液膜法處理含銅廢水的試驗研究

陳璐瑤（湖南廣益實驗中學(xué)，湖南 長沙410000）

液膜法處理含銅廢水的試驗研究

陳璐瑤
（湖南廣益實驗中學(xué)，湖南 長沙410000）

以某濕法銅業(yè)公司外排含銅廢水為研究對象，系統(tǒng)考察了煤油-LIX984-CTMAB（十六烷基三甲基溴化銨）液膜體系對含銅廢水中銅的分離?？疾靸?nèi)容主要包括料液酸度、內(nèi)相酸度、攪拌時間、LIX984用量、乳化液用量、乳化劑（CTMAB）用量、膜相和內(nèi)相體積比。在最優(yōu)條件下，銅離子的萃取率達到95%左右。

含銅廢水；液膜分離；LIX984；CTMAB

隨著人類對金屬的開采、冶煉、加工等生產(chǎn)活動的日益增多，伴隨生產(chǎn)而產(chǎn)生的大量重金屬廢水污染了生態(tài)系統(tǒng)[1-4]，這些廢水中往往含有大量的銅、鉛、鋅、鉻、汞、鎘等重金屬離子，由于這些離子很難被微生物降解，且能通過土壤、農(nóng)作物、動植物等途徑富集，因此會引起嚴重的環(huán)境污染。隨意排放這種含重金屬離子的廢水不僅造成環(huán)境污染，而且還導(dǎo)致資源浪費。采用合理的方法回水廢水中的重金屬離子既可以避免環(huán)境污染，同時也能實現(xiàn)資源化利用。銅作為一種應(yīng)用較廣的金屬，針對含銅廢水的資源化利用具有深遠意義。

含銅廢水處理工藝主要分為物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物法。常采用酸堿中和沉淀法、電解法、離子交換法、吸附法等來回收廢水中銅，這些方法在處理含銅離子濃度較低的廢水時存在以下缺點，成本高、效率低、無法滿足生產(chǎn)要求等問題[5-6]。液膜分離技術(shù)由于具有設(shè)備簡單、分離速度快、選擇性高、能耗低、操作簡便和易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)勢，并且可實現(xiàn)資源綜合利用等優(yōu)點。在處理重金屬廢水方面體現(xiàn)了優(yōu)越的性能，已經(jīng)成為近年來應(yīng)用較為廣泛的一種新型分離技術(shù)[7-9]。

某礦業(yè)公司是一家以氧化銅礦為主要原料生產(chǎn)海綿銅的企業(yè)，其工藝流程為氧化銅礦直接入堆，采用酸噴淋浸出工藝得含銅浸出液，利用鐵屑置換方式獲得含銅85%～95%的海綿銅，過多的生產(chǎn)濾液經(jīng)石灰中和至pH為6～7后外排。酸性廢水中含銅約0.2 g/L，每天外排含銅廢水約300 m3；如果將外排廢水中的銅回收利用，則每天預(yù)計能回收金屬銅60 kg，年回收約21.9噸銅。這樣不僅可以有效的解決銅離子對環(huán)境的污染問題，而且可以回收利用外排液中的銅，能夠顯著提高公司效益。

1　試驗

1.1試劑與儀器

十六烷基三甲基溴化銨（CTMAB）、硫酸，分析純；煤油，長沙興達化工貿(mào)易有限公司，工業(yè)級，LIX984，溧陽市瑞普新材料有限公司，工業(yè)級。儀器包括H·SWX-600BS恒溫水浴箱和MYP2011-100電動攪拌器。

1.2實驗操作

料液制備：將生產(chǎn)現(xiàn)場料液50 L至于陰涼處保存，每次取樣前攪拌均勻。

膜相制備：將煤油與LIX984按照一定的比例混合均勻，加入一定量的十六烷基三甲基溴化銨（CTMAB），恒溫加熱至50～60℃并保溫15 min，溶解后冷卻，得到膜相。

內(nèi)相制備：將蒸餾水與硫酸按照一定的比例混合均勻，制得內(nèi)相。

乳狀液制備：將一定量的膜相與一定量的內(nèi)相混合均勻，高速攪拌制得乳狀液。

銅離子萃?。好看稳?0 mL料液，并加入一定量的乳狀液，以300 r/min的速度攪拌一段時間，靜止分層，取一定量的水相進行銅離子濃度檢測。

2　結(jié)果與討論

本研究以該公司外排廢水為主要研究對象，考察了煤油-LIX984-CTMAB和液膜體系對含銅廢水中銅的萃取回收的影響。在一定條件下，探究了內(nèi)相酸濃度、攪拌時間、LIX984用量、乳化液用量、CTMAB用量、料液酸度（pH值）以及有機相和內(nèi)相體積比對煤油-LIX984-CTMAB液膜體系萃取回收廢水中的銅的影響。

2.1內(nèi)相酸濃度對銅萃取率的影響

將5 mL LIX984與100 mL煤油混合均勻，添加2.0 g十六烷基三甲基溴化銨（CTMAB）組成膜相；將蒸餾水與濃硫酸混合配置不同的內(nèi)相，暫定膜相與內(nèi)相以體積比10∶6，高速攪拌30 min得乳化液。在室溫（25℃）、料液（pH值為2.0）與乳化液體積比10∶1、攪拌速度300 r/min、攪拌120 min，試驗結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出，隨著內(nèi)相中硫酸濃度增高，水相中殘余銅離子濃度逐漸減小，銅萃取率與酸濃度成正比。當(dāng)酸濃度達到一定值時，銅的萃取率變化不大?？紤]到成本以及銅萃余液后續(xù)的處理問題，內(nèi)相硫酸摩爾濃度取0.915 mol/L比較合適，此時銅的回收率為89.4%。

圖1　酸濃度對銅萃取率的影響

圖2　攪拌時間對銅萃取率的影響

2.2攪拌時間對銅萃取率的影響

將5 mL LIX984與100 mL煤油混合均勻，添加2.0 g十六烷基三甲基溴化銨組成膜相，內(nèi)相硫酸摩爾濃度為0.935 mol/L，膜相與內(nèi)相以體積比10∶6，在高速攪拌30 min得乳化液。在室溫（25℃）、料液（pH值為2.0）與乳化液體積比25∶1、攪拌速度300 r/min，試驗結(jié)果如圖2所示。結(jié)果表明，隨著攪拌時間的增加，萃余液中銅離子濃度逐漸減小，銅的萃取率逐漸增加；當(dāng)攪拌時間超過90 min后，銅離子萃取率變化不大，攪拌時間選擇90 min為宜。

2.3LIX984用量對銅萃取率的影響

于100 mL煤油中加入不同比例的LIX984，同時添加2.0 g十六烷基三甲基溴化銨組成膜相，配置0.935 mol/L的硫酸溶液構(gòu)成內(nèi)相，膜相與內(nèi)相以體積比10∶6，在高速攪拌30 min得乳化液。在室溫（25℃）、料液（pH值為2.0）與乳化液體積比10∶1、攪拌速度300 r/min攪拌120 min，試驗結(jié)果如圖3所示。結(jié)果表明，隨著LIX984用量增加，分離后料液中銅離子濃度逐漸降低，銅的回收率增加，綜合考慮藥劑成本和萃取回收銅離子的效果，煤油與LIX984的體積比選為為20∶1較合適。

圖3　LIX984用量對銅萃取率的影響

圖4　料液和乳化液體積比對銅萃取率的影響

2.4乳化液用量對銅萃取率的影響

將5 mL LIX984與100 mL煤油混合均勻，同時加入2.0 g十六烷基三甲基溴化銨組成膜相，配置0.935 mol/L的硫酸溶液構(gòu)成內(nèi)相，膜相與內(nèi)相以體積比10∶6，在高速攪拌30 min得乳化液。在室溫（25℃）、攪拌速度300 r/min攪拌120 min條件下，改變料液（pH值為2.0）與乳化液體積比，試驗結(jié)果如圖4所示。結(jié)果表明，乳化液用量的增加有利于銅離子的提高銅的萃取率，但料液與乳化液體積比小于10后，銅回收率變化很小，綜合考慮藥劑成本和萃取率，料液與乳化液的體積比為10∶1較合適。

2.5CTMAB用量對銅萃取率的影響

將5 mL LIX984與100 mL煤油混合均勻，同時加入不同量的十六烷基三甲基溴化銨組成膜相，配置0.935 mol/L的硫酸溶液構(gòu)成內(nèi)相，膜相與內(nèi)相以體積比10∶6，在高速攪拌30 min得乳化液。在室溫（25℃）、料液（pH值為2.0）與乳化液體積比10∶1、攪拌速度300 r/min攪拌120 min，試驗結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出，隨著十六烷基三甲基溴化銨（CTMAB）用量的增加，水相中殘余的銅離子濃度先下降后增加，相應(yīng)的銅萃取率先增加后減低。當(dāng)用量為2.35 g/100 mL煤油時，銅萃取率最大，故100 mL煤油中加入2.35 g十六烷基三甲基溴化銨（CTMAB）較合適。

圖5　CTMAB用量銅萃取率的影響

圖6　料液pH值對銅萃取率的影響

2.6料液pH值對銅萃取率的影響

將5 mL LIX984與100 mL煤油混合均勻，同時加入2.0 g十六烷基三甲基溴化銨組成膜相，配置0.935 mol/L的硫酸溶液構(gòu)成內(nèi)相，膜相與內(nèi)相以體積比10∶6，在高速攪拌30 min得乳化液。添加酸堿調(diào)節(jié)料液pH值，在室溫（25℃）、料液與乳化液體積比10∶1、攪拌速度300 r/min攪拌120 min，試驗結(jié)果如圖6所示。結(jié)果表明，隨著料液pH值升高，分離后水相中銅離子濃度逐漸減小，相應(yīng)的銅離子的萃取率逐漸增加，當(dāng)料液pH＞2.0，銅離子萃取率變化不明顯，所以料液pH為2.0為宜。

2.7膜相與內(nèi)相體積比對銅萃取率的影響

將5 mL LIX984與100 mL煤油混合均勻，同時加入2.0 g十六烷基三甲基溴化銨組成膜相，配置0.935 mol/L的硫酸溶液溶液構(gòu)成內(nèi)相，配制不同體積比的膜相與內(nèi)相的混合液，高速攪拌30 min得乳化液。在室溫（25℃）、料液（pH值為2.0）與乳化液體積比10∶1、攪拌速度300 r/min攪拌120 min，試驗結(jié)果如表7所示。結(jié)果表明，隨著膜相與內(nèi)相體積比增加，水相中殘余的銅離子濃度先降低后增加，相應(yīng)的銅萃取率也先增加后降低。從結(jié)果可知，當(dāng)體積比為1.67時，即100ml膜相加60ml內(nèi)相時，銅萃取率最大，繼續(xù)增加體積比，銅回收率則降低。原因可能是內(nèi)相用量少時，內(nèi)相容納銅離子的容量有限，導(dǎo)致銅離子反萃量不足。

圖7　膜相與內(nèi)相體積比對銅萃取率的影響

3　結(jié)論

通過探究內(nèi)相酸濃度、攪拌時間、LIX984用量、乳化液用量、CTMAB用量、料液酸度（pH值）以及有機相和內(nèi)相體積比對煤油-LIX984-CTMAB液膜體系萃取回收廢水中的銅的影響，確定了煤油-LIX984-CTMAB液膜體系萃取回收廢水中的銅的最佳條件為內(nèi)相酸濃度為0.935 mol/L，攪拌時間為90 min，煤油與LIX984的體積比為20∶1，料液與乳化液的體積比為10∶1，十六烷基三甲基溴化銨（CTMAB）用量為1.85 g/100 mL煤油，料液中的銅離子保持在200 mg/L時，料液pH為2.0，膜相與內(nèi)相體積比為1.67。最佳條件下，銅離子的萃取回收率達到95%左右。

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Research on the Recycling Copper from Wastewater Containing Copper by Liquid Membrane

CHEN Lu-yao
（Hunan Guangyi Experimental Middle School, Changsha 410000, China）

The wastewater containing copper of this study was from a copper hydrametallurge plant. The effects of kerosene-LIX984-CTMAB (cetyl trimethyl ammonium bromide) liquid membrane systems on separation of copper in the wastewater containing copper were studied. The study mainly focused on the following factors: pH value of feed liquid, sulfuric acid concentration, stirring time, the dosage of LIX984, the dosage of emulsified liquid, the dosage of emulsifier and the volume ratio of membrane phase and internal phase. Under the optimum conditions of separation of copper in the wastewater, satisfactory results could be achieved (recovery＞95%).

wastewater containing copper; liquid membrane; LIX984; CTMAB

X75

A

1009-220X(2016)04-0074-05

10.16560/j.cnki.gzhx.20160419

2016-07-06

陳璐瑤（1999~），女，湖南永興人，中學(xué)生。