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钒铬废水中有价元素资源化利用工艺研究

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钒铬废水中有价元素资源化利用工艺研究

1背景

钒铬废水是钒渣经钠焙烧、浸出过滤、酸铵盐沉钒生产钒氧化物过程中产生的工业废水。六价铬的含量高达500×10-6~1000×10-6,远远超过国家排放标准。

高价的钒铬化合物作为重污染物,如外排或外泄,会对水体和土壤环境造成极大的污染,严重危害人体健康,造成金属资源的浪费。

目前比较有效的处理这类废水的方法有:

(1)还原中和沉淀法,向钒沉淀废水中加入还原剂(如焦亚硫酸钠、亚硫酸氢钠等),使五价钒离子和六价铬离子全部还原为三价,再向还原后的废水中加入碱性溶液,使废水溶液中和,同时铬和钒离子形成水合物,并从废水溶液中析出。该方法设备简单,处理能力大,但存在钒铬回收率低,不能从沉淀废弃物中直接回收有价值的钒铬元素,难以精确控制药剂用量,药剂消耗量大,处理周期长,处理成本高等缺点。

(2)常规离子交换法,即利用离子交换树脂回收提钒废水中的阴离子组分,回收提钒废水中的钒和铬。该方法工艺路线简单,钒铬吸附率高,但仍存在许多不可避免的缺陷。含钒铬分析液浓缩液采用传统的铵沉淀工艺:铵盐沉淀钒,过滤,滤饼煅烧,得到纯度为99.8%的V2O5产品。沉淀钒上清液经还原、沉淀铬中和、过滤处理。该工艺不仅回收了氨氮废水,而且不能实现铬的资源化利用。

针对现有钒铬废水处理工艺的缺陷,提出了钒铬废水中有价元素资源化利用的技术方案。元素产品回收。

技术路线

处理钡铬废水的技术路线如图1所示。

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过程的研究

3.1实验步骤

(1)吸附。

将含钒、铬废水中的钒、铬离子通过吸附介质吸附,得到含钒、铬离子的吸附介质;

(2)分析。

在步骤(1)得到的含钒、铬离子的吸附介质中加入脱附剂,得到脱附溶液,脱附后的吸附介质可重复使用;

(3)沈钒。

在分析液中加入碱性物质,搅拌后过滤,得到钒酸钙产品,沉淀钒上清液;

(4)铬晶体。

对步骤(3)得到的钒沉淀上清液进行蒸发浓缩冷却结晶,得到铬酸钠粗产物和结晶母液;

(5)再结晶。

将步骤(4)所得的铬酸钠粗品加热溶解,冷却结晶得到铬酸钠产品及冷却结晶母液;

(6)返回结晶母液。

步骤(4)和步骤(5)得到的结晶母液返回步骤(2)重复使用,作为分析溶液的成分。

3.2实验结果

(1)温度对树脂饱和吸附量的影响(见图2)从图2可以看出,随着温度的升高,树脂对钒的吸附量先增大后减小,对铬的吸附量逐渐增大,但趋势趋于平缓。因此,吸附的最佳温度为30 ~ 40℃。

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(2) NaOH浓度对钒沉淀钙化率的影响钙化反应产生大量的NaOH。溶液中钒酸钠初始浓度越高,生成的NaOH浓度越高。NaOH浓度过高会阻碍钙化反应的进行。在实际生产中,初始反应溶液为中性,随着反应的进行,溶液中的NaOH浓度逐渐增加。在实验中,通过调整钒酸钠的加入量,将其转化为理论反应终点NaOH浓度。

制备了不同氢氧化钠终点浓度的钒酸钠溶液。反应条件为:钙钒比为1.2,反应温度为95℃,反应时间为2h。实验结果如图3所示。从图中可以看出,随着NaOH浓度的增加,钒的沉积速率逐渐降低。当NaOH浓度低于190g/L时,钒沉积率可达92%以上。实验中发现,当NaOH浓度大于160g/L时,反应后物料粘度高,含水量高,固液分离困难,影响了得率和工作效率。因此,终点NaOH浓度应小于160g/L。

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(3)添加CaO对沉钒率的影响

钙钒比是指氧化钙中含钙物质的量与钒酸钠中含钒物质的量之比。

控制反应条件:终点NaOH浓度为150g/L,反应温度为95℃,反应时间为2h。随着氧化钙添加量的增加,钙化钒的转化率逐渐增加,当添加到液相钒添加量的1.8倍时,钙化钒的转化率趋于稳定。不断增加氧化钙的用量会使钒酸钙中的钙含量和钒含量增加。减少,导致后续铵转化过程中碳酸氢铵的消耗增加。因此,最佳钙钒比为1.8。

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(4)反应温度和时间对钒沉淀速率的影响

控制反应条件:NaOH终点浓度150g/L,钙钒比1.8,考察反应温度和反应时间对沉钒率的影响,实验结果如图5所示。随着反应温度和反应时间的增加,钙化钒的转化率逐渐增加。最佳反应条件为:反应温度80℃,反应时间20 min,钙化钒转化率可达98%。

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(5)碱度对铬酸钠结晶的影响(见图6)

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随着碱浓度的增加,铬酸钠结晶速率逐渐增大,结晶质量逐渐降低,碱夹带量增加。根据工业应用要求,剩余的铬酸钠可在后续循环中结晶析出,不影响整体收率。

综上所述,钒酸钠结晶钙化沉淀钒的最佳工艺条件为:NaOH端浓度160g/L,钙钒比1.8,反应温度80℃,反应时间20min。

4结论

通过上述工艺的实施,可实现钒铬废水中有价元素的资源化利用,利用分析溶液制备钒酸钙和铬酸钠两种终端产品,并可回收结晶母液中的碱性介质。