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  • 2022-04-26 发布

钢渣吸附剂在废水处理中的应用_朱跃刚

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2007年6月武钢技术Jun.2007第45卷第3期WISCOTECHNOLOGYVol.45No.3#35#钢渣吸附剂在废水处理中的应用1112朱跃刚,陈仁民,李灿华,朱成林(1.武汉钢铁集团冶金渣有限责任公司,湖北武汉430082;2.河北省滦县天隆冶金资源再生有限公司,河北滦县063101)摘要:钢渣是炼钢过程中的副产品,具有较大的比表面积和复杂的化学组成。钢渣处理废水的作用机理主要是吸附作用和沉淀作用,影响钢渣吸附性能的主要因素有反应温度、pH值、钢渣的颗粒粒度和反应时间。钢渣可以处理含铬、砷、镍、铜等废水,应用前景广阔。钢渣吸附剂的工业化关键需要解决钢渣吸附剂的造粒问题。关键词:钢渣;废水处理;吸附;应用中图分类号:X757文献标识码:B文章编号:1008-4371(2007)03-0035-04Applicationofstee-lslagadsorbentinwastewatertreatment1112ZHUYue-gang,CHENRen-min,LICan-hua,ZHUCheng-lin(1.MetallurgicalSlagCO.,LTD,ofWISCO,Wuhan430082,China;2.TianlongRecyclableResourcesofMetallurgyCO.,LTD,LuanCounty063101,China)Abstract:Stee-lslagwithhigherspecificsurfaceareaandcomplicatedchemicalcomponentsistheby-productinstee-lmaking.Themainactionmechanismsforthewastewatertreatmentbystee-lslagareabsorptionanddepositionandthemainfactorsaffectingtheadsorbabilityofthestee-lslagarereactiontemperature,pHvalue,grainsizeofstee-lslagandreactiontime.Theprospectforapplicationofthestee-lslagisverywidesinceitcanbeusedforthetreatmentofwastewatercontainingCr、As、Ni、Cuandotherelements.Thekeytosolutionofindustrializa-tionofstee-lslagistheproblemofgranulation.Keywords:stee-lslag;wastewatertreatment;adsorption;application废水污染是一个极其严重的环境问题,废水、被环保工作者认识,钢渣在污水治理方面可应用废渣等通过水、土壤、空气,尤其是食物链,对人类于处理磷、镍、铬、砷等废水及其它污染物。利用的生存和身心健康产生严重危害。吸附法作为一钢渣制作吸附剂,尤其是废水处理吸附剂是钢渣种重要的化学物理方法在废水处理中已有应用,综合利用的新方法,所制作的吸附剂是一种新型特别是用于环境保护。吸附法的关键技术是吸附的吸附材料。与其它吸附材料相比,用钢渣制作剂的选择,吸附剂的种类很多,可分为无机的和有吸附剂,尤其是制作废水处理吸附剂的优势明显,机的,天然的和合成的,但性能良好而且能工业化主要表现在:(1)吸附性能优异。钢渣对金属离子的吸附剂不是很多。因此开发新型高效吸附剂尤的吸附不仅速度快,吸附过程彻底,一次性投放钢其是需求量大的废水处理吸附剂仍然是一个异常渣处理含铬的重金属废水可以达标排放,而且钢活跃的领域,而近年来利用废弃物开发吸附剂尤渣对重金属离子适用范围广,在很宽的pH值范其引人注目。围内都可以稳定去除重金属离子,能够适应pH值波动大的废水。这是许多吸附材料所不具备的1钢渣吸附剂的优点优点。(2)易于固液分离,简化吸附后处理工艺,近年来,钢渣在污水处理中的独特作用逐渐操作简单。(3)钢渣性能稳定,无毒害作用。(4)作者简介:朱跃刚(1959-),男,江苏连云港人,高级经济师.n#36#武钢技术第45卷变废为宝、以废治废,社会效益、经济效益和环保可部分形成氢氧化物和砷酸盐的沉淀。如处理含效益显著。(5)钢渣来源广泛,价格低廉,十分有铬废水时,其反应式如下:利于废水处理厂降低废水处理成本。6FeSO4+H2Cr2O7+6H2SO4=3Fe2(SO4)3+Cr2(SO4)3+7H2O2钢渣在废水处理中的应用-2-Cr2(SO4)3+6OH=2Cr(OH)3|+3SO42.1钢渣处理废水的机理-2-Fe2(SO4)3+6OH=2Fe(OH)3|+3SO4钢渣作为吸附剂处理废水,其作用机理是一这种氢氧化物和砷酸盐的沉淀的形成对于金个十分复杂的物理化学过程。国外20世纪90年属离子和砷元素(特别是五价砷)的去除是非常有代中期分别研究了钢渣作为吸附剂处理镍、铅、利的。铜、铬等的吸附行为,国内的学者也进行了类似的2.2影响因素分析研究,并进行了一些有益的探讨,大致如下。2.2.1温度的影响2.1.1吸附作用大多数学者的研究表明,温度在10~40e范钢渣经粉碎(一般过40目筛)后有着较大的围内,对有害元素的去除率无明显影响,铬、镍的比表面积,同时还具有活性基团,对金属离子有一去除率均在99%以上,砷的去除率在98%以上,定的吸附作用,对金属离子的去除非常有利。钢因此可以在室温下进行处理。而张从军、甘义群、渣的吸附作用主要有物理吸附和化学吸附。物理2+蔡鹤生在处理含铜废水时发现,温度升高,Cu吸附由钢渣的多孔性和比表面积决定,比表面积2+的去除率增大。因为在水溶液中,钢渣对Cu的[1]越大,吸附效果越好。王士龙等人用试验的方吸附必然伴随着水分子的脱附,水分子脱附产生法证明了钢渣的吸附作用基本符合Freundlich2+[4]的熵值增加量大于Cu被吸附的熵值减少量,吸附等温式即:这就使得整个体系的焓变为正值,从而得出该吸lgqe=lgkf+1/nlgC附过程是吸热过程的结论。式中,qe为平均吸附量,C为平衡浓度;kf、2.2.2pH值1/n为经验常数。pH值是影响吸附作用的最主要因素。钢渣该种吸附作用甚至是钢渣吸附剂的主要作用。含有大量碱性氧化物,投加到水溶液中,其表面的从研究钢渣处理含铜废水的角度分析钢渣吸部分氧化物易发生水解,使得溶液pH值有所上[2]附剂的化学吸附作用,可将此种吸附作用分为:升。这样溶液中pH值增幅与溶液的初始pH有(1)静电吸附。当溶液pH大于钢渣的关,初始pH值越小,增幅越大。几乎所有的研究pHZPC时,钢渣表面因带负电荷而对溶液中的阳离都表明,钢渣适合于处理酸性、中性的废水。这是2++子(如Cu、CuOH)产生静电吸附。因为钢渣的XRD分析表明其主要矿物为磁铁矿(2)表面配合。钢渣颗粒表面的硅、铝、铁的(Fe3O4),磁铁矿的电荷零点pH值(pHZPC)为氧化物表面离子的配位不饱和,在水溶液中与水6.5[5],当溶液pH小于6.5时,矿物的表面将带配位,水发生离解吸附而形成羟基化基团SOH,负电荷而大量吸附金属离子;但当溶液pH值超该基团能够与金属阳离子生成表面配位配合过6.8时,沉淀作用将替代吸附作用成为钢渣去[2]物。除金属离子的首要方式。2++2SOH+CuWS2O2Cu+2H2.2.3钢渣的细度2++SOH+Cu+H2OWSOCuOH+2H国内许多学者都研究了钢渣颗粒粒度与钢渣2++SOHx+CuWSOCu+xH吸附效果的关系。试验表明钢渣细度在40~1602++SOHy+Cu+H2OWSOCuOH+(y+1)H目时,随着细度的增加,钢渣吸附剂的去除效果略(3)阳离子交换。溶液pH值较低时,钢渣表有增加,但均在98%以上。而钢渣粒径大于或者+2++面将吸附部分H,Cu可与H发生阳离子交小于此范围,未达到最好的吸附效果。这是因为换作用而被吸附在钢渣表面。颗粒较粗,其比表面积和表面能较小,不利于吸附2.1.2沉淀作用的进行;而颗粒太细,尽管其具有较大的比表面积[3]钢渣溶液经试验有强的碱性,使金属离子和表面能,但其微观结构在研磨过程中遭到破坏,n第3期朱跃刚,等:钢渣吸附剂在废水处理中的应用#37#同样得不到最佳的吸附效果。况且由于钢渣粉碎法等,但以上处理方法的成本相对较高,使得其应有一定难度,确定钢渣细度为过40目筛较适合工用受到限制。[2]业化。通过采用钢渣处理含铜废水的试验研究结2+2.2.4反应时间果表明,钢渣对Cu的吸附一般在240min即可钢渣作为吸附剂,其重金属(或者砷、磷)离子达到吸附平衡,振荡时间、溶液的pH值、钢渣粒2+的去除率随着振荡反应时间的增加而增大。但是径和反应温度均对Cu的去除率产生影响。钢2+一段时间后趋于稳定,甚至略有下降的趋势。这渣对Cu的吸附能够较好地符合Langmuir和2+种现象是由于初始的金属离子浓度在溶液和钢渣Freundlich吸附等温线。钢渣对Cu的吸附通过4种方式,即静电吸附、表面配合、阳离子交换、表面之间相差较大,因而金属离子能迅速地被吸沉淀作用,其中前3种是本次试验中钢渣去除的附在钢渣表面;随着两相之间浓度差的降低及已2+吸附在钢渣表面的金属离子向钢渣微孔内部扩散主要方式。当废水中Q(Cu)为50mg/L,pH值为6.5~6.8,振荡时间为240min,钢渣投加量为的速率缓慢的共同影响,使得吸附速率不断降低[6],最后趋于吸附平衡。5g/L,钢渣粒径为0.09~0.15mm,反应温度302+2+2.3钢渣处理废水的研究与应用实践e时,出水Q(Cr)低于0.5mg/L,钢渣对Cu的去除率超过99%。2.3.1用钢渣处理含铬废水2.3.4用钢渣处理含镍废水含铬废水主要来源于电镀、制革、印染及其它通过对钢渣处理含镍废水进行了试验研化工生产。含铬废水的治理目前常采用还原中和[1]究,探讨了钢渣用量、废水酸度、接触时间等因法、离子交换法、吸附法、铬酸钡沉淀法等。张运素对除镍效果的影响,结果表明:在废水pH3,[7]徽采用钢渣作吸附剂对含铬废水进行了试验研2+Q(Ni)[300mg/L范围内,按镍与钢渣质量比3+究。结果表明,在废水pH值=2.5~12、Q(Cr)为1/15投加量进行处理,镍除去率大于99%,废=0~350mg/L范围内,按铬/钢渣质量比为1/水经处理后可达标排放。35投加钢渣进行处理,铬的去除率达到99%,处2.3.5发展现状3+6+理后的废水达到排放标准。对于Cr、Cr共存国外20世纪80年代就开始了钢渣除磷的研含铬废水,用硫酸亚铁还原后,处理方法与处理效[9]究,20世纪90年代中期分别研究了钢渣作为3+果完全同Cr废水的处理。吸附剂对废水中镍、铅、铜等的吸附行为。国外文2.3.2用钢渣处理含砷废水献曾报道了钢渣作为吸附剂去除硝酸盐的特性;含砷废水主要来源于冶金、石油、化工等行钢渣在处理废水中磷酸盐的应用;钢渣在处理染业。砷有剧毒,其中以三价砷的毒性最大,人体若料、造纸废水中的应用;钢渣处理废水中铜离子、长期摄入微量砷,会由于砷的蓄积而引起慢性中镍离子、铬离子、铅离子的应用等。所有这些研究毒,因此,含砷废水必须经处理后才能排放。郑礼都表明,钢渣是一种较好的环保吸附材料,而且钢[8]胜等用钢渣处理含砷废水进行了试验,结果表渣处理废水,以废治废,变废为宝,具有较好的发明,在废水pH=1.5~9.0、Q(As)(Ó)为10~200展前景。mg/L、As(Ó)/钢渣为1/2000(质量比)的条件我国关心环境保护的专家张钊、谢维民、邱建下,砷的去除率达98%以上。钢渣密度大,沉降明[10]、谢维民[11-12]、邓雁希[13]等还开展了钢渣除快,易于固液分离,沉降分离出的钢渣可作生产水磷的研究,他们认为:钢渣作为除磷材料,可以有泥的原料。效地去除废水中的磷,最高去除率可达90%以2.3.3利用钢渣处理含铜废水上,可以防治水体的营养化。铜是人体生长必需的微量元素,但过量的铜至今为止,钢渣作为废水处理吸附剂的工业具有较大的毒性,可造成肝肾损害,还能损伤红细化开发与应用尚未见研究报道。广西大学资源与[14]胞而引起血管内溶血。目前含铜废水主要来源于环境学院马少健等人1999年以来系统研究了电镀、冶炼、五金、石油化工和化学工业等部门的钢渣对铜、铅、铬、锌重金属离子和有机物等的吸排放。工业上处理含铜废水的方法主要有化学混附特征以及钢渣的改性吸附性能。研究实践认为凝沉淀法、离子交换法、电解法、反渗透法、电渗析钢渣的工业化吸附剂尚有一些问题需要解决:n#38#武钢技术第45卷(1)钢渣中含有少量的铁导致钢渣脆性下降,韧性[参考文献]加强,我们利用常规破碎技术既费时又耗能,产品[1]王士龙.用钢渣处理含镍废水[J].贵州环保科技,2003,9粒度不均匀,有不少会过磨,粒度难于控制,很难(2):45-48.生产出粒度适宜、性能均匀的吸附剂产品。[2]张从军,甘义群,蔡鹤生.利用钢渣处理含铜废水的试验研(2)钢渣经过粉磨处理不但不能产生疏松多究[J].环境科学与技术,2005,28(1):85-86.孔的产品,而且还会破坏原有的孔隙,从而导致吸[3]郑礼胜,王士龙.用钢渣处理含铬废水[J].材料保护,1999,附效果下降。32(5):40-41.[4]沈钟,王果庭.胶体与表面化学[M].北京:化学工业出版(3)钢渣吸附剂的开发关键在于考虑如何能社,1999.在液态下对其进行直接造粒。目前的水淬钢渣在[5]BenjaminMM.LeckieJ.MultiplesiteadsorptionofCd,工艺上日趋成熟可能为此提供一些解决的思路。Cu,ZnandPbonamorphousironoxyhydroxide[J].ColloidInterfaceSci,1981,14:15-20.3结语[6]DimitrovaSV.Metalsorptiononblastfurnaceslag[J].Wa-terRes,1996,30:228-332.钢渣是一种较好的环保吸附材料,具有吸附[7]张运徽.钢渣处理含铬废水的研究[J].三明高等专科学校效果好、适应范围广、易于固液分离等很多优点,学报,2001,18(4):6-9.而且钢渣性能稳定,无毒害作用,用于处理废水,[8]郑礼胜,王士龙,张虹,等.用钢渣处理含砷废水[J].化工可以以废治废,变废为宝,具有较好的社会效益、环保,1996,16(2):342-345.环保效益和经济效益。[9]HisashiYamadaetal.Afundamentalresearchonphos-phateremovalbyusingslag[J].Wat.Res.,1986,20(5):由于钢渣成分和形成机理的复杂性,钢渣作547-557.为净化废水的吸附剂还有很多方面需要进一步研[10]张钊,谢维民,邱建明.钢渣对污水中磷酸盐的去除[J].究,特别是钢渣吸附剂在不同废水中的作用机理环境工程,1993,11(4):47-50.的深入研究。从目前的文献资料可以看出,钢渣[11]谢维民.污水除磷技术[J].环境科学,1989,10(5):63-68.吸附剂的工业化也需要解决钢渣粉体化时如何保[12]谢维民.几种含钙工业废料的固定床吸收除磷特性[J].持其原有特性不受影响。环境科学,1991,12(1):7-11.[13]邓雁希,许虹.钢渣在含磷废水处理中的应用[J].有色矿钢渣吸附剂的工业化应用也许会扭转我国钢冶,2002,18(3):43-44.渣利用率低下的不利局面。[14]马少健,刘盛余,胡治流,等.钢渣吸附剂对铬和铅重金属离子的吸附特性研究[J].有色矿冶,2004(4):57-59.(收稿日期:2007-01-12)巴西一大型铁矿成本10美元/t据里约热内卢5商报6日前报道,英美资源集团将与巴西MMXMINASRIO矿业公司联合投资23.5亿美元开发大型铁矿项目。该矿的铁矿石生产成本每吨仅10美元,售价至少每吨45美元,因此预计投产3年就可全部收回投资。根据双方日前签署的协议,巴西公司占有该项目51%的股份,英美资源集团的股份占49%。该项目包括建设一座洗矿厂、一条长530km的矿石专用铁路和一个铁矿石码头。项目预计今年9月开工,两年内即可开始出口。这一大型铁矿位于巴西米纳斯吉拉斯州,年生产能力为2650万t。据该项目巴方负责人透露,该矿10年的铁矿石产量已经全部卖光,其中1300万t卖给了GolfIndustrie投资公司,其余的卖给了一家日本公司。(下载自5世界金属导报6)

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