化学沉淀法

化学沉淀法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。化学沉淀法的处理对象(主要针对废水中的阴、阳离子。)（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-、磷等。（4）某些有机污染物化学沉淀法工艺过程（1）投加化学沉淀剂，生成难溶的化学物质，使污染物沉淀析出。投药，反应，沉淀析出（2）通过凝聚、沉降、浮选、过滤、离心、吸附等方法，进行固液分离。（3）泥渣的处理和回收利用。原理－根据化学沉淀的必要条件，一定温度下，难溶盐MmNn在饱和溶液下，沉淀和溶解反应如下。m、n－分别表示离子Mn+、Nm-的系数。根据质量作用原理，溶度积常数可表示为LMmNnMmNnnNmMmnnmmnMmNnNML][][一、基本原理溶度积常数LMmNn=[Mn+]m•[Nm-]n=k•[MmNn]=常数其中[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）难溶盐的溶度积常数均可在化学手册中查到。LMmNn=[Mn+]m•[Nm-]n=k•[MmNn]=常数根据溶度积原理，可以判断溶液中是否有沉淀产生：A、离子积[Mn+]m•[Nm-]nLMmNn时，溶液未饱和，全溶，无沉淀。B、离子积[Mn+]m•[Nm-]n=LMmNn时，溶液正好饱和，无沉淀。C、离子积[Mn+]m•[Nm-]nLMmNn时，形成MmNn沉淀。可见，要降低[Mn+]可考虑增大[Nm-]的值，具有这种作用的化学物质为沉淀剂。在饱和溶液中，可根据溶度积常数计算难溶盐在溶液中的溶解度SMmNn由于[Mn+]=mSMmNn[Nm-]=nSMmNn有LMmNn=[mSMmNn]m•[nＳMmNn]n得nmnmNMNMnmLSnmnm分级沉淀：当溶液中有多种离子都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=1.1×10-10Ba2++CrO42-==BaCrO4↓LBaCrO4=2.3×10-10判断分级沉淀的先后，不要单纯的通过溶度积常数（或溶解度）的大小来判定，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。溶度积常数LMmNn的影响因素：1）同名离子效应－当沉淀溶解平衡后，如果向溶液中加入含有某一离子的试剂，则沉淀溶解度减少向沉淀方向移动→2）盐效应－在有强电解质存在状况下，溶解度随强电解质浓度的增大而增加，反应向溶解方向转移←。3）酸效应－溶液的PH值可影响沉淀物的溶解度，称为酸效应。4）络合效应－若溶液中存在可能与离子生成可溶性络合物的络合剂，则反应向相反方向进行，沉淀溶解，甚至不发生沉淀。应用：如果污水中含有大量的Mn+离子，要降低浓度，可向污水中投入化学物质，提高污水中Nm-浓度，使离子积大于溶度积L，结果MmNn从污水中沉淀折出，降低Mm+浓度。nmmnNM][][二、氢氧化物沉淀法金属氢氧化物的溶解与污水的PH值关系很大。M(OH)n表示金属的氢氧化物，Mm+表示金属离子。则电离方程式其溶度积为同时水发生电离水的离子积为nnOHMOHnM)()(nnnOHMOHLM]][[)(OHHOH2142101]][[OHHOKH代入上式将上式取对数将重金属离子的溶解度与PH值关系绘成曲线，从曲线中可以得到，重金属离子的浓度值。应用－采用氢氧化法处理污水，PH值是一个重要因素，处理污水中的Fe2+离子时，PH值大于9则可完全沉淀，而处理污水中AL3＋离子时，PH值严格为5.5，否则AL(OH)3沉淀物又会溶解。nnnHOKHOHLMM)][()(][2nPHnPHOnPKHPLHnOKHnLMnx]lg[lglg]lg[22Mg2+Ca2+Ag+Cd2+Fe2+Zn2+Cu2+Al3+Fe3+pH-lg[Mn+]10987654321211876543210图8-1金属氢氧化物的溶解度与pH值的关系溶解平衡：Zn（OH）2（s）Zn2++2OH-Zn（OH）2（s）ZnOH++OH-Zn（OH）2（s）Zn（OH）2（aq）Zn（OH）2（s）+OH-Zn（OH）3-Zn（OH）2（s）+2OH-Zn（OH）42-络合平衡：Zn2++OH-ZnOH+ZnOH++OH-Zn（OH）2（aq）Zn（OH）2（aq）+OH-Zn（OH）3-Zn（OH）3-+OH-Zn（OH）42-金属羟基络合物的溶解平衡水电离平衡：上述反应的平衡关系为：溶解平衡Ksp=［Zn2+］［OH-］2=7.1×10-18logKsp=-17.15Ks1=［ZnOH+］［OH-］=3.55×10-12logKs1=-11.45Ks2=［Zn（OH）2（aq）］=9.8×10-8logKs2=-7.02Ks3=［Zn（OH）3-］/［OH-］=1.2×10-3logKs3=-2.92Ks4=［Zn（OH）42-］/［OH-］2=2.19×10-2logKs4=-1.66H2OH++OH-络合平衡：K1=[ZnOH+]/[Zn2+][OH-]=5×105logK1=5.70K2=[Zn（OH）2（aq）]/[ZnOH+][OH-]=2.7×104logK2=4.43K3=[Zn（OH）3-]/[Zn（OH）2（aq）][OH-]=1.26×104logK3=4.10K4=[Zn（OH）42-]/[Zn（OH）3-][OH-]=1.82×10logK4=1.26Kw=[H+][OH-]=1×10-14logKw=-14.00实际上，Ks1、Ks2、Ks3、Ks4的数值分别由以下公式算得：Ks1=KspK1，Ks2=Ks1K2，Ks3=Ks2K3，Ks4=Ks3K4。显然，锌的各种羟基络合物在溶液中存在的数量和比例都直接与溶液pH值有关。根据以上各平衡关系可以进行综合计算如下：-log[Zn2+]=2pH+pKsp-2pKw=2pH-10.85-log[ZnOH+]=pH+PKs1-PKw=pH-2.55-log[Zn（OH）2（aq）]=pKs2=7.02-log[Zn（OH）3-]=-pH+pKs3+pKw=-pH+16.92-log[Zn（OH）42-]=-2pH+pKs4+2pKw=-2pH+29.66根据以上五式，可以标绘出如图8-2所示的五条直线。这些直线分别表示出饱和溶液中各种溶解性化合态的浓度，超过这些浓度时就会发生沉淀，因此，它们也就是各种溶解化合态转入沉淀状态的分界线。综合这些直线可以得到如图包围着阴影区域的一条折线，它近似地代表饱和溶液中各种溶解化合态浓度的总和，也就是金属溶解物的饱和浓度c0，因此这条综合线也就是金属溶解和沉淀两种状态的分界线，它所包围的阴影区域就是发生固体沉淀物的区域。这种图可称为溶解区域图，纵坐标同时也表示溶解物总量。在某一pH值，总量超过分界线时就会发生氢氧化物沉淀。图8-2饱和溶液中锌各种溶解性化合态的浓度氢氧化物沉淀法的影响因素pH沉淀剂种类沉淀方式氢氧化物沉淀法应用实例（1）如用氢氧化物沉淀法处理含镉废水，一般pH值应为9.5～12.5。当pH=8时，残留浓度为1mg/L；当pH值升至10或11时，残留浓度分别降至0.1和0.00075mg/L；如果采用砂滤或铁盐、铝盐凝聚沉降，则可改进出水水质。（2）对于含铜废水（1～1000mg/L）的处理，pH值为9.0～10.3最好。若采用铁盐共沉淀，效果尤佳，残留浓度为0.15～0.17mg/L。（3）不宜采用石灰处理焦磷酸铜废水，主要原因是pH值要求高（达12），形成大量焦磷钙沉渣，使沉淀中铜含量低，回收价值小。（4）对于某含镍100mg/L的废水，投加石灰250mg/L，pH达9.9，出水含镍可降至1.5mg/L。三、铁氧体沉淀法1铁氧体（Ferrite）概述物理性质----是指一类具有一定晶体结构的复合氧化物，它具有高的导磁率和高的电阻率（其电阻率比铜大1013～1014倍），是一种重要的磁性介质。铁氧体不溶于酸、碱、盐溶液，也不溶于水。铁氧体沉淀法铁氧体的组成----尖晶石型铁氧体化学组成BO•A2O3。B----二价金属，如Fe、Mg、Zn、Mn、Co、Ni、Ca等；Ａ----三价金属，如Fe、Al、Cr、Mn、V、Co等。磁铁矿（其主要成分为Fe3O4或FeO•Fe2O3）就是一种天然的尖晶石型铁氧体。2.铁氧体沉淀法定义废水中各种金属离子形成不溶性的铁氧体晶粒而沉淀析出的方法叫做铁氧体沉淀法。3铁氧体沉淀法的工艺流程(1)配料反应(2)加碱共沉淀(3)充氧加热,转化沉淀(4)固液分离(5)沉渣处理(1)配料反应为了形成铁氧体，通常要有足量的Fe2+和Fe３+。通常要额外补加硫酸亚铁和氯花亚铁等。投加二价铁离子的作用有三：1)补充Fe2+；2)通过氧化，补充Fe3+；3)如废水中有六价铬，则Fe2+能将其还原为Cr3+，作为形成铁氧体的原料之一；同时，Fe2+被六价铬氧化成Fe3+，可作为三价金属离子的一部分加以利用。(2)加碱共沉淀根据金属离子不同，用氢氧化钠调整pH值至8～9。在常温及缺氧条件下，金属离子以M(OH)2及M’(OH)3的胶体形式同时沉淀出来，如Cr(OH)3、Fe(OH)3、Fe(OH)2和Zn(OH)2等。沉淀呈墨绿色,金属离子已基本沉淀完全。调整pH值时不可采用石灰，原因是它的溶解度小和杂质多，未溶解的颗粒及杂志混入沉淀中，会影响铁氧体的质量。(3)充氧加热,转化沉淀调整二价和三价金属离子的比例，通常向废水中通入空气，使部分Fe(Ⅱ)转化为Fe(Ⅲ)。此外，加热可促使反应进行、氢氧化物。胶体破坏和脱水分解，使之逐渐转化为铁氧体：Fe(OH)3＝FeOOH十H2OFeOOH+Fe(OH)2＝FeOOH·Fe(OH)2FeOOH·Fe(OH)2+FeOOH＝FeO·Fe2O3+2H2O废水中其它金属氢氧化物的反应大致相同，二价金属离子占据部分Fe(Ⅱ)的位置，三价金属离子占据部分Fe(Ⅲ)的位置，从而使其它金属离子均匀地混杂到铁氧体晶格中去，形成特性各异的铁氧体。例如，Cr2+离子存在时形成铬铁氧体FeO(Fex+xCr1—x)O3。注意:加热温度要注意控制，温度过高，氧化反应过快，会使Fe(Ⅱ)不足而Fe(Ⅲ)过量。反应温度60～80°C,时间20min,比较合适。加热充氧的方式有二：(1)一种是对全部废水加热充氧;(2)另一种是先充氧，然后将组成调整好了的氢氧化物沉淀分离出来，再对沉淀物加热。(4)固液分离沉降过滤、浮上分离、离心分离和磁力分离。由于铁氧体的比重较大(4.4～5.3)，采用沉降过滤和离心分离都能获得较好的分离效果。(5)沉渣处理1)若废水的成分单纯、浓度稳定，则其沉渣可作铁诊氧磁体的原料，此时，沉渣应进行水洗，除去硫酸钠等杂质；2)供制耐蚀瓷器；3)暂时堆置贮存。4.氧体沉淀法处理废水应用举例1）含铬电镀废水含铬(Ⅳ)废水由调节池进入反应槽。根据含铬(Ⅳ)量投加一定量硫酸亚铁进行氧化还原反应，然后投加氢氧化钠调pH值至7～9，产生氢氧化物沉淀，呈墨绿色。通蒸气加热至60～80℃，通空气曝气20min，当沉淀呈黑褐色时，停止通气。静置沉淀后上清液排放或回用，沉淀经离心分离洗去钠盐后烘干，以便利用。当进水CrO3-含量为190～2800mg／L时，经处理后的出水含Cr(Ⅳ)低于0.lmg/L。每克铬酐约可得到6g铁氧体干渣。2）重金属离子混合废水废水中含Zn2+、Cu2+、Ni2+、Cr2O72－等重金属离子的废水，硫酸亚铁投量大体上为