化学沉淀
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第8章 化学沉淀
Chemical Precipitation
第一节 化学沉淀基本知识
1、化学沉淀法定义 化学沉淀法是向污水中投加某种化学物质，使 它与污水中的溶解物质发生化学反应，生成难溶于 水的沉淀物，以降低污水中溶解物质的方法。
主要针对废水中的阴、阳离子。
第一节 化学沉淀基本知识
2、处理对象
= mm•nn•Sm+n
S M m N n m n
LM m N n m n
m n
第一节 化学沉淀基本知识
(3) 分级沉淀
当溶液中有多种离子能与同一种离子生成沉淀时， 可通过溶度积原理来判断生成沉淀的顺序称为分级沉淀。 如：溶液中同时存在 Ba2+ 、 CrO42- 、 SO42-, 何种离子 首先发生沉淀析出？ Ba2+ + SO42- == BaSO4↓ LBaSO4 = 1.1×10-10 Ba2+ + CrO42- == BaCrO4↓ LBaCrO4= 2.3×10-10 判断分级沉淀的先后，要以离子浓度乘积与溶度积L 的关系为指标，看是否满足沉淀的条件。
④卤化物沉淀法
利用AgCl沉淀回收银： Ag++ Cl- = AgCl↓ (Ksp = 1.56×10-10) 利用CaF2沉淀去除F-： Ca2+ +2F-=CaF2 ↓ (Ksp= 4×10-11)
第二节 常用化学沉淀法 ⑤ 还原沉淀法
制革行业含铬废水的处理，六价铬须 先还原成三价铬，然后再用石灰沉淀。去 除效率高(98-99%)。
第二节 常用化学沉淀法
c、沉淀分离
可加入石灰或其它碱。 Cr3+ + OH- → Cr(OH)3 ↓ 其它除六价铬方法：
根据BaCrO4和BaCO3溶度积大小的不同， 也可采用BaCO3法除六价铬：
BaCO3+K2Cr2O7=2BaCrO4+K2CO3+ CO2↑
⑥其他沉淀过程
有机试剂沉淀 有机试剂沉淀主要利用有机试剂和废水中的无 机或有机污染物发生反应，形成沉淀从而分离。 如：含酚的有机废水，可用甲醛沉淀剂将苯酚缩 合成酚醛树脂沉淀析出。 该过程去除污染物的效果好，但试剂往往价 格昂贵，同时为避免二次污染，有机试剂的用量
第一节 化学沉淀基本知识
MmNn == mM n+ + nNm-
溶度积常数: LMmNn=[Mn+]m•[Nm-]n
式中：[Mn+]—表示金属阳离子摩尔浓度，（mol/L）；
[Nm-]—表示阴离子摩尔浓度（mol/L）。
第一节 化学沉淀基本知识
根据溶度积原理判断溶液中是否有沉淀产
生： A 、离子积[Mn+]m•[Nm-]n < LMmNn时， 溶液未饱和，全溶，无沉淀。 B 、离子积[Mn+]m•[Nm-]n = LMmNn时，
第二节 常用化学沉淀法
② 硫化物沉淀法
向废水中加入硫化氢、硫化钠或硫化钾等沉 淀剂，与待处理物质反应生成难溶硫化物沉淀。 硫化物沉淀法能用于处理大多数含重金属的 废水。
LHgS =4×10―53 LCuS =8×10―37 LPbS =3.2×10―28 LCdS =1.6×10―28
第二节 常用化学沉淀法
第二节 常用化学沉淀法 ③碳酸盐沉淀法
金属离子碳酸盐的溶度积很小，对于高浓度的 重金属废水，可投加碳酸盐进行回收。
此法可去除或回收Mn2+、Zn2+、Pb2+、Cu2+、 Ca2+、Mg2+(水软化)。
沉 淀 剂 ： Na2CO3 、 NaHCO3 、 NH4HCO3 、 CaCO3等。
第二节 常用化学沉淀法
根据溶度积大小，硫化物沉淀析出的顺序是：
As5+ > Hg2+ > Ag+ >As3+ > Bi3+ > Cu2+ >Pb2+ > Cd2+ > Sn2+ > Co2+ >Zn2+ >Ni2+ >Fe2+ > Mn2+ 常用的沉淀剂： Na2S、NaHS、K2S、H2S 等。 缺点：生成的难溶盐的颗粒粒径很小，分离困难， 可投加混凝剂进行共沉。
第二节 常用化学沉淀法
例： (1) 对于无机汞 2Hg+ + S2- → Hg2S↓ → HgS +Hg 适宜pH 8-10 Hg2+ + S2-→ HgS↓ （2）对于有机汞化合物，经氯化处理后，也可用 硫化钠除汞。 注意：用硫化物沉淀法处理含汞废水时， S2-量不 能过量太多，因过量 S2- 与 HgS 生成 HgS22- 络离子而 溶解，影响汞的去除。
达到排放标准 <0.1mg/L ，出水 pH 值最低应为多
少？ （25℃时，Cd(OH)3的溶度积为2.2×10-14）
a 金属离子浓度相同时，溶度积小的开始 沉淀析出的pH越低。 b 同一金属离子，浓度越大，开始沉淀析 出的pH越低。 沉淀剂：NaOH、 石灰、Na2CO3、 NaHCO3等。
第二节 常用化学沉淀法
例题： 已知 [Fe3+]= 0.01mol/L，要使有 Fe(OH)3 沉淀析出，pH应多大？
（Fe(OH)3的LFe(OH)3=3.8×10-38。）
a、 pH调整： 将含铬废水用硫酸将 pH 调至 2-3 ，在 此pH值下Cr6+可以有效地被还原为Cr3+。
第二节 常用化学沉淀法 b、还原处理 含铬废水处理常用的还原剂有：硫酸亚 铁、焦亚硫酸钠、硫化钠，也可用工业废 气中的SO2作还原剂。 还原效率与 pH 、反应时间及还原剂的性 质有关。 Cr6+ + Fe2+ + H+ → Cr3+ + Fe3+ Cr6+ + SO2 + H+ → Cr3+ + SO42-
解：据溶度积原理，要是某一金属离子（ Mn+ ） 生成氢氧化物沉淀，则需要满足：
[Mn+]•[OH-]n >LM(OH)n 即 [Fe3+]•[OH-]3 > 3.8×10-38 有 pOH <11.8 即 pH > 2.2 ，
即：要使 0.01mol/L 的 Fe3+ 析出 Fe(OH)3 沉淀， 溶液pH应大于2.2。
பைடு நூலகம்
第一节 化学沉淀基本知识 (2) 溶解度与溶度积常数的关系
难溶盐在溶液中的溶解度用 S(或SMmNn)表 示，是沉淀溶解平衡时某物质的体积摩尔浓 度，即 S＝c饱和，单位是mol· dm－3。
MmNn == mM n+ + nNm-
mS
nS
第一节 化学沉淀基本知识 由 LMmNn=[Mn+]m•[Nm-]n 有 LMmNn =(mS)m•(nS)n
设氢氧化物M(OH)n， M(OH)n == Mn+ + n OH 有：LM(OH)n = [Mn+]•[OH-]n
同时水的离子积: Kw [ H ][OH _ ] 1014
第二节 常用化学沉淀法
同时水的离子积: Kw [ H ][OH _ ] 1014 得： lg[ M n ] 14n npH lg LM (OH ) n 1 LM (OH ) n pH 14 lg n [M n ]
溶液正好饱和，无沉淀。
C 、离子积[Mn+]m•[Nm-]n > LMmNn时， 形成MmNn沉淀。
第一节 化学沉淀基本知识
根据以上原理，可用它来去除废水中的金 属离子 Mn+ 。为了去除废水中的 Mn+ 离子，向其 中 投 加 具 有 Nm- 离 子 的 某 种 化 合 物 ， 使 得 [Mn+]m•[Nm-]n > LMmNn，形成MmNn沉淀，从而 降低废水中的 Mn+离子。具有这种作用的化学物 质为沉淀剂。
必须较为准确的计算。
磷酸铵镁沉淀（鸟粪石沉淀） 磷酸铵镁化学沉淀过程去除废水中的氨氮具 有处理效果好、工艺简单等优点；可用于无法应 用生物法处理的强毒性废水中的氨氮的去除。
Mg2+ + NH4+ + PO43- + 6H2O→ MgNH4PO4•6H2O↓
习题：
用氢氧化物沉淀法处理含镉废水，若使镉
(1) 废水中的重金属离子及放射性元素：如
Cr3+、Cd3+、Hg2+、Zn2+、Ni2+、Cu2+、Pb2+、
Fe3+等。 (2) 给水处理中去除钙，镁硬度。 (3) 某些非金属元素：如S2-、F-等。
第一节 化学沉淀基本知识
3、沉淀的条件
(1) 难溶盐溶度积
在一定条件下，在含有难溶盐MnNn（固体） 的饱和溶液中，各种离子浓度的乘积为一常数， 称为溶度积常数，记为LMnNn。
第二节 常用化学沉淀法
1、化学沉淀法的工艺流程
沉淀剂 排水 混 合 分 离 排水
处理与利用
第二节 常用化学沉淀法 2、常用的化学沉淀方法
① 氢氧化物沉淀法
② 硫化物沉淀法
③ 碳酸盐沉淀法
④ 卤化物沉淀法
⑤ 还原沉淀法
第二节 常用化学沉淀法 ① 氢氧化物沉淀法
氢氧化物沉淀法在一定的 pH条件下，重金属 离子生成难溶于水的氢氧化物沉淀而得到分离。
Chemical Precipitation
第一节 化学沉淀基本知识
1、化学沉淀法定义 化学沉淀法是向污水中投加某种化学物质，使 它与污水中的溶解物质发生化学反应，生成难溶于 水的沉淀物，以降低污水中溶解物质的方法。
主要针对废水中的阴、阳离子。
第一节 化学沉淀基本知识
2、处理对象
= mm•nn•Sm+n
S M m N n m n
LM m N n m n
m n
第一节 化学沉淀基本知识
(3) 分级沉淀
当溶液中有多种离子能与同一种离子生成沉淀时， 可通过溶度积原理来判断生成沉淀的顺序称为分级沉淀。 如：溶液中同时存在 Ba2+ 、 CrO42- 、 SO42-, 何种离子 首先发生沉淀析出？ Ba2+ + SO42- == BaSO4↓ LBaSO4 = 1.1×10-10 Ba2+ + CrO42- == BaCrO4↓ LBaCrO4= 2.3×10-10 判断分级沉淀的先后，要以离子浓度乘积与溶度积L 的关系为指标，看是否满足沉淀的条件。
④卤化物沉淀法
利用AgCl沉淀回收银： Ag++ Cl- = AgCl↓ (Ksp = 1.56×10-10) 利用CaF2沉淀去除F-： Ca2+ +2F-=CaF2 ↓ (Ksp= 4×10-11)
第二节 常用化学沉淀法 ⑤ 还原沉淀法
制革行业含铬废水的处理，六价铬须 先还原成三价铬，然后再用石灰沉淀。去 除效率高(98-99%)。
第二节 常用化学沉淀法
c、沉淀分离
可加入石灰或其它碱。 Cr3+ + OH- → Cr(OH)3 ↓ 其它除六价铬方法：
根据BaCrO4和BaCO3溶度积大小的不同， 也可采用BaCO3法除六价铬：
BaCO3+K2Cr2O7=2BaCrO4+K2CO3+ CO2↑
⑥其他沉淀过程
有机试剂沉淀 有机试剂沉淀主要利用有机试剂和废水中的无 机或有机污染物发生反应，形成沉淀从而分离。 如：含酚的有机废水，可用甲醛沉淀剂将苯酚缩 合成酚醛树脂沉淀析出。 该过程去除污染物的效果好，但试剂往往价 格昂贵，同时为避免二次污染，有机试剂的用量
第一节 化学沉淀基本知识
MmNn == mM n+ + nNm-
溶度积常数: LMmNn=[Mn+]m•[Nm-]n
式中：[Mn+]—表示金属阳离子摩尔浓度，（mol/L）；
[Nm-]—表示阴离子摩尔浓度（mol/L）。
第一节 化学沉淀基本知识
根据溶度积原理判断溶液中是否有沉淀产
生： A 、离子积[Mn+]m•[Nm-]n < LMmNn时， 溶液未饱和，全溶，无沉淀。 B 、离子积[Mn+]m•[Nm-]n = LMmNn时，
第二节 常用化学沉淀法
② 硫化物沉淀法
向废水中加入硫化氢、硫化钠或硫化钾等沉 淀剂，与待处理物质反应生成难溶硫化物沉淀。 硫化物沉淀法能用于处理大多数含重金属的 废水。
LHgS =4×10―53 LCuS =8×10―37 LPbS =3.2×10―28 LCdS =1.6×10―28
第二节 常用化学沉淀法
第二节 常用化学沉淀法 ③碳酸盐沉淀法
金属离子碳酸盐的溶度积很小，对于高浓度的 重金属废水，可投加碳酸盐进行回收。
此法可去除或回收Mn2+、Zn2+、Pb2+、Cu2+、 Ca2+、Mg2+(水软化)。
沉 淀 剂 ： Na2CO3 、 NaHCO3 、 NH4HCO3 、 CaCO3等。
第二节 常用化学沉淀法
根据溶度积大小，硫化物沉淀析出的顺序是：
As5+ > Hg2+ > Ag+ >As3+ > Bi3+ > Cu2+ >Pb2+ > Cd2+ > Sn2+ > Co2+ >Zn2+ >Ni2+ >Fe2+ > Mn2+ 常用的沉淀剂： Na2S、NaHS、K2S、H2S 等。 缺点：生成的难溶盐的颗粒粒径很小，分离困难， 可投加混凝剂进行共沉。
第二节 常用化学沉淀法
例： (1) 对于无机汞 2Hg+ + S2- → Hg2S↓ → HgS +Hg 适宜pH 8-10 Hg2+ + S2-→ HgS↓ （2）对于有机汞化合物，经氯化处理后，也可用 硫化钠除汞。 注意：用硫化物沉淀法处理含汞废水时， S2-量不 能过量太多，因过量 S2- 与 HgS 生成 HgS22- 络离子而 溶解，影响汞的去除。
达到排放标准 <0.1mg/L ，出水 pH 值最低应为多
少？ （25℃时，Cd(OH)3的溶度积为2.2×10-14）
a 金属离子浓度相同时，溶度积小的开始 沉淀析出的pH越低。 b 同一金属离子，浓度越大，开始沉淀析 出的pH越低。 沉淀剂：NaOH、 石灰、Na2CO3、 NaHCO3等。
第二节 常用化学沉淀法
例题： 已知 [Fe3+]= 0.01mol/L，要使有 Fe(OH)3 沉淀析出，pH应多大？
（Fe(OH)3的LFe(OH)3=3.8×10-38。）
a、 pH调整： 将含铬废水用硫酸将 pH 调至 2-3 ，在 此pH值下Cr6+可以有效地被还原为Cr3+。
第二节 常用化学沉淀法 b、还原处理 含铬废水处理常用的还原剂有：硫酸亚 铁、焦亚硫酸钠、硫化钠，也可用工业废 气中的SO2作还原剂。 还原效率与 pH 、反应时间及还原剂的性 质有关。 Cr6+ + Fe2+ + H+ → Cr3+ + Fe3+ Cr6+ + SO2 + H+ → Cr3+ + SO42-
解：据溶度积原理，要是某一金属离子（ Mn+ ） 生成氢氧化物沉淀，则需要满足：
[Mn+]•[OH-]n >LM(OH)n 即 [Fe3+]•[OH-]3 > 3.8×10-38 有 pOH <11.8 即 pH > 2.2 ，
即：要使 0.01mol/L 的 Fe3+ 析出 Fe(OH)3 沉淀， 溶液pH应大于2.2。
பைடு நூலகம்
第一节 化学沉淀基本知识 (2) 溶解度与溶度积常数的关系
难溶盐在溶液中的溶解度用 S(或SMmNn)表 示，是沉淀溶解平衡时某物质的体积摩尔浓 度，即 S＝c饱和，单位是mol· dm－3。
MmNn == mM n+ + nNm-
mS
nS
第一节 化学沉淀基本知识 由 LMmNn=[Mn+]m•[Nm-]n 有 LMmNn =(mS)m•(nS)n
设氢氧化物M(OH)n， M(OH)n == Mn+ + n OH 有：LM(OH)n = [Mn+]•[OH-]n
同时水的离子积: Kw [ H ][OH _ ] 1014
第二节 常用化学沉淀法
同时水的离子积: Kw [ H ][OH _ ] 1014 得： lg[ M n ] 14n npH lg LM (OH ) n 1 LM (OH ) n pH 14 lg n [M n ]
溶液正好饱和，无沉淀。
C 、离子积[Mn+]m•[Nm-]n > LMmNn时， 形成MmNn沉淀。
第一节 化学沉淀基本知识
根据以上原理，可用它来去除废水中的金 属离子 Mn+ 。为了去除废水中的 Mn+ 离子，向其 中 投 加 具 有 Nm- 离 子 的 某 种 化 合 物 ， 使 得 [Mn+]m•[Nm-]n > LMmNn，形成MmNn沉淀，从而 降低废水中的 Mn+离子。具有这种作用的化学物 质为沉淀剂。
必须较为准确的计算。
磷酸铵镁沉淀（鸟粪石沉淀） 磷酸铵镁化学沉淀过程去除废水中的氨氮具 有处理效果好、工艺简单等优点；可用于无法应 用生物法处理的强毒性废水中的氨氮的去除。
Mg2+ + NH4+ + PO43- + 6H2O→ MgNH4PO4•6H2O↓
习题：
用氢氧化物沉淀法处理含镉废水，若使镉
(1) 废水中的重金属离子及放射性元素：如
Cr3+、Cd3+、Hg2+、Zn2+、Ni2+、Cu2+、Pb2+、
Fe3+等。 (2) 给水处理中去除钙，镁硬度。 (3) 某些非金属元素：如S2-、F-等。
第一节 化学沉淀基本知识
3、沉淀的条件
(1) 难溶盐溶度积
在一定条件下，在含有难溶盐MnNn（固体） 的饱和溶液中，各种离子浓度的乘积为一常数， 称为溶度积常数，记为LMnNn。
第二节 常用化学沉淀法
1、化学沉淀法的工艺流程
沉淀剂 排水 混 合 分 离 排水
处理与利用
第二节 常用化学沉淀法 2、常用的化学沉淀方法
① 氢氧化物沉淀法
② 硫化物沉淀法
③ 碳酸盐沉淀法
④ 卤化物沉淀法
⑤ 还原沉淀法
第二节 常用化学沉淀法 ① 氢氧化物沉淀法
氢氧化物沉淀法在一定的 pH条件下，重金属 离子生成难溶于水的氢氧化物沉淀而得到分离。