717阴离子交换树脂吸附高盐废水中金的性能研究

王明双，荀维超

717阴离子交换树脂吸附高盐废水中金的性能研究

王明双，荀维超

(山东黄金冶炼有限公司，山东 莱州 261441)

研究了717阴离子交换树脂吸附高盐度废水中金的性能，考察了pH、吸附时间及树脂用量对树脂吸附金的影响。结果表明，pH值对吸附率影响较大，pH=2时，经60 min吸附，1.0 g树脂对100 mL金浓度为10.6 mg/L高盐废液中金的吸附率达95%以上；树脂对金的静态饱和吸附量为241 mg/g；吸附反应符合准二级反应动力学模型，升高温度对金的吸附有利，表观活化能a=21.3 kJ/mol。

化学冶金；高盐度废水；树脂吸附；金；动力学

电解精炼法和化学还原法是目前提纯金应用最为广泛的两种生产工艺，可将金纯度提高至5N以上[1-2]。然而无论采用哪种生产工艺，在精炼过程受热蒸发影响会有少量的金伴随烟气进入废气喷淋塔中。为确保废气达标排放，一般采用碱液喷淋循环吸收。吸收液饱和后，需要更换新液以免大量盐类结晶析出堵塞管路影响设备正常运行。所产生的高盐废水中的金如果不予以回收处理，将造成金资源的浪费。因此，从含金废水中回收金是一项非常有意义的工作。

含金废水中金主要以络合物形式存在，性质稳定。含金废水的回收方法很多，常见的有金属置换法、电积法、活性炭吸附法、离子交换法和溶剂萃取法等[3-7]，其中离子交换法因吸附容量高、选择性好、经济快捷等优点而备受人们青睐，多种树脂已经被用来富集回收金。

717阴离子交换树脂是在苯乙烯-二乙烯苯交联共聚物基体上引入季铵基[-N(CH3)3OH]，属于强碱性基团，在酸性、中性甚至碱性介质中显示离子交换功能，具有机械强度好、耐热性能高等优点。利用金在酸性溶液中以阴离子形式存在，被树脂吸附后易与其他金属阳离子分离的原理，本文选用717阴离子交换树脂对金电解废气塔产生的高盐含金废水中金的回收进行的研究。通过实验确定最佳吸附条件以降低后续高盐废水处理造成的贵金属损失，为实际生产应用提供参考。

1 实验部分

1.1 试剂、原料及设备

717阴离子交换树脂：氯型，淡黄色球状颗粒，含水量40%～50%，颗粒度(0.3～1.2 mm)≥95%。使用前先用1 mol/L NaOH溶液浸泡12 h，用去离子水洗至中性后再用1 mol/L盐酸溶液浸泡12 h，最后用去离子水洗至中性，风干备用。实验所用试剂均为分析纯，水为去离子水。

实验原料为金电解废气喷淋塔产生的高盐废水。金浓度为10.6 mg/L，pH=8.0，取少量液体将其蒸干后测试固体盐分为150 g/L。

北京普析TAS-990型原子吸收分光光度计(AAS)用于测定溶液中金浓度，PHS-25型pH计用于测定溶液pH值，BSA4202S型电子天平用于树脂称量。

1.2 实验方法

1.2.1 金吸附实验

将717阴离子交换树脂加入到100 mL废水溶液中，室温条件下在磁力搅拌器上搅拌，考察pH、吸附时间和树脂用量对金吸附效果的影响。每次实验结束后取上清液采用原子吸收分光光度计测定金浓度。金的吸附率和吸附量计算公式如下：

式中，0为溶液中金的起始浓度，为上清液中金的平衡浓度，mg/L；为溶液的体积，L；为树脂吸附量，mg/g；为树脂的质量，g。

1.2.2 吸附动力学实验

研究不同温度条件下离子交换树脂对金的吸附率，用实验数据进行吸附动力学方程拟合及分析。

2 结果与讨论

2.1 pH值对金吸附率的影响

分别称取0.8 g树脂于100 mL高盐废水中，用盐酸溶液调节pH值至0.0～8.0，搅拌吸附60 min，考察pH值对金吸附率的影响，结果如图1所示。从图1可以看出，pH值对金的吸附率影响较大。酸性条件有利于金的吸附，当pH值为2.0时金的吸附率最大为95.0%。这是因为AuCl4-在酸性条件比较稳定，在碱性环境下AuCl4-会水解生成Au(OH)3，影响了树脂的吸附性能[8]。综合考虑，以下实验溶液pH值均控制在2.0。

图1 pH值对金吸附率的影响

2.2 吸附时间的影响

将高盐废水pH值调整至2.0，称取0.8 g树脂于100 mL高盐废水中，考察了搅拌吸附时间对金吸附率的影响，结果如图2所示。

图2 吸附时间对金吸附率的影响

图2表明，随着吸附时间延长金的吸附率逐渐增加。附时间为60 min时吸附率达到94.6%，继续延长吸附时间吸附率变化不大，说明吸附反应已经趋于平衡，因此，最佳吸附时间为60 min。

2.3 树脂用量的影响

分别称取不同量的树脂于100 mL高盐废水中搅拌吸附60 min，然后分析溶液中金的残余浓度计算吸附率，结果见图3。从图3可以看出，随着树脂用量的增加，金的吸附率呈不断升高趋势。当树脂用量为1.0 g时金的吸附率为94.7%，继续增加树脂用量，金的吸附率仅提高0.3%左右。因此，树脂用量选择1.0 g即可。

图3 树脂用量对金吸附率的影响

根据以上实验结果，确定717阴离子交换树脂吸附金的最佳工艺条件为：pH 2.0、吸附时间60 min、树脂用量1.0 g。在此条件下，进行了3组静态吸附实验，金的吸附率分别为：95.3%、95.1%、95.2%，平均值在95%以上；上清液中金浓度低至0.5 mg/L，可不再回收。

2.4 离子交换树脂静态饱和吸附量的确定

在室温条件下取1.0 g 717阴离子交换树脂，加入500 mL高盐废水中吸附60 min后测定其中的金浓度。将树脂取出加入新鲜的高盐废水，再吸附60 min取样分析金浓度。如此反复，直至金浓度不变化为止。将树脂用直接灰化称量的方法处理，测得717阴离子交换树脂的静态饱和吸附量为241 mg/g(Au/干树脂)。

2.5 离子交换树脂吸附动力学研究

实验选取293、303、313、323 K共4个温度，实验条件为，树脂用量1.0 g，pH为2.0吸附，每间隔一段时间取样测定金浓度，结果如图4所示。

由图4可知，随着温度的不断升高，金吸附率不断升高，特别是前10 min反应速率很快，由此可见提高温度有利于吸附反应的进行。

利用准一级反应动力学模型和准二级反应动力学模型[9-10]研究717阴离子交换树脂吸附金的动力学。反应动力学模型：

ln(eq–q)=lneq–1(3)

/q= 1/(22eq) +/eq(4)

式中，t和eq分别为时刻和平衡时的离子交换容量，mg/g；1和2分别为准一级速率常数和准二级速率常数，min-1。

根据不同温度条件下的实验数据用式(3)和(4)进行准一级反应动力学模型和准二级反应动力学模型进行拟合，结果如图5和图6所示。

图4 温度对金吸附率的影响

图5 717树脂吸附金的准一级动力学拟合结果

图6 717树脂吸附金的准二级动力学拟合结果

从图5和图6可以看出，717树脂吸附金的动力学数据更符合准二级反应动力学模型。根据图6所得的拟合直线的斜率可计算出2，并以ln对1/进行线性拟合，结果如图7所示。

图7 lnk与T-1的关系图

根据阿伦尼乌斯方程，ln= −a/(R)+ln，R= 8.314 J/(mol·K)，图7中直线的斜率−a/R= −2563.6。由此可求得吸附表观活化能a21.3 kJ/mol。

3 结论

1) 717阴离子交换树脂能有效吸附高盐废水中的金，酸性环境有利于树脂对金的吸附。在pH=2的最佳条件下，经60 min搅拌，1 g树脂对100 mL金浓度为10.6 mg/L高盐废水中金的吸附率达95%以上，残液金浓度低至0.5 mg/L。

2) 在室温下717阴离子交换树脂对高盐废水金的静态饱和吸附容量为241 mg/g，具有较强的应用潜力。

3) 717阴离子交换树脂对金的吸附率随着温度升高而增加，吸附反应符合准二级反应动力学模型，表观活化能a为21.3 kJ/mol。

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Study on the adsorption performance of 717 anion resin for gold in high-salt waste water

WANG Ming-shuang, XUN Wei-chao

(Shandong Gold Smetling Co. Ltd., Laizhou 261441, Shandong, China)

The adsorption performance of 717 anion exchange resin for goldin high-salt waste water was studied. The effects of pH value, adsorption time and resin dosage on the gold adsorption were investigated. The results showed that the pH value had a great influence on the adsorption rate. When pH=2, after 60 min adsorption, the adsorption rate of 1.0 g resin to 100 mL high-salt wastewater with 10.6 mg/L gold was more than 95%. The static saturated adsorption capacity of the resin is 241 mg/g. Elevated temperature is favorable to gold adsorption. Adsorption kinetics study showed that the adsorption followed the second-order kinetics model, and that the reaction apparent activation energy calculated is 21.3 kJ/mol.

chemical metallurgy;high-salt waste water; resin adsorption; gold; kinetics

O647.3

A

1004-0676(2022)02-0047-04

2022-03-14

王明双，男，硕士，工程师。研究方向：贵金属冶炼。E-mail：wms110220@163.com