离子交换法分离含钒废水的研究

离子交换法分离含钒废水的研究1.引论《离子交换》[1.1]一书中明确说明，离子交换剂被广泛应用于贵金属的精炼过程中。用Ky—2阴离子交换剂可以实现铜离于与铁、铝、钒离于的分离或钒离子与铁离子的分离。《离子交换应用技术》[1.2]一书中说阴离于交换剂用10％的氨溶液处理，可以把95—97％的吸附了的钒以钒酸铵的形式提取出来。其它书中也有相近论述，所以采用离子交换法可以分离钒。2.原理（1）总述离子交换树脂为一带有极性基团的高分子化合物,其结构可分为三部分①不溶性高分子骨架②骨架上有极性基团③极性基团可以电离的离子。可电离的离子可与溶液中的同性离子按照定量关系发生离子交换反应,该反应是可逆的。这就是树脂能够进行离子交换和再生的原因。在废液中,有多种阴离子,如钒酸根，硫酸根，硅酸根等。该溶液体系与阴离子树脂进行离子交换反应时,钒酸根阴离子基团交换势远远大于其它阴离子的交换势,故用阴离子交换树脂可以将钒酸根阴离子与溶液中的其它阴离子基团或金属阳离子很好地分离。（2）离子交换技术及交换过程雷兆武等[1]描述说离子交换法是利用重金属离子与离子交换树脂发生离子交换,使废水中重金属浓度降低,从而使废水得以净化的方法。离子交换树脂交换吸附饱和后进行再生。再生是利用再生剂中的离子在浓度占绝对优势的情况下,将离子交换树脂上的离子洗脱下来,使离子交换树脂恢复其交换能力。离子交换树脂是一种在交联聚合物结构中含有离子交换基团的功能高分子材料。离子交换树脂不溶于酸、碱溶液及各种有机溶剂,结构上属于既不溶解、也不熔融的多孔性固体高分子物质。每个树脂颗粒都由交联的具有三维空间立体结构的网络骨架构成,在骨架上连接着许多较为活泼的功能基。这种功能基能离解出离子,可以与周围外边离子相互交换。离子交换树脂的单元结构由三部分组成:不溶性的三维空间网状骨架、连接在骨架上的功能基团和功能基团所带的相反电荷的可交换离子。离子交换技术是一种液相组份分离技术,具有优异的分离选择性与很高的浓缩倍数,操作方便,效果突出。因此采用离子交换可以实现从废水中去除重金属离子,或分离物质。在应用离子交换处理重金属废水过程中,其离子交换过程可分为以下几个步骤:(1)废水中的重金属离子通过对流和扩散到达树脂表面的静止液膜。(2)重金属离子通过静止液膜扩散到树脂表面。(3)重金属离子在树脂内部进一步扩散。(4)扩散进入的重金属离子与树脂上的可交换离子发生交换。(5)交换下的离子在树脂内部扩散。(6)交换下的离子通过静止液膜扩散进入溶液。3.实验研究成果及应用王斌[2]在实验中，使离子交换树脂在常温下、在不同值及不同吸附时间下进行静态吸附实验选用不同解吸剂,在常温下和不同解吸时间下进行静态解吸实验优选出吸附或解吸效果好的树脂进行动态条件实验。采用离子交换法能够很好地除去浸出液中大部分杂质,并能使钒得到富集不同树脂对钒的吸附均受吸附时间、溶液值等实验条件的影响,不同解吸剂与解吸时间也会影响树脂解吸的效果。曾理等[3]研究表明氯型树脂和硫酸型树脂在吸附工作容量上基本无差别。随着吸附速度的增加(即吸附料液与树脂接触时间的减少),树脂的吸附工作容量减小,但即使在30min的吸附接触时间条件下,吸附工作容量仍能达到171mg·ml-1湿树脂以上。pH=3和4条件下的吸附工作容量差别不大。因此,树脂在较宽幅度的pH值条件下仍能保持对钒良好的吸附性能。在料液pH=4,60min的接触时间、硫酸型树脂和室温条件下,树脂的吸附工作容量可达到260mg·ml-1湿树脂以上。采用NaOH溶液作为负载钒树脂的解吸剂,解吸效果好,当NaOH溶液浓度为3mol·L-1时,解吸液钒浓度最高达到160g·L-1以上。郝喜才等[4]在研究离子交换法回收废钒催化剂中钒的研究时发现离子交换树脂种类的选择及酸度对其吸附性能和钒溶液质量分数对树脂交换容量产生影响，他们对多种树脂进行了选择对比试验,结果表明901树脂效果较好。试验主要将其与回收废钒催化剂常用的717树脂进行了对比,吸附试验在装有湿树脂14g的玻璃柱(直径16mm,高400mm)中进行。对氧化后的钒溶液,在静态条件下测定717、901两种树脂的交换容量与交换的pH。717树脂最大的交换容量出现在pH=6～7,其容量C(V2O5)为98.4mg/mL。901树脂吸附钒的适宜pH在3～4,当pH=3.5时,901树脂的交换容量为235.2mg/mL。此外,901树脂易于再生,转成氯型后,能完全恢复吸附能力,无杂质积累。因此,试验选定901树脂。在离子交换吸附钒的过程中,钒以多钒酸根阴离子形式被树脂吸附,而钒在溶液中的状态除了同pH密切相关外,溶液质量分数的高低也影响钒的缩合状态。此外,离子交换的动力学也不同于一般的化学反应。在离子交换进行中,钒酸根离子和氯离子经过了膜扩散和等当量交换的过程,质量分数的高低也影响扩散速度和交换能力。研究表明,当钒溶液的质量分数大于3.5g/L时,吸附率明显下降。故钒溶液的质量分数应小于3.5g/L为宜。宋阜[5]在研究分离富集钨酸钠溶液中的钒时也探究了分离钒的条件。树脂类型，pH值，流速，钒浓度对钒吸附的影响并得到如下结论：将含钒钨酸钠溶液调pH至8～10,通过经盐酸转型的某型号树脂吸附,钒被有效吸附于树脂上,钨绝大部分不被吸附进入交后液,从而达到钨钒分离并富集钒的目的。曾添文等[6]经实验得出201×7，201×2树脂对钒的铵盐浸出液，在pH7.2~8.2效果都较好。当控制交换速度在0.09ml/min·g，pH在7.5左右，温度45℃左右，吸附率达99.2%以上，工作吸附容量达155mg/g湿树脂。不同pH下，溶液中钒阴离子的存在形式不同，当溶液中钒原子数：钒阴离子价数的比值(m/n)越大，树脂的吸附容量越大。饱和树脂采用(120g/LNaCl+60g/LNH4Cl)淋洗剂脱洗，脱洗效果好，脱洗液平均合格浓度达30g/L以上，沉淀的NH4HCO3经灼烧成V2O5的纯度大于99%。付自碧等[7]经研究得到如下结论，(1)离子交换余液的循环使用对钒浸出率无明显影响,钒浸出率在75%～80%范围内波动,平均为76.46%。(2)离子交换余液在循环使用过程中,溶液中的SiO2没有富集;P、SO2-4和Na+有一定的富集,其中P、SO2-4可以通过石灰中和的方式沉淀除去;Na+富集到一定程度后,在溶液中将达到动态平衡,不影响溶液的循环。(3)以SO2-4型D201树脂替代Cl-型D201树脂进行离子交换,可以避免因Cl-浓度增高对溶液循环产生影响,进一步提高溶液循环次数。(4)离子交换余液的循环使用不影响浸出液的净化除杂效果。参考文献[1.1]离子交换树脂作者:王方编译出版日期:1989年03月第1版[1.2]《离子交换应用技术》作者:王方编译出版日期:1990年02月第1版[1]邢光伟、端礼荣、侯永根五氧化二钒的体外发育毒性研究1999-09-13预防医学教研室(212001)[2]雷兆武等离子交换技术在重金属废水处理中的应用环境科学与管理2008年10月第33卷第10期[3]曾理李青刚,肖连生离子交换法从石煤含钒浸出液中提钒的研究稀有金属2007年6月31卷3期[4]郝喜才等离子交换法回收废钒催化剂中钒的研究无机盐工业第39卷第2期2007年2月[5]宋阜稀有金属与硬质合金第34卷第3期2006年9月[6]曾添文离子交换树脂对钒(Ⅴ)交换性能的研究第18卷第5期离子交换与吸附[7]付自碧等钢铁钒钛2009年7月第30卷第3期[8]CoriqlianoF,DiPasqualeS,PrimeranoP,etal.RecoveryofVanadiumfromSolidResiduesofThermoelectricPowerPlants.I.ProcessforAcidAttack,OxidationandSeparationonCationExchangeResins[J].RivistadeiCombustibili,1983,37(4/5):126-130