冶金废水处理中银提纯动力学分析

张松柏，周 兴

（云南滇金投资有限公司，云南 昆明 650215）

在冶金过程中，其排出的废水大部分是采用石灰加铁盐沉淀的方法处理得出，同时在排放大量废水的同时，其中还含有大量的污泥成分。这些污泥不仅含有大量有毒、有害的物质，例如铅、砷等化合物元素，同时还含有少部分能够用于回收的有价金属，例如银、金、铜等。当前大部分冶金企业在冶金作业后产生的废水当中有害物质的含量都没有满足国家规定的危险废物浸出限定范围要求，若不对废水进行无害化处理，则将其长期暴露在外界环境当中，对于周围环境以及空气等都会造成十分严重的威胁，并且还会造成大量资源的浪费。当前，随着国家经济发展的速度不断加快，人们对于矿产资源的需求量成倍增涨，而有色金属的供需矛盾问题日益突出[1]。针对这一问题，开展有关冶金废水处理中有价金属元素的提取和回收具有十分重要的现实意义。因此，本文将以某有色金属冶金企业作为依托，在实现对其冶金废水组分以及银金属元素赋存状况的基础上，开展冶金废水处理中银提纯动力学分析研究。

1 材料与方法

1.1 实验对象

选择以某有色金属冶金企业在完成冶炼后得到的废水作为本文实验的研究对象，并对废水当中各成分含量进行测量和记录，得到如表1所示的成分含量一览表。

表1 冶金废水处理中各成分含量一览表

从表1可以看出，在实验对象当中含有多种不同的有色金属元素，本文仅针对其中银元素在提纯过程中的动力学进行分析研究。

1.2 实验材料与设备

在实验过程中所需的材料试剂主要包括硫酸、乙二胺四乙酸二钠等组成的浸出剂，同时上述试剂的纯度均为化学纯度等级。在实验过程中所需的提纯设备和测量仪器主要包括：精密pH计，选用PHSJ-3F型号上海雷磁生产的精密酸度计，该型号酸度计可通过Smart-Read实现对测量参数的读取，同时，通过Timed-Read，完成对数据的自动定时存贮；电热鼓风恒温干燥箱，选用DHG-9920A(1000L)型号I型250°C干燥箱，该型号干燥箱内胆采用304不锈钢制作，能够保证在使用的过程中不被腐蚀，不会由于内胆腐蚀而造成测定结果出现误差的问题产生，同时该设备上配备了数字屏幕，能够对温度、时间等参数进行可视化展示[2]。除此之外，该型号干燥箱的电源电压为AC380V 50HZ，控温范围为室温+10℃～250℃；六联电动搅拌器，主要用于对冶金废水处理后产生的污泥以及各类试剂加入后进行搅拌。除上述选择的仪器设备以外，为了实现对银提纯过程中的动力学参数测量，还引入XRD-X4164-160型号射线衍射仪和TJA162-6510型号电感耦等离子体发射光谱仪。

1.3 实验方法

在实验开始后，首先称取25g冶金废水处理后通过烘干处理得到的污泥样本，将其放置在容量为250mL的烧杯当中。按照规定的固液比例，在标准pH条件下，引入适量的浸银试剂，并将该烧杯放置在恒温水浴锅当中，当加热到一定温度后进行搅拌，并观察其反应情况。待反应完毕后，将烧杯从恒温水浴锅当中去除，并对其进行抽滤处理[3]。此时滤液当中含有大量银金属元素，可利用上述选择的TJA162-6510型号电感耦等离子体发射光谱仪对银元素的含量进行吸光光度法测定。将上述选择的浸取剂按照一定用量要求和温度条件设定，并通过正交实验的方式，对最佳选取的浸银工艺进行动力学机理分析。

2 实验结果分析

在实验过程中，将固液比例为1∶3，pH为2，温度为30℃时，不同搅拌速率下银金属元素的浸出情况记录，并将其绘制成如图1所示的实验结果图。

图1 不同搅拌速率条件下银元素浸出情况变化曲线

从图1中可以看出，在其他条件不变的情况下，随着搅拌速率的增加，在250r/min～450r/min范围内，银金属元素的浸出量呈现出明显的上升趋势，而随之在450r/min以后，出现缓慢的下降。

完成上述实验记录后，再确保其他条件不变，改变浸出过程中温度条件的情况下，对银金属元素的溶解量与溶解时间的对应关系进行记录，并将得出的结果绘制成表2所示。

表2 不同温度条件下银金属元素溶解量与时间关系

从表2可以看出，当温度为25°C时，随着时间的额增加银金属元素的溶解量与其他温度相同时间相比更多。同时，不同温度条件下，银金属元素的溶解量变化均在0～2h呈现出快速上升的趋势，在2h之后上升幅度逐渐减缓。

最后，针对不同浸出剂浓度条件下银金属元素的溶解速率变化情况进行记录得出表3所示结果。

表3 不同浸出剂浓度条件下银金属元素溶解速率

从表3记录结果可以看出，随着浸出剂浓度的不断增加，银金属元素的溶解速率呈现出不断上升的变化趋势。

3 实验结果讨论

结合上述得出的实验结果，对银金属元素在提纯过程中的动力学进行分析。在实验中，银金属元素的浸出反应表现出一种液固非均相反应的状态。通常情况下，液固非均相反应时浸出的速率和反应过程中的诸多因素相关，例如温度条件、反应物条件、生成物在界面位置上的浓度等。同时，在提纯过程中，浸出剂会经过固体表面形成的液膜层向固相表面逐渐扩散。在整个提纯反应过程中，相对较慢的一个环节为整个反应实际速率的决定步骤。通过对上述实验得出的实验结果图1可以进一步分析得出，在相同的反应条件下，当搅拌速度不断提升时，银提纯的浸出率会呈现出不断增长的趋势，但在450r/min及以后，由于搅拌转速过快，造成了液体飞溅的问题产生，因此在一定程度上影响了银金属元素的浸出效率，使得图1中后期曲线的变化幅度呈现出逐渐递减的趋势。再从提纯动力学角度进一步分析，银金属元素的浸出率还会随着搅拌的速率改变而改变，因此得出在银提纯过程中，扩散现象为整个提纯过程的控制步骤。

为了能够进一步确定在银提纯过程中的控制步骤，通过改变温度条件的方式，得到了如表2所示的不同温度条件下银金属元素溶解量与时间关系。从表2得出的实验结果分析，在其他条件保持不变的情况下，通过改变反应的温度，银的提纯速率与温度之间存在一定关系。通过对提纯过程中不同温度下得到的数据进行线性拟合得出，浸出剂提纯银金属元素的过程中，控制银金属匀速提纯动力学改变的步骤为固膜扩散控制，并且其参数的变化满足收缩核动力学理论。除此之外，在实验过程中发现，将上述表2作为基础，将热力学温度条件的倒数作为自变量，将银金属元素的溶解速率的负对数作为因变量，能够得出二者之间存在一定正比例关系。同时，银金属元素的溶解量会随着浸出剂浓度的变化而变化，通过对不同浸出剂浓度条件下银金属元素的溶解速率变化情况，再结合表3中的数据分析得出，将浸出剂的负对数作为自变量，将因溶解速率的负对数作为因变量，二者呈现出斜率固定不变的线性关系，当浸出剂的浓度达到0.158mol/L时，此时银金属元素的溶解速率可以达到0.031mol/L，此时溶解速率是浸出剂浓度为0.054mpl/L时的二倍。考虑到冶金废水处理的经济效益，在实际应用中，可将浸出剂的浓度控制在0.10mol/L～0.15mol/L，以此达到最佳的银溶解速率。通过上述论述，从三个方面实现对银提出动力学的全面分析。

4 结语

结合本文上述论述内容，针对冶金废水处理当中银金属元素的提纯动力学，采用实验的方式对其进行分析。通过分析研究得出，当浸出剂的浓度在0.10mol/L～0.15mol/L，用量为95kg/t时，此时银金属元素的提纯效率最佳，银的总浸出率能够得到95%以上。同时，将本文上述得出的研究结果应用到对冶金废水处理的治理和资源综合利用当中，具有更高的理论指导意义，可为冶金企业带来更大的经济效益和社会效益。