次氯酸钠高度净化离子型混合稀土分解液中氨氮的研究

伍莺，张选旭，周洁英，陈冬英，温德新，邹征刚

（1.赣州有色冶金研究所有限公司，赣州 341000；2.国家稀土功能材料创新中心，赣州，341000）

离子型稀土矿采用硫铵浸矿、矿山母液碳酸氢铵沉淀，可得到混合碳酸稀土；混合碳酸稀土经盐酸分解，分解液经碳酸氢铵综合除杂后得到混合稀土分解液；分解液进行萃取分离后制备单一的稀土产品[1]。由于该工艺多次引入铵根离子，在混合碳酸稀土分解液中已存在一定量的铵根离子。随着萃取分离的进行，每单位体积的混合稀土分解液，又能扩增出十几倍体积的氨氮废水，以至于产生大量的氨氮废水[2-4]。

目前，废水氨氮的处理方法有吹脱法、生物硝化与反硝化、次氯酸钠(折点氯化)法、离子交换法，化学沉淀法等[3-9]。因次氯酸钠法具有反应速度快，净化效果好，且反应稳定的优势，也被广泛应用于净化稀土尾部废水中的氨氮，现有学者有较多研究。李婵军等[10]采用次氯酸钠处理氨氮浓度为100mg/L左右的某污水站废水，氨氮的去除率达90%以上。黄海明等[11]采用次氯酸钠处理稀土冶炼废水中的氨氮，NH4+-N去除率可达98%。在现行稀土生产工艺中，多是对尾部废水进行净化处理，因废水量大，治理需投入巨大的成本。

因此，本文从源头出发，将离子型混合稀土分解液在进萃取槽前进行深度净化氨氮，系统考察了次氯酸钠加入方式、次氯酸根和铵根物质量之比、反应时间、反应温度对氨氮净化效果的影响，实现了氨氮的高度净化，解决了后续工段氨氮废水污染问题，减省了后续净化氨氮工序，降低了废水处理成本，为净化稀土分解液中氨氮提供理论依据和技术参考。

1 实验

1.1 实验原理

本文采用具有氧化作用的次氯酸钠净化离子型稀土分解液中的氨氮，反应方程式如式（1）：

其中，氨氮被次氯酸根氧化生成无危害的氮气，氮气进入空气中，促使反应不断的正向进行，铵根离子不断分解，从而净化稀土分解液中的氨氮。当水中游离氯最低时，氨氮的浓度降到零[12]。

1.2 主要的药剂和仪器

药剂：盐酸AR 、次氯酸钠 AR、去离子水

仪器：烧杯、T32型温度计、ZNCL—B型恒温磁力搅拌器、FA1104型电子精密天平

1.3 实验原料

取碳酸氢铵沉淀的离子型混合碳酸稀土，调浆后用浓盐酸分解，经陈化和过滤后，得到本实验所需的离子型混合稀土分解液，具体成分如表1所示。

表1 离子型混合稀土分解液成分

1.4 实验方法

取制备好的离子型混合稀土分解液0.5L，放置于1 L烧杯中，在恒温磁力搅拌器中进行氨氮净化实验，分别考察次氯酸钠加入量、次氯酸钠方式、反应时间和反应温度对氨氮除燥效果的影响，反应完成后，取净化后溶液进行氨氮分析。测其残余氨氮浓度，氨氮脱除率η计算公式如式（2）：

其中，η——氨氮脱除率，单位%；

C1——净化前氨氮浓度，单位g/L；

想到这些，我按捺不住激动地拨通了父亲的电话：“爸，我今天到拜城县的工地检查工作，这段路好长啊，别说是开车了，光是一个单程三百多公里坐下来，就感到好累好累，真不知道您当年是怎么熬过来的！”电话那头的父亲只是“呵呵”地笑着说：“现在的路比我们进疆那时不知好了多少倍，峡谷岩壁上崎岖险峻的路，如今已天堑变通途，舒适、高效而宽坦，出行很便利，驾车不再那么疲劳了。”

V1——净化前离子型混合碳酸稀土分解液体积，单位L；

C2——净化后氨氮浓度，单位g/L；

V2——净化后离子型混合碳酸稀土分解液体积，单位L。

2 结果与讨论

2.1 次氯酸钠加入方式对氨氮净化效果的影响

由图1可知，随着次氯酸钠分批加入次数的增加，氨氮去除率逐渐增加。一次性加入次氯酸钠，由于次氯酸钠的不稳定性，次氯酸钠的氧化性能并不能充分发挥，氨氮去除率只有92%，次氯酸钠多次均匀加入，可保证NH4+和ClO-不断的接触，使得次氯酸钠的氧化性能充分的发挥，反应更加完全；当其加入次数达到4次及以上时，氨氮去除率可达99 %以上。因此，综合考虑人工成本，次氯酸钠分批加入次数选择4次较佳。

图1 次氯酸钠加入次数对氨氮去除率的影响

图2 次氯酸钠加入量对氨氮去除率的影响

2.3 反应时间对氨氮净化效果的影响

由图3可知，随着反应时间的增加，氨氮的去除率也在逐步增加。因随着反应时间的增加铵根离子和次氯酸根离子接触机会不断增多，反应进行的越充分，当时间进行到60 min时，氨氮去除率可达到99%以上。综合考虑能耗的成本，反应时间选择60 min为最佳。

图3 反应时间对氨氮去除率的影响

2.4 反应温度对氨氮净化效果的影响

图4 反应温度对氨氮去除率的影响

由图4可知，随着温度的逐步提高，氨氮去除率也在逐步提高。温度升高时，铵根离子和次氯酸根离子的活度增加，促使反应更加充分。当在25℃时，氨氮去除率已达99%以上。因温度的增加会平添能耗成本，25℃是一般室内可达的温度，因此，综合考虑25℃为最佳。

2.5 综合扩试实验

分别取3份5 L不同浓度的离子型稀土分解液，在物质的量之比 =4:1、反应温度25 ℃、反应时间60min和分4次加入次氯酸钠的条件下进行折点氯化法净化氨氮扩试实验，实验结果见表2。

表2 综合扩试实验结果

由表3结果得知，使用次氯酸钠折点氯化法净化离子型稀土分解液中氨氮时，离子型稀土分解液中氨氮含量显著下降至5mg/L以下，氨氮去除率均超过99 %，净化效果稳定。

3 结论

（2）综合扩试结果表明，使用次氯酸钠对离子型稀土分解液中氨氮净化效果稳定，稀土分解液中氨氮含量显著下降至5 mg/L以下，氨氮去除率可达99%以上。

（3）在离子型稀土分解液进入萃取槽分离之前除氨氮不仅能够有效地降低离子型稀土分解液中氨氮的含量，还可以省去后续除氨氮工序，降低废水处理成本，可操作性强，易于工业规模生产。