离子交换处理金属废物的应用.doc

离子交换处理金属废物的应用 翻译：冯雷刚 2007-8-6 在处理金属废弃物方面，离子交换工艺已经成为一个很有价值的应用，包括电镀、金属加工和其他工业过程如：一些易引起环境破坏的有害金属的回收。离子交换也是浓缩和回收贵重金属的一个简便途径，如铜、铬。使用选择性高的离子交换树脂可以进行某些特殊应用如黄金、白金、银的回收。 离子交换在富集金属方面是很重要的应用，金属可以通过不同的形式被去除，如氰化物、氯化物和其他化合物。选择一种离子交换工业之前，了解化合物的存在形式和金属离子的价态是必需的。金属加工过程的化学变化对处理工艺的选择变得非常重要。 金属的富集度的高低是选择离子交换工艺的一个重要因素。富集能力受不同金属离子的浓度、pH、树脂类型、柱床的设计、再生方法、所用酸碱的浓度。 实际上，金属的回收主要采用电解沉淀和溶剂提取的方法。最理想的回收方式往往会受到如何从柱床上收集金属的问题的限制。 在决定选择哪种处理工艺之前，全面可行的分析是基础。分析不仅是针对待处理的金属，还有其他成分，如钙、镁、钠、以及相关的阳离子。如果废弃物主要成分是盐，只含微量的金属，那么应该考虑使用选择性的树脂。另一种情况，如果金属浓度超过0.1%，则应该采用抛光离子交换进行沉淀工艺。 在不同的工业领域，废物处理过程中的难题是相当多。每个工厂根据其侧重点不一样都有一个特定环境限制。从离子交换的角度来看，应该避免使用含悬浮物的溶液、油状物、去污剂等。无论什么时间进行离子交换，之前都应该考虑是否已经进行了沉淀和过滤，这是一种好的习惯。 离子交换过程 在金属处理领域，通常采用单个柱结构的离子交换，即一个阳离子树脂柱接一个阴离子交换柱。最后的流出液一般是去离子的溶液，可以循环使用于漂洗过程。示例如下： 工艺结束后再生，阳离子交换树脂一般用硫酸、盐酸再生，阴离子树脂用苛性钠。根据处理水的组成确定树脂的确切用量，以处理水的质量和毒性的控制要求确定循环周期。用过的再生剂可于作金属的回收或者按要求的沉淀工艺。 这个工艺中的交换容量是根据中试规模的数据和相关于特定金属的理论（估计）容量得出的。尽管普通水与树脂反应方面的数据有很多，但关于金属如铜、镍、锌、镉，在树脂应用方面的数据并不多。对于铬，无论强碱还是弱碱阴离子交换树脂都有相当广泛的研究。幸好，大多数有毒金属可与阳离子交换树脂形成强的亲和力，因而第一次估计某金属的交换容量时可参考钙和镁在这方面的数据。泄漏是另一个难题，按照生产的要求，一些中试车间必须做到低泄漏。（金属中混合成分的干扰和原水成分也是非常复杂，要求工业用水，如果 精确度有要求。）锌与钙亲和力有显著的相似性。 离子交换工艺的技术问题 在总结具体的金属处理工艺之前，需要指出一点，习惯于水处理工艺的工人并不一定就知道电镀行业的技术操作。例如，电镀工艺所采用的浓度单位是盎司每加仑和磅每加仑，而水处理工人熟悉的单位是ppm和百分比。交换容量通常用CaCO3的千克每立方英尺和等量的每升。电镀工人习惯用多少磅金属每立方英尺。单位转换因子见表1。 如果在某个特定工艺中考虑金属的具体含量，转换因子是有用的。了解金属离子的存在状态的选择性是很重要的，因为这对工艺设计中浓度的推算、交换容量等因素影响很大。下表2是一个有毒金属废水处理的例子。可以推算出有毒金属的实际含量。 对于废水中的普通金属的研究已经有很多报道，有些交换容量的数据可应用于再生水平。通过这些数据，可以估算铜、锌、镉。铬的交换容量也是可用的。表3-10总结这些元素的相关数据。 这些表中的数据可用来确定水中有毒金属的容量。采用水质分析，表2中有个例子可以说明。铜、锌、镉、铬的估算与他们在水中的浓度相关。如果我们假设水已经采用强酸阳离子交换剂（使用6 lbs HCL/ft3再生水平）处理过， 那么由于其他成分添加到了水中，二价阳离子的混合物很可能已经被破坏。 考虑到漂洗过程中的去离子水的再生和钙、镁的脱除，现在如果工艺改变，表8中的水分析结果最有代表性。 这些考虑因素表明，原水处理工艺和金属处理工艺是有本质区别的。只要金属溶液不与各种清洁剂混合，漂洗过程的水的再生将节省很大的成本。含有去污剂的溶液容易污染树脂或者将一些废物如油带入树脂中。任何东西与废物混合在一起的时候，都要确保对混合程度有一个稳定的评测方法。 铅和汞，这两种有毒元素采用通常的二价毒性金属的处理方式并不适合。铅作为二价阳离子存在时，理论推算它的实际交换容量在3-6 参考文献：