高效除铊剂ARSC-YJ06处理含铊浸出液试验研究

2022-09-07何建刘思圻徐月冰刘园园熊慧

新型工业化 2022年6期

何建，刘思圻，徐月冰，刘园园，熊慧

湖南艾森尼克环保科技有限公司，湖南长沙，410205

0 引言

铊（Tl）是一种稀有但分布十分广泛的重金属元素，含有剧毒，对哺乳动物而言，其毒性远大于汞、铅、砷等重金属。所有形式的铊盐均可溶解，能通过食物链进入并积蓄于人体，从而对人体造成持续性伤害。同时，含铊资源的开发、加工与利用也显著增加了环境中的铊负荷，导致大气、水源、土壤等环境遭到污染，严重危害生态环境。在我国，铊已被公认为是一种新兴污染物[1-3]。

陕西渭南某钢铁厂烧结机头灰中含有大量氯化钾，可作为生产钾肥的重要原料，但该烧结机头灰中铊元素含量超标。在实际生产过程中，烧结机头灰回收氯化钾采取的工艺流程为：原料浸出—浸出液净化—蒸发结晶—干燥，最终得到氯化钾产品。基于铊元素对人体健康的危害，我国规定，肥料中铊含量的限值为2.5mg/kg，为确保氯化钾产品中铊元素的含量低于标准值，在生产过程中，需控制浸出液铊元素的含量低于5.0μg/L。本文对此浸出液展开了除铊实验研究，并以实验室中最优条件进行扩大化实验，取得了较为满意的结果。

1 实验部分

1.1 水样来源及参数

试验水样取自陕西渭南某钢铁厂冶炼过程中所产生的烧结机头灰浸出后溶液，其水质如下：Tl 11400μg/L，pH4.3，并含有可溶性锌、钙等盐。

1.2 仪器和试剂

仪器：AY220型电子天平；HJ-4A型数显恒温多头磁力搅拌器；pH-3C型精密pH计。

试剂：氢氧化钠、碳酸钠均为分析纯。ARSC-YJ06为湖南艾森尼克环专用除铊剂，PAM为工业级产品。

1.3 实验方法

取原浸出液200mL置于烧杯中，在室温下搅拌，逐滴加入氢氧化钠溶液调节浸出液pH至8以除去溶液中的锌离子，加入絮凝剂絮凝后过滤；清液中加入定量的碳酸钠（除去溶液中的钙离子）固体及除铊剂，调节pH到预定值后再反应15min后，再加入适量PAM（配制浓度1‰），继续搅拌10～20s，静置，沉降，过滤后取清液，对清液中铊离子浓度进行检测。

1.4 分析方法

铊离子浓度采用电感耦合等离子体质谱法测定。

2 结果与讨论

2.1 除铊剂ARSC-YJ06投加量对去除效果的影响

取原浸出液200 mL，调节pH并过滤后加入不同剂量的除铊剂ARSC-YJ06，反应15 min。现象：加入除铊剂ARSC-YJ06后，均有沉淀生成，且随着ARSC-YJ06量的增大，沉淀量也随之增加。投加剂量对铊离子去除效果的影响如图1所示。

由图1可知，随着除铊剂ARSC-YJ06剂量的增加，处理后的水样中铊离子浓度呈降低趋势，当ARSC-YJ06投加量增加至1.5‰时，处理结果基本稳定，Tl浓度由原浸出液中的11400μg/L降低至3.16μg/L，此时若继续将试剂量增加至2.5‰，体系中铊离子浓度仅由3.16μg/L降至2.89μg/L，药剂的成本却增加近一倍，因此从成本节约的角度考虑，在后续实验中，ARSC-YJ06的最佳剂量为1.5‰。

2.2 pH值对去除效果的影响

由于除铊剂中含硫，酸性环境下会释放有毒的H2S气体，因此在实验过程中，溶液pH值必须保持在7以上。

在ARSC-YJ06投加量为1.5‰，反应时间为15min条件下，不同溶液pH值对去除效果的影响如图2所示。

由图2可知，溶液的pH值对铊离子的去除效果存在着较大的影响。当体系pH=7时，铊离子浓度为26.3μg/L，pH上升至8，铊离子浓度即可降至3.16μg/L，随后，在pH=8～9的范围内，处理出水中Tl浓度变化不大，约为2.92～3.45μg/L。当体系的pH值提高至9.5时，出水中铊离子的浓度明显升高，达到14.7μg/L。说明此时被吸附的铊离子解吸，从而出现了返溶的现象。因此，在除铊反应中，pH值不可低于7，但也不宜过高，应控制在8～9之间。

2.3 反应时间对除铊效果的影响

在ARSC-YJ06投加量1.5‰，调节反应pH=8的条件下，不同反应时间对除铊效果的影响如图3所示。

由图3可知，反应时间在15min以内时，出水体系中铊离子浓度随反应时间的增加呈降低趋势。此时体系中铊离子浓度为3.16μg/L，延长反应时间，铊离子浓度基本稳定，因此，可确定反应最佳时间为15min。

2.4 中试试验

据小试结果，可以确定烧结机头灰浸出液除铊最佳的工艺条件：用NaOH调节水体pH值至8，过滤后向出水中投加专用除铊剂ARSC-YJ06 1.5‰及定量碳酸钠，控制体系pH值处于8～9范围内，反应15min后，加入适量PAM溶液对沉淀进行絮凝，出水中Tl浓度降低至3.16μg/L。

为进一步为技术工程化应用奠定基础，我们在陕西渭南某钢铁厂展开了3天的中试试验，处理能力为2t/h，72h连续处理。在试验的过程中，每小时取样一次，取样8次后混合样品，测定水样中残余铊离子的浓度。据试验结果对参数（主要为ARSC-YJ06的用量）进行调整，以达到节约成本、优化工艺的目的，调整结果如表1所示。

从表1可知，中试结果优于实验室中小试的结果。由小试结果可知，除铊剂ARSC-YJ06用量需达到1.5‰，出水中铊离子浓度才能降至企业规定限值以下，而中试结果表明，当除铊剂ARSC-YJ06用量仅为1.2‰时，出水中铊离子的浓度即可低于5μg/L，符合企业标准。

表1 浸出液中试结果

据此，我们对所使用药剂的成本进行核算，在最佳条件下，处理每吨水的药剂成本为3.81元，结果如表2所示。

表2 浸出液除铊药剂成本核算

2.5 工艺设计

根据中试所确定的最佳工艺条件，确定工艺流程如下：

废水在调节池中对水质、水量等进行调节，经过滤后进入除铊反应池，用加药泵向反应池中投入定量的除铊剂，并用氢氧化钠调节反应池pH值至8～9范围内，反应时间控制在15min以上，反应池出水进入絮凝池，投加配置好的PAM，使在反应池中形成的细小絮体絮凝成较大絮体，然后进入斜管池，将沉淀分离，出水储存后回用。