[發(fā)明專利]一種氯化亞鐵溶液中重金屬離子的去除方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710345789.8
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號: CN107416960A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李風(fēng)亭;馮凌宇;王穎;方月;楊帆
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: C02F1/70
• 分類號: C02F1/70;C02F101/22;C02F101/20
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司31200
• 代理人: 張磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)及水處理領(lǐng)域，具體涉及一種氯化亞鐵溶液中重金屬離子（鉻、鉛、鎳、銅等）的去除方法。

背景技術(shù)

氯化亞鐵在水處理等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用，氯化亞鐵溶液被大量用于造紙、印染等工業(yè)廢水的處理，尤其是堿性工業(yè)廢水的處理。氯化亞鐵也可以作為生產(chǎn)水處理劑氯化鐵和聚合氯化鐵等的原料。

鋼鐵制品在深加工過程中，需要進(jìn)行酸洗除銹處理以改善其表面結(jié)構(gòu)。對于普通鋼材，鹽酸因其酸洗效果顯著而成為最常用的酸洗劑。鹽酸酸洗過程中會(huì)產(chǎn)生大量鐵含量為60~120 g/L的酸性氯化亞鐵溶液，其中還含有少量的錳離子和鉻、鉛、鎳、銅等重金屬離子。

傳統(tǒng)上一般采用石灰中和法處理酸性氯化亞鐵溶液，提高pH值并使重金屬離子以沉淀形式析出，但該方法難以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)，且產(chǎn)生的污泥量大，增加了后處理難度，也浪費(fèi)了大量的酸和鐵資源，因而正被逐步淘汰。目前國家環(huán)境保護(hù)部已經(jīng)將鋼鐵酸洗廢液列入危險(xiǎn)化學(xué)品。氯化亞鐵溶液的綜合回收成為近年來人們關(guān)注的重點(diǎn)，常用的方法包括高溫焙燒、蒸發(fā)結(jié)晶、電解、膜處理、化學(xué)轉(zhuǎn)化法等，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)鹽酸和亞鐵鹽的回收和循環(huán)利用。然而，重金屬含量的超標(biāo)限制了氯化亞鐵溶液的有效利用，也給生態(tài)環(huán)境和人體健康帶來了巨大的威脅。重金屬離子進(jìn)入水中會(huì)影響魚類等水生生物生長，妨礙漁業(yè)生產(chǎn)；排入土壤中的重金屬能在植物體內(nèi)逐步積累，造成植物生長受抑制，對人類鍵康也存在著巨大的危害。

廢水中重金屬的去除方法主要有化學(xué)沉淀法、電解法、離子交換法、溶劑萃取法等。化學(xué)沉淀操作簡單，但對于低濃度重金屬的去除能力有限，且存在污泥量大，后處理難度大的問題。電解法能耗大，廢水處理量小，處理成本高。離子交換法具有出水水質(zhì)好和有效回收重金屬資源的優(yōu)點(diǎn)，但僅適用于低濃度條件，容易受到高濃度亞鐵離子的影響，且樹脂再生和洗脫工藝繁瑣，容易造成二次污染。溶劑萃取法能有效的富集重金屬離子，但所用萃取劑價(jià)格昂貴，同時(shí)高含量的亞鐵離子也會(huì)帶來嚴(yán)重干擾。

置換法去除重金屬的原理是金屬間的電位差異和活動(dòng)性順序，用活動(dòng)性強(qiáng)的金屬將活動(dòng)性弱的金屬對應(yīng)的離子從溶液中置換出來。中國專利申請CN201610136568.5公開了一種脫除酸洗廢液中微量重金屬及非金屬雜質(zhì)的方法，采用一定量的高純鐵粉或/和鋅粉加入酸洗廢液中，在一定溫度和攪拌速度下，使其與酸洗廢液反應(yīng)一定時(shí)間，反應(yīng)完畢后對懸浮液進(jìn)行沉降或過濾。該方法僅進(jìn)行一步置換，由于鐵粉/鋅粉在加熱條件易被氧化，反應(yīng)后期重金屬去除效率下降，影響了對重金屬離子的進(jìn)一步去除。中國專利申請CN201611028473.8公開了一種處理重金屬陽離子廢水及同步回收金屬含氧酸根的方法，采用納米零價(jià)鐵，對重金屬屬離子有很強(qiáng)的去除效果，但采用的是納米零價(jià)鐵而非普通鐵粉，其制備復(fù)雜，處理成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種簡便、高效的氯化亞鐵溶液中重金屬離子的去除方法，滿足氯化亞鐵溶液回收利用的要求。

本發(fā)明中，一種氯化亞鐵溶液中重金屬離子的去除方法，采用兩步去除法，具體步驟如下：

（１）取氯化亞鐵溶液和鐵粉加入密閉反應(yīng)器中，向反應(yīng)器中通入氮?dú)猓瑱C(jī)械攪拌下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后對反應(yīng)液進(jìn)行固液分離，得到濾液；其中：鐵粉的量為0.1 g/L~30 g/L；

（２）向步驟（1）所得濾液中投加鋁粉，向反應(yīng)器中通入氮?dú)猓瑱C(jī)械攪拌下進(jìn)行反應(yīng)，對所得反應(yīng)液進(jìn)行固液分離，得到除雜后的溶液；鋁粉的量為0.5 g/L~20 g/L。

本發(fā)明中，步驟（1）中所述反應(yīng)溫度為30~80℃，反應(yīng)時(shí)間為2~8 h，控制機(jī)械攪拌的轉(zhuǎn)速為10~400 rpm。

本發(fā)明中，步驟（2）中所述反應(yīng)溫度為30~80℃，反應(yīng)時(shí)間為2~8 h，控制機(jī)械攪拌的轉(zhuǎn)速為10~400 rpm。

本發(fā)明中，步驟（２）中除雜后的溶液用于水處理劑的生產(chǎn)及其他工業(yè)應(yīng)用。

本發(fā)明依據(jù)電化學(xué)原理，采用兩步置換法，利用還原性較強(qiáng)的鐵粉和鋁粉置換氯化亞鐵溶液中微量的鉻、鉛、鎳、銅等重金屬離子，生成單質(zhì)沉淀。反應(yīng)過程中通入氮?dú)庖员苊饨饘俜勰┍豢諝庋趸Ｏ韧都予F粉消耗溶液中的游離酸并去除一定量的重金屬離子，固液分離后投加還原性更強(qiáng)的鋁粉與重金屬離子反應(yīng)，通過兩步反應(yīng)強(qiáng)化去除效果，解決一步反應(yīng)后期重金屬離子去除效率下降的問題，能有效的實(shí)現(xiàn)各重金屬離子的達(dá)標(biāo)和氯化亞鐵溶液的回收利用。方法的反應(yīng)原理如下：

Al⁰→Al³⁺+3eE⁰=1.662 V