淺談垃圾中重金屬的回收方法實(shí)驗(yàn)

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1實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1實(shí)驗(yàn)試劑和儀器實(shí)驗(yàn)使用的飛塵

焚燒飛灰和飛塵的化合物及重金屬含量。將飛灰和少量黏土混合壓縮成型在焙燒窯內(nèi)燒制陶粒，溫度1120~1180℃，煙氣凈化系統(tǒng)包括脫酸塔、活性炭吸附劑和布袋除塵器。飛塵樣品取自布袋除塵器排灰口，包括活性炭吸附的灰塵。為使樣品具有代表性，布袋飛灰在連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的1周內(nèi)采集，收集的樣品混合均勻后，用20目（0.83mm）的網(wǎng)篩去除大顆粒，并在105℃下干燥24h。還原鐵粉：Fe含量不少于98.0%，分析純?cè)噭?00目?；钚蕴浚褐睆?~3mm的活性炭棒顆粒，球磨機(jī)磨細(xì)，300目。采用的設(shè)備主要包括：AFS-9700原子吸收分光譜儀；MDS-6型微波消解儀；202-A0干燥箱；KE-2L行星球磨機(jī)；NJ-160攪拌器；PHS.25型pH計(jì)。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1配取100mL一定濃度的NaCl溶液，調(diào)節(jié)其pH，加入一定量的飛塵（10g），隨后加入鐵粉，120r/min攪拌1~6h。攪拌結(jié)束后，靜置2h，然后用磁鐵將鐵粉從載漿中吸出。

1.2.2將鐵粉和磁鐵分離，干燥，稱(chēng)量，計(jì)算其損失。

1.2.3將尾漿固液分離，過(guò)濾液用AAS測(cè)重金屬含量，殘灰微波消解再用AAS測(cè)量。維持上述操作步驟，改變NaCl溶液的濃度分別為0.0、0.1、0.3、0.5、0.7、1.0、1.2mol/L；pH分別為2、4、6、8、9、11；鐵粉/飛塵分別為0.0、0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0；處理時(shí)間分別0、30、50、60、90、120、180min。上述實(shí)驗(yàn)，平行3次，得到最佳回收重金屬的參數(shù)。

2結(jié)果和分析

2.1pH對(duì)飛塵中重金屬浸出的影響

不加入載體進(jìn)行浸出實(shí)驗(yàn)，浸出液的pH分別用HNO3和NaOH調(diào)整到2、4、6、8、9、11，得到結(jié)果?？梢钥闯鰌H在2~4時(shí)重金屬的浸出率下降不明顯，之后下降明顯，當(dāng)pH=9時(shí)接近最低值，但當(dāng)pH＞10時(shí)，Pb和Zn浸出又略有上升，這是因?yàn)樗鼈儗儆趦尚灾亟饘伲趐H＞10時(shí)，沉淀又開(kāi)始重新解析，變成離子態(tài)。變化趨勢(shì)看出，在酸性條件下加入NaCl有利于重金屬的浸出，且pH宜控制在2~4。這主要是因?yàn)椋核嵝詶l件下，重金屬能夠與NaCl形成各種不同的絡(luò)合物，增強(qiáng)了重金屬的溶解；在堿性條件下，重金屬會(huì)與水解產(chǎn)生的OH-產(chǎn)生沉淀，從而降低重金屬的解析；Na+與重金屬陽(yáng)離子產(chǎn)生離子交換作用。

2.2pH對(duì)重金屬回收率的影響

鐵粉作為載體，在不同pH下對(duì)重金屬回收率影響。可看出，在pH＜4時(shí)，重金屬的回收率隨pH的增加而增加，之后降低。當(dāng)pH=4時(shí)，重金屬的回收率達(dá)到最大，Zn為90.5%，Cu為83.9%，Cd為80.3%，Pb為88.7%，在pH=11時(shí)，4種重金屬的回收率分別是Zn為10.0%，Cd為10.8%，Cu為48.2%，Pb為71.5%，Zn和Cd的回收率下降明顯，Cu和Pb的回收率略有下降，但降幅不大。這表明，pH對(duì)Zn和Cd這類(lèi)酸溶性的重金屬影響很大，因?yàn)閆n和Cd的金屬活動(dòng)性和Fe相差不大，F(xiàn)e很難從其氯化物中置換出這2種金屬，只能在酸性條件下依靠氯離子的絡(luò)合作用，增強(qiáng)金屬的溶解或者是依靠Fe的混凝吸附作用；而Cu和Pb的活潑性要遠(yuǎn)低于Fe，可以很容易通過(guò)載體鐵粉的置換作用被回收，因此pH對(duì)其影響不大。中也可以看出，pH過(guò)低會(huì)減小重金屬的回收率，這是由于在強(qiáng)酸溶液中存在豐富的H+，在這種環(huán)境中鐵粉表面會(huì)被腐蝕，使得鐵粉的膠結(jié)率降低，從而影響重金屬在鐵表面的堆積。從化學(xué)式可以解釋這一原因。因此在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中選擇pH=4。

2.3鐵粉/飛塵對(duì)重金屬回收率的影響

加入不同鐵粉/飛塵對(duì)重金屬回收率的影響。可看出，在沒(méi)有鐵粉時(shí)，Cu和Pb的回收率均低于30%；Cd為61.7%，Zn為75.4%。隨著鐵粉的加入，各重金屬的回收率都有所增加，其中Cu和Pb的回收率漲幅很大。當(dāng)鐵粉/飛塵達(dá)到2，Cu和Pb的回收率分別達(dá)到了86.7%和88.6%，Cd和Zn分別為83.3%和90.3%。再繼續(xù)加入鐵粉，回收率基本不變，所以實(shí)驗(yàn)取鐵粉/飛塵為2。

（1）達(dá)到了平衡，這時(shí)PbO不再形成可溶性氯化鉛絡(luò)合物，因此只有很少的Pb被提取到液態(tài)；隨著鐵粉的加入

（2）的反應(yīng)開(kāi)始發(fā)生，并促使反應(yīng)向右方向進(jìn)行，氯化鉛絡(luò)合物的濃度降低，Pb含量增多，從而又會(huì)促進(jìn)化學(xué)式

（3）向右方向進(jìn)行，增強(qiáng)PbO的溶解，直到達(dá)到平衡。

2.4處理時(shí)間對(duì)重金屬回收率的影響

飛塵中重金屬的釋放受到本身的性質(zhì)以及處理時(shí)間長(zhǎng)短的影響，控制其他影響因素不變，對(duì)不同處理時(shí)間下飛塵的浸出特性進(jìn)行分析，由這些特性可得到處理時(shí)間對(duì)飛塵中重金屬回收率的特性曲線(xiàn)。從在處理時(shí)間＜1h期間，隨著處理時(shí)間的增長(zhǎng)，幾種重金屬的回收率均在增加，尤以Pb的回收率漲幅最大，從最初的26.5%增加到81.1%，Zn、Cd、Cu漲幅不大，分別是Zn從79.1%增加到86.7%，Cd從55.0%增加到78.3%，Cu從62.9%增加到72.7%。隨著處理時(shí)間的增加，4種重金屬回收率漲幅不大。當(dāng)處理時(shí)間為2h時(shí)，金屬回收率達(dá)到最大，4種重金屬的回收率均在80%以上，分別是Zn為89.6%，Cd為83.3%，Cu為83.9%，Pb為87.9%。因此，最佳的處理時(shí)間為2h。多麗娜，等鐵漿法回收垃圾焚燒飛灰中重金屬的實(shí)驗(yàn)研究·3·2.5NaCl濃度對(duì)重金屬回收率的影響NaCl濃度對(duì)重金屬回收率的影響?？梢钥闯鲭S著NaCl濃度的增大，除Cu以外其他3種重金屬回收率均是呈上升的趨勢(shì)。當(dāng)NaCl濃度超過(guò)0.2mol/L時(shí)，Zn和Cd回收率不再受濃度影響。當(dāng)NaCl的濃度達(dá)到0.5mol/L時(shí)，Pb的回收率達(dá)到最大為57.3%。這可能是因?yàn)轱w塵中的Pb大多都是以PbO的形式存在，在低NaCl濃度下，一定數(shù)量的Pb以Pb2+被H+提取出來(lái)如化學(xué)式；在高NaCl濃度下，Pb會(huì)與Cl-形成絡(luò)合物［PbCl4］2-如化學(xué)式。［PbCl4］2-的增多也使得化學(xué)式正向進(jìn)行，之后在鐵粉上發(fā)生膠合反應(yīng)，從而更多的Pb被提取出來(lái)。至于其他重金屬影響較小的可能原因：

①重金屬在飛塵中的成分不同；

②相對(duì)于其他重金屬Pb2+和Cl-的競(jìng)爭(zhēng)能力要高于其他幾種重金屬。

3結(jié)論

1重金屬的回收率隨pH的升高而降低，但隨鐵粉/飛塵的升高而升高，并與處理時(shí)間呈正相關(guān)性，Pb的回收隨著NaCl濃度的升高上升趨勢(shì)明顯。

2在最佳參數(shù)NaCl濃度為0.5mol/L，pH=4，鐵粉/飛塵為2，處理時(shí)間2h條件下，重金屬回收率分別是Pb為88.6%、Cu為86.7%、Zn為90.3%、Cd為83.3%，結(jié)果表明利用鐵漿法回收飛塵中重金屬是可行的。

作者：多麗娜 魏國(guó)俠 劉漢橋 楊偉 單位：天津城建大學(xué) 天津城建大學(xué)