W105脫汞劑制備以其在污酸中脫除Hg和As的應用

胡曉佳 化前珍

摘? ? ? 要：制備一種高效的脫汞劑—W105，實現了高效去除污酸中膠體態汞的效果，研究脫汞參數對污酸中Hg和As脫除效果的影響。研究結果表明：制備的脫汞劑碳表面上生長出了晶體，表明制備得到的脫汞劑具備較強活性。為了保持脫汞劑內的汞穩定性，依次對經過使用的脫汞劑實施常溫、60 ℃加熱以及將其放入水中浸泡的方式進行處理。當W105添加量增大后，溶液中含有的Hg與其它各類重金屬離子濃度發生了持續減小的現象，脫除效果最優的是Hg，最差的是鋅。脫汞劑產生脫汞作用的機理是先吸附硫化氫反應得到活性硫組分，之后再跟單質汞生成穩定的硫化汞。新鮮脫汞劑比再生脫汞劑的活性更低，同時當再生次數增大后，脫汞劑可以獲得更優的脫汞性能。

關? 鍵? 詞：膠體聚結;污酸;汞;脫除

中圖分類號：X703? ? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? 文章編號： 1671-0460（2019）09-2002-04

Abstract： A kind of high-efficiency mercury removal agent W105 was prepared to achieve the high-efficiency removal effect of colloidal mercury from contaminated acid， and the influence of mercury removal parameters on the removal effect of Hg and As in contaminated acid was studied. The results showed that crystals were grown on the carbon surface of the prepared mercury remover， indicating that the prepared mercury remover had strong activity. In order to maintain the stability of mercury in the mercury remover， used mercury remover was treated at normal temperature， by heating at 60 ℃ and soaking in the water. When the addition amount of W105 increased， the concentration of Hg in the solution and other heavy metal ions continued to decrease， and the removal effect of Hg was best， and the removal effect of zinc was worst. The mechanism of mercury removal is to adsorb hydrogen sulfide to obtain active sulfur components to form stable mercury sulfide with elemental mercury. The activity of fresh mercury removal agent is lower than that of regenerated mercury removal agent， and the mercury removal agent can obtain better mercury removal performance when the regeneration times increase.

Key words： colloidal coalesence; waste acid; mercury; removal

汞是一種重金屬污染物，其在污酸中的存在形式包括膠體、顆粒、離子。在高溫狀態下，汞以氣態形式與煙氣一起被污酸吸收，其中的離子態汞將會和污酸中的化學成分反應得到處于不同化合價狀態的汞化合物，如HgCl2，并以顆粒形態懸浮在污酸液體中[1-3]。同時，還有一些原子態汞和污酸接觸后不會反應，但會與污酸溶液里的某些離子產生吸附作用而變為膠體態，從而溶解到污酸中。剩余的汞則會和污酸里的氯離子相互結合得到配合離子，并以HgCl2、HgCl3-與HgCl42-的多種形式存在，此部分汞形成了水溶性離子的狀態，占到所有汞總量的20%～30%[4-6]。

現階段，對含汞污酸的處理方法基本以硫化沉淀與混凝沉淀形式為主[7，8]。其中，混凝沉淀的過程把石灰、氯化鋁等混凝試劑加入到污酸里，此時將原來酸性狀態的污酸轉變為弱堿性狀態，實際pH介于8～10，從而得到氫氧化物絮凝體，形成架橋結構來實現汞的絮凝效果，之后汞將會和絮凝體一起發生沉淀析出的現象[9，10]。當汞在污酸中的含量為0.3～0.6 mg/L時，采用石灰與FeCl3對其實施混凝沉淀處理后，可以使處理后的汞濃度減小到0.05～0.1 mg/L之間。Hg+/Hg2+和硫化劑的S2-可以形成很強的結合力，從而生成硫化汞沉淀，實現汞從污酸中分離的目的[11，12]。但在實際工業應用期間發現，采用硫化法通常無法把汞與其它各類重金屬從污酸中有效去除到標準值以下。根據相關研究文獻可知：無法達到HG排放標準的一個重要因素是在污酸中含有較多膠體態汞，因此無法將這部分Hg有效去除。因為膠體態汞具有特殊的性能，這些元素汞會與其它離子間產生吸附作用而形成“保護層”的結構，所以要想去除這類膠體態汞應先破壞其保護層才可以深度去除污酸中的汞，這對實際指導具有重要的作用[13，14]。

隨著脫汞工藝的不斷進步，一些學者開始使用硫化物來實現煙氣脫汞的過程，并取得了良好的效果。汞是一種具備良好親硫性能的物質，在處理飛灰吸附劑中的含汞成分時通常是利用滲硫的方式來實現脫汞的效果，并且實際脫汞效率受到表面硫覆蓋率及其活性位數量的共同影響[15]。根據以上汞去除原理，并在之前工程開發經驗基礎上，制備得到了一種高效的脫汞劑—W105，實現了高效去除污酸中膠體態汞的效果，通過現場測試發現，采用W105去除污酸中的汞可以有效達到最終的排放標準。

1? 試驗部分

1.1? 試驗材料

本實驗從某鉛鋅冶煉廠的排放污水池中采集污酸試樣，并以W105作為液體型脫汞劑。

1.2? 儀器設備

需要使用的實驗儀器與設備包括：0.5～10 mL的移液管、玻璃棒、洗耳球、橡膠管、容積為1 L的燒杯、?50 mm×800 mm的氣浮柱、型號為HH-6的攪拌水浴鍋、ICP光譜儀、空氣壓縮機、冷原子吸收測汞儀。

1.3? 試驗方法

從生產現場采集污酸樣品，并利用移液管按照設定添加量吸取W105脫汞劑并加入污酸中再對其實施攪拌與水浴處理，在設定溫度下放置一段時間后再將其倒入氣浮柱中，按照由下往上的方向對氣浮柱進行鼓氣，使膠體發生凝結，再將生成的含汞產物從氣浮柱上部出口向外排出，同時從氣浮柱下部將經過凈化處理的水排出，之后測試溶液的汞濃度。

往燒杯中加入污酸和W105，并混合均勻;然后將混合液體倒入氣浮柱，之后通過調控氣體流量來進行氣浮試驗，最后對反應一段時間的混合液體進行測試分析

1.4? 分析方法

通過冷原子吸收測汞儀測試汞在溶液中的濃度。同時，利用ICP測試了該溶液的其它重金屬離子含量。最后，利用滴定法測試了溶液pH值。

2? 脫汞劑的制備

制備脫汞劑可以通過下述步驟來實現：第一，烘干石油焦（PC）原料并對其實施破碎與篩分，得到粒徑介于0.25～0.42 mm范圍內的顆粒;第二，按照設定質量比將硝酸鋅溶解于無水乙醇中再跟之前的石油焦進行混合，把上述混合物通過超聲震蕩器進行蒸干后再將其放入烘箱內進行干燥得到預浸料;第三，采用通入N2的管式爐對預浸料進行焙燒獲得石油焦負載鋅試樣;第四，對試樣進行活化。圖1給出了制備脫汞劑的具體流程。

圖2是對脫汞劑進行SEM表征得到的微觀形貌圖。根據圖2可知，在碳表面上生長出了晶體，表明制備得到的脫汞劑具備較強活性。

采用固體脫汞劑來實現去除煤氣中汞的過程，但卻會因此生成新的固體廢棄物，一旦出現處理不當的情況便會引起二次污染。由此可見，當脫汞劑吸附汞之后，汞能否在脫汞劑中穩定存在對于脫汞劑性能發揮著重要影響。同時，外界因素也會對脫汞劑的回收與再生過程造成一定的干擾，為了進一步分析脫汞劑內的汞穩定性，依次對經過使用的脫汞劑實施常溫、60 ℃加熱以及將其放入水中浸泡的方式進行處理。再對處理后的試樣測定汞容值，具體結果見表1。

3? 脫汞劑添加量對Hg和As脫除效果的影響分析

有色冶煉工廠排放的污酸中含有多種不同成分，并且各成分的濃度經常發生較大幅度的波動，無論是pH還是重金屬離子含量都不太穩定，此外各個地區與不同季節中溫度也會發生明顯改變，這些都會對W105脫汞劑的處理效果產生顯著影響，本實驗除了分析W105添加量、通氣時間、混合時間、氣流量等因素對脫汞效果產生的影響外，還研究了酸度與溫度的作用，由此實現對W105適用性的綜合評價過程。

從現場采集的污酸，表2給出了對該污酸樣品近元素分析所得的結果。

在脫汞劑W105中存在能夠和膠體汞形成良好結合狀態的官能團，需要根據污酸的汞含量來確定脫汞劑的添加量，并且在污酸中也會存在其它各類重金屬離子和脫汞劑結合，表現為和汞產生競爭關系，因此本文將W105控制在不同的添加量來凈化溶液中的汞與各類重金屬，同時比較了不同W105添加量對應的汞與其它重金屬之間的變化關系。

將混合溫度設定為50 ℃，總共混合15 min，把氣浮柱的通氣時間也設置為15 min，控制通氣流量為0.25 m3/L以及酸度等于14%，將污酸中的脫汞劑W105添加量控制在不同的比例并對比了各比例下得到的處理結果，經過以上凈化處理后Hg、As在溶液中的殘余濃度見圖3。

根據圖3可知，當W105添加量增大后，溶液中含有的Hg與其它各類重金屬離子濃度發生了持續減小的現象，通過對比各金屬含量的變化趨勢可知，脫除效果最優的是Hg，最差的是鋅，以150 mL污酸為例，在脫汞劑W105的添加量未超過4 mL的情況下，汞脫除率顯著高于其它種類的重金屬離子，隨著W105添加量達到4 mL之后，從表3中可以看到各個重金屬的實際脫除率。

將脫汞劑分子量按照200進行計算，其中，W105和污酸里含有的汞質量比等于8∶1，隨著W105添加量的繼續增加，經過凈化處理后可以使溶液內的汞殘余濃度不斷減小，進一步改善脫除效果，并且還可以同步提高重金屬的脫除效率。對W105添加量進行合理調控能夠顯著提高對污酸溶液中汞進行分離的選擇性。

對圖3測試數據進行分析可以發現，隨著污酸中加入的W105質量與汞質量的比例達到10∶1時，可以使溶液中的汞濃度降到最低，測試得到此時的汞濃度等于0.065 mg/L，經過凈化后得到的溶液中汞濃度將會逐漸增大，表明存在其它重金屬離子和汞的競爭關系，當W105官能團被其它重金屬結合后，將引起汞脫除效果降低的結果，同時還會導致W105用量的顯著升高，但實際脫汞效果并無法獲得較大改善，甚至出現變差的結果，因此按照與污酸中的汞含量等于10倍的比例關系來確定W105的最佳添加量。并且，為了克服污酸中的Hg與As分離難度大的問題，后續測試過程只分析W105脫汞劑對Hg與As的去除情況。

為進一步探討H2S對于脫汞劑發揮的作用，通過測試得到圖4所示的脫汞率曲線。可以看到，在初期1 h內，可以實現高達95%的脫汞率，當H2S供應停止后則會明顯減小脫汞劑的汞去除率，當H2S停止供給達到2.5 h時脫汞率減小為30%，此時脫汞率與初期未通入H2S時一致。

4? 脫汞劑中汞的穩定性

脫汞劑產生脫汞作用的機理是先吸附硫化氫反應得到活性硫組分，之后再跟單質汞生成穩定的硫化汞，反應式如下所示：

考慮到脫汞劑在脫汞階段先以物理吸附方式和硫化氫氣體結合再生成活性硫，因此隨著溫度的上升，這一吸附作用將下降，從而減小脫汞劑的脫汞活性。由于硫化氫濃度與單質汞之間相差非常大，基本可以忽略單質汞消耗硫化氫的量，可以忽略脫硫的影響。

可以將脫汞劑是否易于再生作為一個重要的評價指標。其中，熱再生法屬于脫汞劑再生的一項最廣泛方法。通過熱再生法來完成W105脫汞劑的再生過程。處理流程與具體操作步驟如下：先把經過脫汞處理的脫汞劑放入石英管內，再通入N2，并將N2流量控制在1 L/min ，將爐溫升溫至500 ℃，再保持恒溫至尾氣汞含量達到0.5 μg/m3 以下再停止加熱，此時整個再生過程完成。之后繼續對脫汞劑實施脫汞與再生，從圖5中可以看到新鮮的以及經過再生處理的脫汞劑在脫汞方面的性能測試曲線。

通過對比可以發現，新鮮脫汞劑比再生脫汞劑的活性更低，同時當再生次數增大后，脫汞劑可以獲得更優的脫汞性能。這主要是由于對脫汞劑進行再生時形成的HgS，會在高溫下分解生成單質硫并被保留于吸附劑內，可以起到對單質汞的脫附作用，從而可以增強再次脫汞的效果。

5? 結 論

（1）制備的脫汞劑碳表面上生長出了晶體，表明制備得到的脫汞劑具備較強活性。為了保持脫汞劑內的汞穩定性，依次對經過使用的脫汞劑實施常溫、60 ℃加熱以及將其放入水中浸泡的方式進行處理。

（2）當W105添加量增大后，溶液中含有的Hg與其它各類重金屬離子濃度發生了持續減小的現象，脫除效果最優的是Hg，最差的是鋅。

（3）脫汞劑產生脫汞作用的機理是先吸附硫化氫反應得到活性硫組分，之后再跟單質汞生成穩定的硫化汞。新鮮脫汞劑比再生脫汞劑的活性更低，同時當再生次數增大后，脫汞劑可以獲得更優的脫汞性能。

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