Versatic10/Mextra1984H萃取分离废水中的铜镍钴锌镉的研究

【摘要】湿法冶金过程常产生大量含重金属离子的废水,废水极易对环境造成危害。其中含有的重金属离子难以获得有效处理,这些重金属离子通常包括Cu(Ⅱ),Ni(Ⅱ),Co(Ⅱ),Zn(Ⅱ),Cd(Ⅱ),将这些重金属离子有效分离回收是当前的研究热点。针对废水较低的pH值、金属离子浓度较低、成分复杂、富集回收较为困难的问题,急需找到一条经济可行的处理技术进行处理。伴随着湿法冶金技术发展起来的溶剂萃取技术是废水处理技术中的一个重要方法,同时,单一的萃取剂针对含多种金属离子的复杂废水体系萃取回收金属产品较为困难,因此有必要开发萃取性能优良的协同萃取体系(两种或两种以上萃取剂组成的混合萃取剂萃取某一金属离子或化合物)。本论文首先综述了有机磷酸、羧酸以及含氮肟类等萃取剂在分离各类重金属离子时的分离效果及规律。文献的研究结果表明,上述萃取剂的合理组合将对金属离子产生协同萃取效应,这种协同效应显著提高了各金属离子的萃取选择性及分离效果,它可以将废水中所含的金属分别回收,作为资源重新利用,同时使得处理后的废水达到排放和会用的标准。因此有理由认为协同萃取技术在回收废水中的重金属离子时具有广阔的前景。本文进行了现场调研,采集分析了我国一些典型冶炼企业的废水水样,进一步得到废水溶液的水量水质情况,确定所要处理对象的金属种类和浓度范围。接着,本论文重点研究了协同萃取体系的选择,通过考察体系萃取金属时的萃取率与平衡pH之间的关系,发现Versatic10/Mextra1984H在对金属离子萃取时表现出协同效应。优化了Versatic10/Mextra1984H协萃体系分离回收铜、镍、钴、锌、镉的工艺条件,并探讨了该协萃体系萃取动力学和萃取机理,为协同萃取分离废水中的重金属离子的工业实践提供理论指导。本文考查了P204.Versatic10Mextra1984H等单一萃取体系对铜、镍、钴、锌、镉等重金属离子与镁、钙金属离子之间的分离效果,发现使用单一萃取体系分离难以实现。同时使用Versatic10萃取分离铜、镍、钴、锌、镉重金属离子与镁、钙金属离子较难实现,通过比较Cyanex301/Mextra1984H与Versatic10/Mextra1984H对重金属离子与杂质金属离子的分离效果发现,Cyanex301/Mextra1984H能将重金属离子与杂质离子分离,但在重金属离子之间实现一一分离却困难,而Versatic10/Mexta1984H搭配能对铜、镍、钴、锌、镉金属离子的萃取产生明显协同作用,数据表明协同萃取体系Versatic10/Mextra1984H分离回收重金属离子的方案可行,Versatic10/Mextra1984H萃取体系不仅能将重金属离子与杂质离子分离,还能将重金属离子之间相互分离。通过条件优化实验分别考察了最佳萃取剂组成,最优温度,最佳pH,最优平衡时间,相比等因素,确定了Versatic10/Mextra1984H协同萃取体系的最佳条件：萃取剂0.5MVersaticl0/0.5MMextra1984H,稀释剂MextralDT100,相比1：1,T=40℃,萃取时间20min,分相时间10min。在此条件下,△pH50(Ni-Ca)=3.8,△pH50(Ni-Mg)4.8,△pH50(Co-Ca)=3.0,△pH50(Co-Mg)4,△pH50(zn-Ca)=2.0,△pH50(Zn-Mg)=2.9,Cu.Ni.Co.Zn、Cd等重金属离子与Mg、Ca杂质金属离子具有较好的分离效果。同时协同萃取体系在酸性pH条件下,对有价金属也有较强的萃取能力,并且不同金属之间pHso也具有一定间隔,形成Cu.Ni/Co.Zn/Cd之间的分组。在此条件下,考虑多方面因素,得到将铜、镍、钴、锌、镉与镁、钙杂质分离的最佳pH条件是5.66。在萃取平衡时间方面,Cu.Ni/Co金属离子能在5mmin时间内就达到80%的萃取率,Zn/Cd金属离子的萃取较慢,在10min左右能达到60%的萃取率,在20min后能达到80%的萃取率。在反萃取过程中,5g/L的H2SO4能将Zn/Cd反萃取出去,少量的Co也被反萃取。而硫酸浓度在15g/L时将Ni/Co反萃取出去,在较高的硫酸浓度100g/L时将Cu反萃取出去。在反萃取平衡时间方面,Co.Zn/Cd的反萃取率在很短时间内就达到90%,而Ni的反萃取率在5min左右达到90%。对Versatic10/Mextra1984H协同萃取铜、镍、钴、锌、镉的机理研究,发现协同萃取体系Versatic10(HR)和Mextra1984H(HL)对镍、钴离子作用,既有含氮萃取剂的螯合作用,又有酸性萃取剂的阳离子交换作用,对于锌、镉金属离子,发现其萃取反应受到pH值的极大影响,主要发生的是阳离子的交换反应,这时候可将萃取剂均看成有机酸。由斜率分析法可以得到协同萃取体系萃取镍金属离子的反应方程式为Ni2++(1/2)(HR)2+HL=NiRL+2H+,萃取锌金属离子的反应方程式为Zn2++(1/2)(HR)2+HL=ZnRL+2H+。同时对温度影响的机理分析所求出来的反应焓AH的值为正值,反映了协同萃取剂萃取金属离子的过程是一个吸热反应。升高温度有利于协萃体系对金属的萃取。通过对Versatic10/Mextra1984H协同萃取动力学机理的研究,发现搅拌速率的增加不会使得萃取速率进一步增加,而温度升高及萃取剂浓度的增加使得各金属离子的萃取速率不断提高,由此可初步判断此反应过程为化学反应控制机理。
【作者】邱胤轩；
【导师】杨丽梅；
【作者基本信息】北京有色金属研究总院，有色金属冶金，2014，硕士
【关键词】重金属离子；水处理；协同萃取；机理；动力学；

【参考文献】
[1]吕斌丁振宇高增梁.不同应力比下U75V轨道钢疲劳裂纹扩展行为研究[J].中国机械工程,2014,24:.
[2]刘浅清.浅论沈阳市房地产中介业品牌建设[D].大连理工大学,工商管理,2004,硕士.
[3]肖满生,吴卫,王宏.基于邻域灰度值聚类的图像色彩量化[J].控制与决策,2013,06:935-939.
[4]熊宾凤.非物质文化遗产保护工作中生态博物馆的作用研究[D].兰州大学,考古学及博物馆学,2013,硕士.
[5]王伟成.潍坊市科技计划申报管理系统的设计与实现[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[6]东莎莎.亲水色谱质谱联用技术在天然产物中的分析方法和应用研究[D].山东师范大学,食品科学,2013,硕士.
[7]刘源.基于嵌入式Linux的GPS车载定位导航系统设计[D].浙江大学,2007.
[8]秦吉胜,王淑静,宋瀚涛.基于小波变换和反馈的时间序列相似模式搜索算法[J].北京理工大学学报,2004,12:1070-1073+1095.
[9]孟显奎.基于激光电视的色域扩展优化研究[D].山东大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[10]陈婉秋.译者的创造性叛逆研究[D].沈阳师范大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[11]常颖慧.增强童装趣味性设计的研究及应用[D].东华大学,纺织工程（专业学位）,2014,硕士.
[12]李赫楠.钉住通货膨胀的货币政策在我国的实用性研究[D].东北财经大学,金融学,2012,硕士.
[13]蒋琼.高校教师专业素质发展轨迹[D].湖南师范大学,高等教育学,2014,硕士.
[14]丁艾.安乐死的伦理困境及出路[D].曲阜师范大学,伦理学,2013,硕士.
[15]周晓琴.高中语文课堂师生互动有效性调查研究[D].山东师范大学,学科教学（专业学位）,2013,硕士.
[16]冉洁,冀晨晨.关于加强高校女工工作的几点思考[J].科教文汇(下旬刊),2015,01:4-5.
[17]王晓军.神经网络建模方法及数据挖掘在煤造气过程中的应用[D].北京交通大学,2014.
[18]钱洁.我国专家辅助人质证程序研究[D].安徽大学,法律,2013,硕士.
[19]胡坚.基于本体的机械产品领域智能信息检索系统研究[D].浙江工业大学,2005.
[20]郑祺峰.发动机连杆裂解槽激光加工技术及自动化设备研究[D].吉林大学,2010.
[21]王梅芬,谷志恒,谌薇.城市综合业务数据仓库的设计与应用[J].中国金融电脑,2001,10:44-48.
[22]谷彩云.董志刚教授治疗糖尿病肾病经验[D].辽宁中医药大学,中医内科（专业学位）,2012,硕士.
[23]朱丽.建筑虚拟漫游系统技术研究[D].西北工业大学,信号与信息处理,2002,硕士.
[24]王玉龙.风力发电背靠背双PWM变流技术的研究[D].哈尔滨理工大学,电力电子与电力传动,2012,硕士.
[25]加洛木呷.彝语中的汉语借词分析[D].西南民族大学,中国少数民族语言文学,2014,硕士.
[26]陈国栋,徐德,任艳青,杨平.基于亚像素的乒乓球机器人本体位姿视觉测量[J].控制与决策,2012,10:1571-1574.
[27]王昌济.重金属离子吸附剂的制备及性能研究[D].淮北师范大学,应用化学,2013,硕士.
[28]秦素勤.集散控制系统在葫芦岛锌厂调合配料中的开发应用[J].冶金自动化,1991,02:10-12+36-57.
[29]魏伟.碘化物催化的氧化偶联反应的研究[D].苏州大学,有机化学,2012,硕士.
[30]张红艺,文传源.蒸馏塔的分散化控制[J].自动化学报,1991,03:368-372.
[31]程明策.基于混合天线模式的无线自组织网MAC协议的设计与实现[D].苏州大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[32]陈骥.基于CANOpen高级协议和ED调度算法的电动汽车网络协议研究[D].天津大学,控制理论与控制工程,2004,硕士.
[33]刘缤璘.基于行程时间预测的公交信号优先控制方法研究[D].哈尔滨工业大学,交通运输规划与管理,2013,硕士.
[34]刘强.人口老龄化背景下我国城市居民养老保障问题研究[D].山东大学,行政管理,2013,硕士.
[35]包汉符.丙纶无纺布/无机材料粘接用水乳型胶粘剂的研制[D].苏州大学,纺织工程（专业学位）,2013,硕士.
[36]宋伟.膈下逐瘀汤联合环磷酰胺对EAC肝癌小鼠细胞凋亡影响的实验研究[D].辽宁中医药大学,中西医结合基础,2012,硕士.
[37]凌宇.一汽解放商用车产品生命周期管理方案研究[D].吉林大学,工商管理,2014,硕士.
[38]刘丽莎.声带良恶性病变主客观研究[D].河北医科大学,耳鼻咽喉科学（专业学位）,2013,硕士.
[39]王冠力.初二年级学生异性交往教育策略的实践研究[D].首都师范大学,学科教学,2014,硕士.
[40]张盛.LB公司企业制度文化优化研究[D].西北大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[41]熊家军,张丽,李庆华.入侵检测中数据挖掘模式的编码与检测研究[J].计算机应用与软件,2005,11:13-15+97.
[42]李雅.中国残疾儿童教育保障制度研究[D].首都经济贸易大学,社会保障,2013,硕士.
[43]李丽婷.联合手术疗法对缺血型视网膜中央静脉阻塞的临床疗效观察[D].河北医科大学,眼科学（专业学位）,2013,硕士.
[44]何磊.学籍管理系统分析与设计[D].云南大学,软件工程,2012,硕士.
[45]姜全国.掺杂及电场条件下石墨烯若干催化过程的第一原理研究[D].吉林大学,2014.
[46]黎春燕.非共价功能化石墨烯载铂催化剂的制备及其性能[D].北京化工大学,2013.
[47]薛跃顺.劳动规章制度的有效要件研究[D].吉林大学,法律,2013,硕士.
[48]凌荣耀,欧林林,俞立.便携式灭弧气体检漏仪的设计及实现[J].电子测量与仪器学报,2013,06:572-576.
[49]席世锟.基于油墨不同叠印的二阶调频网物理网点扩大的研究[D].江南大学,印刷工程与媒体技术,2012,硕士.
[50]查龙.基于现象学研究方法的科技型创业者能力素质特征研究[D].山东财经大学,企业管理,2013,硕士.