淺談垃圾中重金屬的回收方法實驗

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1實驗材料和方法

1.1實驗試劑和儀器實驗使用的飛塵

焚燒飛灰和飛塵的化合物及重金屬含量。將飛灰和少量黏土混合壓縮成型在焙燒窯內燒制陶粒，溫度1120~1180℃，煙氣凈化系統包括脫酸塔、活性炭吸附劑和布袋除塵器。飛塵樣品取自布袋除塵器排灰口，包括活性炭吸附的灰塵。為使樣品具有代表性，布袋飛灰在連續穩定運行的1周內采集，收集的樣品混合均勻后，用20目（0.83mm）的網篩去除大顆粒，并在105℃下干燥24h。還原鐵粉：Fe含量不少于98.0%，分析純試劑，300目。活性炭：直徑2~3mm的活性炭棒顆粒，球磨機磨細，300目。采用的設備主要包括：AFS-9700原子吸收分光譜儀；MDS-6型微波消解儀；202-A0干燥箱；KE-2L行星球磨機；NJ-160攪拌器；PHS.25型pH計。

1.2實驗方法

1.2.1配取100mL一定濃度的NaCl溶液，調節其pH，加入一定量的飛塵（10g），隨后加入鐵粉，120r/min攪拌1~6h。攪拌結束后，靜置2h，然后用磁鐵將鐵粉從載漿中吸出。

1.2.2將鐵粉和磁鐵分離，干燥，稱量，計算其損失。

1.2.3將尾漿固液分離，過濾液用AAS測重金屬含量，殘灰微波消解再用AAS測量。維持上述操作步驟，改變NaCl溶液的濃度分別為0.0、0.1、0.3、0.5、0.7、1.0、1.2mol/L；pH分別為2、4、6、8、9、11；鐵粉/飛塵分別為0.0、0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0；處理時間分別0、30、50、60、90、120、180min。上述實驗，平行3次，得到最佳回收重金屬的參數。

2結果和分析

2.1pH對飛塵中重金屬浸出的影響

不加入載體進行浸出實驗，浸出液的pH分別用HNO3和NaOH調整到2、4、6、8、9、11，得到結果。可以看出pH在2~4時重金屬的浸出率下降不明顯，之后下降明顯，當pH=9時接近最低值，但當pH＞10時，Pb和Zn浸出又略有上升，這是因為它們屬于兩性重金屬，在pH＞10時，沉淀又開始重新解析，變成離子態。變化趨勢看出，在酸性條件下加入NaCl有利于重金屬的浸出，且pH宜控制在2~4。這主要是因為：酸性條件下，重金屬能夠與NaCl形成各種不同的絡合物，增強了重金屬的溶解；在堿性條件下，重金屬會與水解產生的OH-產生沉淀，從而降低重金屬的解析；Na+與重金屬陽離子產生離子交換作用。

2.2pH對重金屬回收率的影響

鐵粉作為載體，在不同pH下對重金屬回收率影響。可看出，在pH＜4時，重金屬的回收率隨pH的增加而增加，之后降低。當pH=4時，重金屬的回收率達到最大，Zn為90.5%，Cu為83.9%，Cd為80.3%，Pb為88.7%，在pH=11時，4種重金屬的回收率分別是Zn為10.0%，Cd為10.8%，Cu為48.2%，Pb為71.5%，Zn和Cd的回收率下降明顯，Cu和Pb的回收率略有下降，但降幅不大。這表明，pH對Zn和Cd這類酸溶性的重金屬影響很大，因為Zn和Cd的金屬活動性和Fe相差不大，Fe很難從其氯化物中置換出這2種金屬，只能在酸性條件下依靠氯離子的絡合作用，增強金屬的溶解或者是依靠Fe的混凝吸附作用；而Cu和Pb的活潑性要遠低于Fe，可以很容易通過載體鐵粉的置換作用被回收，因此pH對其影響不大。中也可以看出，pH過低會減小重金屬的回收率，這是由于在強酸溶液中存在豐富的H+，在這種環境中鐵粉表面會被腐蝕，使得鐵粉的膠結率降低，從而影響重金屬在鐵表面的堆積。從化學式可以解釋這一原因。因此在后續實驗中選擇pH=4。

2.3鐵粉/飛塵對重金屬回收率的影響

加入不同鐵粉/飛塵對重金屬回收率的影響。可看出，在沒有鐵粉時，Cu和Pb的回收率均低于30%；Cd為61.7%，Zn為75.4%。隨著鐵粉的加入，各重金屬的回收率都有所增加，其中Cu和Pb的回收率漲幅很大。當鐵粉/飛塵達到2，Cu和Pb的回收率分別達到了86.7%和88.6%，Cd和Zn分別為83.3%和90.3%。再繼續加入鐵粉，回收率基本不變，所以實驗取鐵粉/飛塵為2。

（1）達到了平衡，這時PbO不再形成可溶性氯化鉛絡合物，因此只有很少的Pb被提取到液態；隨著鐵粉的加入

（2）的反應開始發生，并促使反應向右方向進行，氯化鉛絡合物的濃度降低，Pb含量增多，從而又會促進化學式

（3）向右方向進行，增強PbO的溶解，直到達到平衡。

2.4處理時間對重金屬回收率的影響

飛塵中重金屬的釋放受到本身的性質以及處理時間長短的影響，控制其他影響因素不變，對不同處理時間下飛塵的浸出特性進行分析，由這些特性可得到處理時間對飛塵中重金屬回收率的特性曲線。從在處理時間＜1h期間，隨著處理時間的增長，幾種重金屬的回收率均在增加，尤以Pb的回收率漲幅最大，從最初的26.5%增加到81.1%，Zn、Cd、Cu漲幅不大，分別是Zn從79.1%增加到86.7%，Cd從55.0%增加到78.3%，Cu從62.9%增加到72.7%。隨著處理時間的增加，4種重金屬回收率漲幅不大。當處理時間為2h時，金屬回收率達到最大，4種重金屬的回收率均在80%以上，分別是Zn為89.6%，Cd為83.3%，Cu為83.9%，Pb為87.9%。因此，最佳的處理時間為2h。多麗娜，等鐵漿法回收垃圾焚燒飛灰中重金屬的實驗研究·3·2.5NaCl濃度對重金屬回收率的影響NaCl濃度對重金屬回收率的影響。可以看出隨著NaCl濃度的增大，除Cu以外其他3種重金屬回收率均是呈上升的趨勢。當NaCl濃度超過0.2mol/L時，Zn和Cd回收率不再受濃度影響。當NaCl的濃度達到0.5mol/L時，Pb的回收率達到最大為57.3%。這可能是因為飛塵中的Pb大多都是以PbO的形式存在，在低NaCl濃度下，一定數量的Pb以Pb2+被H+提取出來如化學式；在高NaCl濃度下，Pb會與Cl-形成絡合物［PbCl4］2-如化學式。［PbCl4］2-的增多也使得化學式正向進行，之后在鐵粉上發生膠合反應，從而更多的Pb被提取出來。至于其他重金屬影響較小的可能原因：

①重金屬在飛塵中的成分不同；

②相對于其他重金屬Pb2+和Cl-的競爭能力要高于其他幾種重金屬。

3結論

1重金屬的回收率隨pH的升高而降低，但隨鐵粉/飛塵的升高而升高，并與處理時間呈正相關性，Pb的回收隨著NaCl濃度的升高上升趨勢明顯。

2在最佳參數NaCl濃度為0.5mol/L，pH=4，鐵粉/飛塵為2，處理時間2h條件下，重金屬回收率分別是Pb為88.6%、Cu為86.7%、Zn為90.3%、Cd為83.3%，結果表明利用鐵漿法回收飛塵中重金屬是可行的。

作者：多麗娜 魏國俠 劉漢橋 楊偉 單位：天津城建大學 天津城建大學