分析化學實驗室常見重金屬廢液處理

楊繁(山東省冶金科學研究院有限公司，山東 濟南 250014)

1 分析化學實驗室對常見重金屬廢液的處理現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，涉及到化學專業(yè)的實驗室數(shù)量越來越多，并且伴隨著高端化工科技的發(fā)展，參與到化學專業(yè)實驗中的科研人員也是越來越多，隨之而來的就是化學實驗室使用頻率以及規(guī)模的上升，化學實驗室在使用過程中所產(chǎn)生的重金屬廢液的數(shù)量也在不斷的增加。如果不對重金屬廢液進行處理就直接進行排放，那么會對附近的環(huán)境產(chǎn)生不可挽回的負面影響。筆者在本文的研究中將會以《水綜合排放標準》作為研究的參照物。就相關的調(diào)查結果來看，化學實驗室重金屬廢液處理的情況并不樂觀，在參與到調(diào)查的40所化學實驗室中，僅僅只有10所化學實驗室重金屬廢液的處理達到了國家要求的標準，而剩下的30所化學實驗室對于重金屬廢液的處理或多或少存在一些問題，甚至有的化學實驗室根本沒有對重金屬廢液進行處理而是選擇直接排放，在筆者調(diào)研的過程中，有一部分化學實驗室進行科研的過程中，并沒有按照相關規(guī)定進行實驗操作，操作方法也很不科學。從以上幾點不難看出，在實際的化學實驗進行試驗過程中的步驟并不規(guī)范，并且也沒有對重金屬廢液的處理提起足夠的重視，如果對重金屬廢液的處理不夠及時與徹底，那么會對排入水體周邊的環(huán)境產(chǎn)生非常大的負面影響[1]。

2 廢液處理方案

2.1 含錳廢液的處理

在進行基礎化學實驗的過程中會進行大量的高錳酸鉀作氧化劑的使用，這種大規(guī)模的試驗最終會造成大量含錳廢液地產(chǎn)生。如果此類重金屬廢液不經(jīng)過處理酒精性排放的話，有可能會伴隨著水體應用水的產(chǎn)生而進入到人體中來，對人們的神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生危害。我國有關部門通過污水綜合排放標準對錳廢液的排放標準進行了規(guī)定，以此來保證含錳廢液的排放不會對周圍的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大的影響，規(guī)定中總錳的一級排放標準為2.0mg/L。為了能夠保證此次試驗的進行，本次含錳廢液處理的原料來自于“硫酸亞鐵銨制備與純度測定”實驗中，在該廢液中Mn2+的濃度經(jīng)過測量達到了0.05mol/L(2750mg/L)。

(1)含錳廢液處理原理：本實驗所使用的是堿化除錳法來對含錳廢液進行處理，將準備好的堿投入到已經(jīng)攪拌均勻的含錳廢液中，并且將廢液的pH穩(wěn)定到堿性，在這個過程中含錳廢液中的Mn2+就將轉化成為Mn(OH)2，由此為基礎在溶解氧的作用之下Mn(OH)2也會被迅速的氧化從而生產(chǎn)穩(wěn)定的難溶物MnO2，通過此方法就可以實現(xiàn)將Mn2+去除的目標。

(2) 實驗室含錳廢液具體處理方法：根據(jù)上文的論述，我們需要準備好堿以及待處理的含錳廢液。首先需要向含錳廢液中進行堿的加入，通過此項操作能夠將含錳廢液的pH調(diào)整成為＞11.0，并且使用材料將其攪拌均勻進行靜置過夜處理，將容器中的沉淀物進行過濾將其進行保存，將所得到的濾液使用高碘酸鉀分光光度法進行檢查，達到國家要求的標準之后才可進行排放。詳細情況如圖1所示。

圖1 pH對Mn2+去除的影響

從理論上來講當所處理的含錳廢液pH達到10.0數(shù)值左右的情況時，溶液中Mn2+就能夠完全形成Mn(OH)2然后進行過夜沉淀。不過，當含錳廢液中存在著NH4+濃度過高情況時，那么會產(chǎn)生一部分Mn(OH)2會溶解在銨鹽溶液中。通過實驗結果也顯示，含錳廢液當出現(xiàn)包含有銨鹽的情況時，并且溶液的pH＜11.0時，那么將會出現(xiàn)過夜靜置沉淀不完全的情況，濾液中的錳含量超過了投放標準；但是當pH≥11.0的時候，能夠使廢液達到排放的標準。針對此種情況，建議化學實驗室在進行對含錳廢液堿處理的過程中應當適時記得進行pH值的調(diào)高，保證過夜沉淀能夠完全將含錳廢液過濾完全，進一步避免出現(xiàn)含錳廢液處理不能夠達到排放標準的情況[2]。

2.2 含鉛、鉍混合廢液的處理

通過絡合滴定法連的使用對混合液中的Pb2+以及Bi3+進行連續(xù)的測定是現(xiàn)階段較為常見的化學實驗，并且該試驗廣泛的應用于化學實驗中，并且此項實驗進行的規(guī)模以及次數(shù)非常多，必定會產(chǎn)生大量的鉛鉍混合廢液。鉛自身是屬于劇毒的重金屬之一，除此之外鉍鹽因為自身儲量較小的原因，在采購的時候價格較貴。如果含鉛、鉍的重金屬廢液不經(jīng)過處理就直接排放，僅僅有可能會對人體產(chǎn)生危害，還會浪費寶貴的鉍金屬資源。針對此種情況，在實驗室進行實驗之后有必要對含鉛、鉍的金屬廢液進行無害化處理以及資源回收處理。

首先，含鉛、鉍重金屬廢液處理原理。在處理的過程中向混合金屬廢液中進行過量的Na2S，由此可以獲得黑色PbS以及Bi2S3的沉淀物。對所得到的沉淀物進行分離以及水洗的處理，利用硝酸對其進行價格使其消融，對于不溶物進行去除之后稀釋到一定的體積，就可投入到循環(huán)使用中來。

其次，含鉛、鉍重金屬廢液處理具體方法。在化學實驗完成之后提取3000mL鉛鉍混合廢液對其進行加熱處理，直至廢液達到沸騰狀態(tài)，對沸騰的金屬廢液進行攪拌處理然后加入2mol/LNa2S溶液將金屬廢液的pH值穩(wěn)定在12.0～13.0的范圍區(qū)間之內(nèi)，為了能夠進一步提升絮凝沉降的速度，可以向廢液中進行微量的明礬水溶液加入，將金屬廢液攪拌均勻之后進行靜置處理，經(jīng)過12小時的靜置處理基本上能夠實現(xiàn)自身雜質(zhì)的沉淀。因為上清液中有著二甲酚橙指示劑的存在，所以導致自身在pH值為堿性的環(huán)境中將會呈現(xiàn)出紫紅色的狀態(tài)。將上清液傾倒在新的容器中，使用氧化除硫進行處理之后可以排放。在此基礎上每次都使用1000mL左右的自來水來進行清洗，自來水的清洗所使用的方法為傾瀉法，清洗地次數(shù)為3次，根據(jù)清洗的實際情況可以進行次數(shù)的增加，直至沉淀物消失不見，以此為基礎可以選擇少量的去離子水進行清洗，清洗的次數(shù)為2次，這樣就能夠保證硫化物沉淀以及水的體積在300mL左右，然后對其進行30mL濃HNO3的加入，然后通過加入處理使得黑色硫化物產(chǎn)生溶解。保持加熱煮沸的狀態(tài)2min，以此可以達到去除氮氧化合物的目的。帶溶液冷卻之后對其進行過濾處理，去除溶液中的不溶物，然后將所得濾液稀釋到1000mL，以上所有的操作都應當在通風柜中進行。

通過該種處理方法的應用可以保證Pb2+以及Bi3+的回收率穩(wěn)定在90%以上。含鉛、鉍的混合溶液pH基本上可以穩(wěn)定在1左右，該PH正好符合EDTA滴定Bi3+所需要的PH數(shù)值，該種情況就沒有必要進行氫氧化鈉的中和處理，可以在研究人員進行下一次實驗的過程中直接投入使用，能夠有效地進行資源循環(huán)使用，節(jié)省實驗成本。值得一提的是如果在絮凝沉淀過程中加入了微量明礬溶液做絮凝劑，溶劑中就會有Al3+的產(chǎn)生，這種情況會在一定程度上影響含鉛、鉍廢液的循環(huán)使用，主要的原因是Al3+能夠與EDTA絡合物的lgK(lgK=16.1)以及Pb2+和EDTA絡合物的lgK(lgK=18.0)數(shù)值上相接近，會對試驗最終的測試結果產(chǎn)生輕微的影響，雖然總體升數(shù)值偏差不明顯，但是會與正確數(shù)值產(chǎn)生偏差，那么在進行實驗之前，可以選擇滴入一滴0.1mol/L的氟化銨溶液來消除鋁離子對最終測定結果的干擾。

2.3 含銀廢液處理

實驗室中所產(chǎn)生的大量含銀廢液的兩個實驗分別是：“佛爾哈德法測定銀鹽中銀含量”以及“莫爾法測定氯化物中氯含量”，并且同樣是屬于基礎化學部分，會在化學實驗過程中大規(guī)模應用。如果不對含銀廢液進行處理就進行排放不僅僅會浪費大量的貴重金屬，還會對水體附近的環(huán)境產(chǎn)生惡劣影響。針對此種情況，我們應當在試驗的過程中對含銀廢液進行定期的集中處理，所回收的金屬銀可以進行循環(huán)配置液的使用。可以根據(jù)含銀廢液產(chǎn)生的途徑來選擇針對性處理方法，銀含量測定實驗產(chǎn)生的含銀廢液可采用沉淀灼燒法，氯含量測定實驗產(chǎn)生的含銀廢液可采用抗壞血酸還原法[3]。

2.3.1 含銀廢液處理原理

沉淀灼燒法，使用硫化銀沉淀的KSP非常小這一性質(zhì)，可以將含銀廢液和AgSCN沉淀中Ag+整體轉移到Ag2S的沉淀中來，然后使用高溫灼燒的方法來對沉淀進行處理，就可以得到銀單質(zhì)。

抗壞血酸還原法，使用AgCl沉淀與濃氨水產(chǎn)生反應，然后生成銀氨溶液，在此基礎上再使用抗壞血酸使其發(fā)生氧化反應，可以得到銀單質(zhì)。

2.3.2 含銀廢液實驗室處理方法

可以對含銀廢液中加入過量的硫化鈉固體，攪拌均勻之后進行靜置處理，對所得到的上清液進行硫化處理之后進行排放，對所得到的沉淀進行酸洗以及水洗的處理，對其進行抽濾處理然后保留沉淀，對沉淀需要進行烘干處理。可以將馬弗爐溫度設定在1050～1100℃范圍區(qū)間內(nèi)，進行一個小時的高溫灼燒就可以獲得銀單質(zhì)，使用濃硝酸溶解之后即可投入到循環(huán)使用中來，大幅度的避免實驗室廢液處理出現(xiàn)浪費的情況[4]。

3 結語

在化學實驗室進行科研的過程中難免會有重金屬廢液的產(chǎn)生，并且因為重金屬廢液的特殊性不便于交付于特定部門進行集中處理，這樣會無形中增加重金屬廢液的處理成本，傳統(tǒng)的處理方法雖然能夠使重金屬廢液達到國家排放的標準，但是在這個過程中所產(chǎn)生的固體廢物仍會對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。如果實驗室在有條件的情況下，可以利用計算機技術進行仿真試驗，因其自身具有獨特的優(yōu)勢，能夠更加形象、生動地展現(xiàn)試驗效果，并且可以反復進行，非常有助于實驗材料的節(jié)約，避免大量重金屬廢液的產(chǎn)生。