9 ~ 11的范围内。
硫化物沉淀法经常作为氢氧化物沉淀法的补充法。
2）常用沉淀剂 常用的沉淀剂：H2S、Na2S、K2S、
（NH4)2S、NaHS等，其中前3种淀剂使用较多。 H2S是一种无色、有恶臭且有毒的气体，在
使用时必须注意安全，空气的允许浓度不得超 过0.01mg /L
3）硫化物沉淀法的应用
目前含Hg2+、Zn2+、Cu2+、Pb2+、Cd2+、AsO2- 等废水都 可以采用,其中应用最多的是Hg2+的去除。
npH pKsp 14
(1)金属离子浓度相同时，溶度积Ksp愈小,则开始析出氢氧化物沉
淀的pH值愈低；
(2)同一金属离子，浓度愈大，开始析出沉淀的pH值愈低。
根据各种金属氢氢化物的Ksp值，可计算出某一pH值时溶液中 金属离子的饱和浓度。以pH值为横坐标，以-lg[Mn+]为纵坐标， 即可绘制纯溶液中金属离子的饱和浓度与pH值的关系图。根据 关系图可确定各金属离子沉淀的条件。
与 Zn 具有相似特性的还有 Pb 、 Cr 、 Sn 、 Al 等，此类金属采用氢氧化物沉淀法进行水 处理时 pH 值控制更显得尤为重要，具体控制 条件应以试验为基础。
②冶炼废水处理
冶炼厂的废水中常常含有大量的重金属离 子，采用氢氧沉淀法可以达到较好的处理效果。
国内某冶炼厂采用氢氧化物沉淀法处理重 金属离子废水试验处理前后水质的变化情况见
原理：
✓ 无机汞（Hg2+、Hg+）：在碱性pH值为 8～10下，与硫 化物沉淀反应生成沉淀，溶度积很小，除汞率很高。
✓ 有机汞：先用氯氧化剂将其氧化成无机汞，再通过沉 淀加以去除。
沉淀剂可采用硫化钠（Na2S）或硫氢化钠 （NaHS)与溶解的汞化合物的反应为：
二、 化学沉淀法工艺及设备
流程和设备与化学混凝法相类似。 包括化学药剂（沉淀剂）的配制和投加设备：
(1)化学沉淀剂的配制与投加； (2)沉淀剂与原水混合、反应； (3)固液分离，设备有沉淀池、气浮池等； (4)泥渣处理与利用。
三、化学沉淀法的分类
根据使用沉淀剂不同，化学沉淀法可分为： 氢氧化物沉淀法； 硫化物沉淀法； 钡盐沉淀法等； 其它沉淀法。 沉淀剂用量一般不超过理论用量的 20~50％。
2、硫化物沉淀法
1）原理 金属硫化物的溶解度一般比其氢氧化物的
溶解度小得多，因此，采用硫化物沉淀法可以 比较完全地去除水中的重金属离子。
如以 MS Baidu Nhomakorabea示金属硫化物，则有：
优点：具有去除效率高、适用 pH 值范围大、便 于泥渣中有用物质回收.
缺点：处理费用较高，生成的硫化物沉淀较困 难，常需投加凝聚剂以加强去除效果。
常用氢氧化物溶度积常数
即可根据出水中所要求的金属离子浓度来确定 pH 的控制范围。
表 16-1 列出各种金属氢氧化物的溶度积常数。
但由于废水的水质很复杂，实际上氢氧化物在废 水中的溶解度与 pH 值的关系和上述的计算值有 一定的出入，因此具体控制条件应通过试验来确 定，计算值可供参考。
溶度积常数
1、氢氧化物沉淀法
1）原理 除碱金属和部分碱土金属外，大部分金属 离
子都可以与碱反应生成氢氧化物沉淀而得以 去除。
该法的去除效果与溶液的 pH 值相关，所以 控制反
应的 pH 值范围是该法的关键。
水中金属离子很容易生成各种氢氧化物，其中包括氢 氧化物沉淀及各种羟基络合物，显然，它们的生成条件 和存在状态与溶液pH值有直接关系。如果金属离子以 Mn+表示，则其氢氧化物的溶解平衡为:
2）常用沉淀剂：
沉淀剂：石灰、碳酸钠、苛性钠、石灰石、白云石等。 优点：具有经济、简便、药剂来源广泛等优点，在处理
重金属废水中应用最广。 存在问题：主要是劳动卫生条件较差，石灰品级不稳
定，管道设备易结垢堵塞 (CaSO4, CaF2等） 与腐蚀，沉渣体积庞大，脱水困难。 沉渣问题最为突出，因为氢氧化物沉渣多为胶体状 态，含水率高达95～98%，给脱水造成极大的困难。
关于化学沉淀及氧化 还原法
第一节 化学沉淀法
向废水中投加某些化学药剂,使之与废水中 的某些溶解物质发生化学反应，生成难溶 的沉淀物的方法称为化学沉淀法。
废水中有很多种离子都可以采用以上的原 理从水中沉淀去除。
工业废水中常见危害性大重金属：如 Hg 、 Zn、Cd、Pb 、Cu 等离子和某些非金属 （如 As、F 等）都可以采用化学沉淀法去 除。
在一定温度下，难溶化合物的饱和溶液中，各离子浓度
的乘积称为溶度积，它是一个化学平衡常数，以Ksp表示。难
溶物的溶解平衡可用下列通式表达
Am Bm (固） mAn nBm K sp [ An ]m[Bm ]n
若[An+]m[Bm-]n＜KSP，溶液不饱和，难溶物将继续溶解； [An+]m[Bm-]n=Ksp，溶液达饱和无沉淀产生； [An+]m[Bm-]n ＞Ksp，将产生沉淀，因此，根据溶度积，可以初 步判断水中离子是否能用化学沉淀法来分离以及分离的程度。
K sp [M n ][OH ]n [M n ] K sp /[OH ]n
这是与氢氧化物沉淀共存的 饱和溶液中的金属离子浓度，也 就是溶液在任一pH值条件下，可 以存在的最大金属离子浓度。
图4-28 金属氢氧化物的容度积 与pH值的关系
[M
n
]
K sp
/[ K w [H
]n ]
lg[ M n ] lg K sp n lg K w npH