高效除鉈劑ARSC-YJ06處理含鉈浸出液試驗研究

何建，劉思圻，徐月冰，劉園園，熊慧

湖南艾森尼克環保科技有限公司，湖南長沙，410205

0 引言

鉈（Tl）是一種稀有但分布十分廣泛的重金屬元素，含有劇毒，對哺乳動物而言，其毒性遠大于汞、鉛、砷等重金屬。所有形式的鉈鹽均可溶解，能通過食物鏈進入并積蓄于人體，從而對人體造成持續性傷害。同時，含鉈資源的開發、加工與利用也顯著增加了環境中的鉈負荷，導致大氣、水源、土壤等環境遭到污染，嚴重危害生態環境。在我國，鉈已被公認為是一種新興污染物[1-3]。

陜西渭南某鋼鐵廠燒結機頭灰中含有大量氯化鉀，可作為生產鉀肥的重要原料，但該燒結機頭灰中鉈元素含量超標。在實際生產過程中，燒結機頭灰回收氯化鉀采取的工藝流程為：原料浸出—浸出液凈化—蒸發結晶—干燥，最終得到氯化鉀產品。基于鉈元素對人體健康的危害，我國規定，肥料中鉈含量的限值為2.5mg/kg，為確保氯化鉀產品中鉈元素的含量低于標準值，在生產過程中，需控制浸出液鉈元素的含量低于5.0μg/L。本文對此浸出液展開了除鉈實驗研究，并以實驗室中最優條件進行擴大化實驗，取得了較為滿意的結果。

1 實驗部分

1.1 水樣來源及參數

試驗水樣取自陜西渭南某鋼鐵廠冶煉過程中所產生的燒結機頭灰浸出后溶液，其水質如下：Tl 11400μg/L，pH4.3，并含有可溶性鋅、鈣等鹽。

1.2 儀器和試劑

儀器：AY220型電子天平；HJ-4A型數顯恒溫多頭磁力攪拌器；pH-3C型精密pH計。

試劑：氫氧化鈉、碳酸鈉均為分析純。ARSC-YJ06為湖南艾森尼克環專用除鉈劑，PAM為工業級產品。

1.3 實驗方法

取原浸出液200mL置于燒杯中，在室溫下攪拌，逐滴加入氫氧化鈉溶液調節浸出液pH至8以除去溶液中的鋅離子，加入絮凝劑絮凝后過濾；清液中加入定量的碳酸鈉（除去溶液中的鈣離子）固體及除鉈劑，調節pH到預定值后再反應15min后，再加入適量PAM（配制濃度1‰），繼續攪拌10～20s，靜置，沉降，過濾后取清液，對清液中鉈離子濃度進行檢測。

1.4 分析方法

鉈離子濃度采用電感耦合等離子體質譜法測定。

2 結果與討論

2.1 除鉈劑ARSC-YJ06投加量對去除效果的影響

取原浸出液200 mL，調節pH并過濾后加入不同劑量的除鉈劑ARSC-YJ06，反應15 min。現象：加入除鉈劑ARSC-YJ06后，均有沉淀生成，且隨著ARSC-YJ06量的增大，沉淀量也隨之增加。投加劑量對鉈離子去除效果的影響如圖1所示。

由圖1可知，隨著除鉈劑ARSC-YJ06劑量的增加，處理后的水樣中鉈離子濃度呈降低趨勢，當ARSC-YJ06投加量增加至1.5‰時，處理結果基本穩定，Tl濃度由原浸出液中的11400μg/L降低至3.16μg/L，此時若繼續將試劑量增加至2.5‰，體系中鉈離子濃度僅由3.16μg/L降至2.89μg/L，藥劑的成本卻增加近一倍，因此從成本節約的角度考慮，在后續實驗中，ARSC-YJ06的最佳劑量為1.5‰。

2.2 pH值對去除效果的影響

由于除鉈劑中含硫，酸性環境下會釋放有毒的H2S氣體，因此在實驗過程中，溶液pH值必須保持在7以上。

在ARSC-YJ06投加量為1.5‰，反應時間為15min條件下，不同溶液pH值對去除效果的影響如圖2所示。

由圖2可知，溶液的pH值對鉈離子的去除效果存在著較大的影響。當體系pH=7時，鉈離子濃度為26.3μg/L，pH上升至8，鉈離子濃度即可降至3.16μg/L，隨后，在pH=8～9的范圍內，處理出水中Tl濃度變化不大，約為2.92～3.45μg/L。當體系的pH值提高至9.5時，出水中鉈離子的濃度明顯升高，達到14.7μg/L。說明此時被吸附的鉈離子解吸，從而出現了返溶的現象。因此，在除鉈反應中，pH值不可低于7，但也不宜過高，應控制在8～9之間。

2.3 反應時間對除鉈效果的影響

在ARSC-YJ06投加量1.5‰，調節反應pH=8的條件下，不同反應時間對除鉈效果的影響如圖3所示。

由圖3可知，反應時間在15min以內時，出水體系中鉈離子濃度隨反應時間的增加呈降低趨勢。此時體系中鉈離子濃度為3.16μg/L，延長反應時間，鉈離子濃度基本穩定，因此，可確定反應最佳時間為15min。

2.4 中試試驗

據小試結果，可以確定燒結機頭灰浸出液除鉈最佳的工藝條件：用NaOH調節水體pH值至8，過濾后向出水中投加專用除鉈劑ARSC-YJ06 1.5‰及定量碳酸鈉，控制體系pH值處于8～9范圍內，反應15min后，加入適量PAM溶液對沉淀進行絮凝，出水中Tl濃度降低至3.16μg/L。

為進一步為技術工程化應用奠定基礎，我們在陜西渭南某鋼鐵廠展開了3天的中試試驗，處理能力為2t/h，72h連續處理。在試驗的過程中，每小時取樣一次，取樣8次后混合樣品，測定水樣中殘余鉈離子的濃度。據試驗結果對參數（主要為ARSC-YJ06的用量）進行調整，以達到節約成本、優化工藝的目的，調整結果如表1所示。

從表1可知，中試結果優于實驗室中小試的結果。由小試結果可知，除鉈劑ARSC-YJ06用量需達到1.5‰，出水中鉈離子濃度才能降至企業規定限值以下，而中試結果表明，當除鉈劑ARSC-YJ06用量僅為1.2‰時，出水中鉈離子的濃度即可低于5μg/L，符合企業標準。

表1 浸出液中試結果

據此，我們對所使用藥劑的成本進行核算，在最佳條件下，處理每噸水的藥劑成本為3.81元，結果如表2所示。

表2 浸出液除鉈藥劑成本核算

2.5 工藝設計

根據中試所確定的最佳工藝條件，確定工藝流程如下：

廢水在調節池中對水質、水量等進行調節，經過濾后進入除鉈反應池，用加藥泵向反應池中投入定量的除鉈劑，并用氫氧化鈉調節反應池pH值至8～9范圍內，反應時間控制在15min以上，反應池出水進入絮凝池，投加配置好的PAM，使在反應池中形成的細小絮體絮凝成較大絮體，然后進入斜管池，將沉淀分離，出水儲存后回用。

3 結語

（1）專用除鉈劑ARSC-YJ06具有優異的除鉈效果，在其他條件固定的情況下，ARSC-YJ06用量越大，出水中殘余鉈離子的濃度便會越低。

（2）小試實驗中，在ARSC-YJ06投加量為1.5‰，NaOH調節水樣pH值至8～9，反應15min，再加入PAM絮凝沉淀，處理出水中鉈離子濃度可降至3.16μg/L。

（3）中試結果表明，當除鉈劑ARSC-YJ06用量為1.2‰時，處理后水樣中鉈濃度可降至4.28μg/L，達企業標準；中試結果明顯優于小試結果。

（4）小試結果和中試結果均表明，采用除鉈劑ARSC-YJ06對廢水除鉈，處理效果優異，具有較好的應用前景。