利用螯合树脂处理赞比亚卢安夏尾矿重金属废液

贾鹏飞， 田春友， 李中秋， 常永芳， 刘顺贤， 张 娃

(1.石家庄学院化工学院， 河北 石家庄 050035； 2.工信华鑫科技有限公司， 北京 100088)

随着经济的快速发展，废水的大量排放，土壤和水源中重金属积累加剧，重金属污染日益严重，已经构成对生物和人体健康的严重威胁[1-3]。因此，对含重金属废水的治理已经刻不容缓，国家对此也给予了高度重视，各省陆续开展了关于重金属污染的整治工作，值此关键时刻，研究、开发出高效低成本的含重金属废水处理技术，减轻重金属废水对环境的污染，具有重大的社会、经济和环境效益。

我国的工业废水特别是矿冶、电镀、制革等企业的废水治理形势日益严峻，技术和成本是最大的制约因素。大部分企业只采用初级处理，难以达标排放。如何防止和治理工业废水中的重金属离子污染，一直是国际上面临的重大课题之一。各国科研工作者都在不断研究更为有效、价格低廉、环保的重金属污水回收利用技术[4-15]。

传统的治理含重金属废水的方法主要有物理法、化学法、生物法等，只是把重金属从废水中转移到了其他的介质中，不仅没有使重金属发挥其应有的效益，反而产生了二次污染，没有杜绝重金属的污染问题。因此，从单纯的达标排放向回收有价金属和水资源化方向发展将成为今后重金属废水治理的发展趋势[16-19]。

针对目前重金属废水处理的特点，本文研究使用螯合树脂吸附重金属离子，对赞比亚卢安夏尾矿废液进行处理，纯化、富集、回收料液中的铜、钴金属，实现废水达标排放、有价金属资源回收的目的。

1 试验方法

1.1 试验仪器

VIS- 723可见分光光度计，TS5- 990原子吸收分光光度计，光电分析天平，PHS- 3C型pH计，BL100蠕动泵。

铜吸附试验采用3根Φ25×185 mm的树脂吸附柱，钴吸附试验采用3根Φ15×130 mm的树脂吸附柱。

1.2 试验材料

赞比亚尾矿废液,成分见表1。

试验选取硅胶- 聚乙烯亚胺羧酸型螯合树脂。该材料采用无机物- 硅胶作为重金属吸附材料的载体(骨架材料), 它是一种骨架经特殊处理偶合接枝而形成的有机/无机复合材料。

这种材料对重金属离子具有极强的选择性吸附能力，对碱金属、碱土金属、轻金属和阴离子不吸附；硅胶表面接枝官能团结构稳定，耐高温、抗辐射、抗冲击，体积几乎无膨胀；由于在硅胶表面所形成的吸附材料孔道浅，重金属离子很容易扩散到孔穴中，完成材料对重金属离子的吸附，短时间就可以达到平衡，具有快速的吸附/解析性能。

表1 赞比亚尾矿废液分析结果 mg/L

1.3 试验过程

料液以常规流速通过3根串联吸附柱，使1#吸附柱树脂吸附饱和，水洗并进行解吸。对原液、吸附尾液、水洗液、解吸液取样测金属浓度。

2 结果与讨论

在硅胶- 聚乙烯亚胺螯合树脂吸附前对处理液进行常规除铁。除铁后液中铁离子浓度降为5 mg/L以下，酸度变为pH=4左右，其他成分不变化，除铁预处理后尾矿废液成分见表2。

2.1 预处理后液提铜

预处理后液提铜试验条件：10 mL/min,吸附料液7.83 L，结束。

由表2数据得出，前6 L料液经过硅胶- 聚乙烯亚胺羧酸型螯合树脂吸附，吸附尾液中铜离子浓度很低，再吸附1.83 L，吸附尾液中铜离子穿漏，此时1#柱基本吸附饱和。2.26倍柱体积解吸液对1#柱进行解析，解析液中铜离子浓度相对于原液铜离子富集了13.7倍，达到8.138 g/L。预处理后液吸附分离曲线见图1。

表2 预处理后液提铜试验数据 mg/L

图1 预处理后液吸附分离曲线

由图1曲线得出，进液体积为2～6 L时，尾液中钴与铜、铁离子得到分离。继续进行吸附，材料上有效配位点减少，铜离子开始穿漏。预处理后液、解吸液金属含量对比见表3。

对比表3原液与解吸液组分可知：解吸液中铜离子比例为98.32%，少量三价铁离子主要富集于1#柱约占1.24%。而其他杂质(锌、锰、钙、镁、铅)则干扰不大，解吸液中其他杂质合计仅为0.19%。预处理后液提铜试验树脂工作容量见表4。

表3 预处理后液、解吸液金属含量占比 %

表4 预处理后液提铜试验树脂工作容量 mmol/g

注：2#柱、3#柱未吸附饱和。

2.2 提铜后液提钴

按三柱串联吸附，1#柱吸附饱和后去进行水洗- 解析- 再生，2#柱做为下一组吸附的1#柱，3#柱作为下一组吸附的2#柱，在原3#柱后加一根新柱作为下一组吸附的3#柱，如此继续提铜，提铜尾液成分见表5，提铜尾液调pH=4左右进行提钴，流速5 mL/min，吸附料液5.015 L，结束。提钴情况见表5。

表5 提铜尾液提钴试验结果 mg/L

由表5数据得出，硅胶基螯合树脂能有效吸附钴离子，前4 L尾液中金属含量较低，基本都在0.1 mg/L以下。4.35倍柱体积(Φ15/130 mm)硫酸解吸液中钴离子浓度相对原液钴离子富集了25.1倍，达到1.6 g/L。预处理后提钴原液、解吸液金属含量对比见表6。

表6 预处理后提钴原液、解吸液金属含量占比 %

对比表6原液与解吸液组分可得：解吸液中钴离子比例由原液的8.36%上升为89.48%，主要杂质为锌，其基本与钴同步富集。此外，钙离子比例1.98%，其他杂质合计1.38%。预处理后液提钴试验树脂工作容量见表7。

表7 预处理后液提钴试验树脂工作容量 mmol/g

2.3 小结

使用硅胶- 聚乙烯亚胺羧酸型螯合树脂两步处理赞比亚尾矿废液，能够把废液中的有价金属铜和钴进行分离、富集。第一步提铜，树脂吸附铜容量0.345 mmol/g，解吸液铜离子富集13.7倍，铜离子比例由42.89%上升至98.32%。第二步提钴，树脂吸附钴容量0.148 mmol/g，解吸液钴离子富集25.1倍，钴离子比例由8.36%上升至89.14%。铜钴的富集液都达到了可资源化的浓度和纯度。

3 结论

将废水中的重金属作为一种资源来回收，不但解决了重金属的污染，而且还具有一定的经济效益。采用硅胶-聚乙烯亚胺羧酸型螯合树脂吸附分离、富集废水中的重金属，为重金属污废水的资源化利用提供了一个新思路、新方法。该方法具有重金属可分步回收，实现节能减排、资源回收的目的，是当前较为可行的含重金属废水处理的方法。