分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)重金屬?gòu)U液處理

楊繁(山東省冶金科學(xué)研究院有限公司，山東 濟(jì)南 250014)

1 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室對(duì)常見(jiàn)重金屬?gòu)U液的處理現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，涉及到化學(xué)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室數(shù)量越來(lái)越多，并且伴隨著高端化工科技的發(fā)展，參與到化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)中的科研人員也是越來(lái)越多，隨之而來(lái)的就是化學(xué)實(shí)驗(yàn)室使用頻率以及規(guī)模的上升，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室在使用過(guò)程中所產(chǎn)生的重金屬?gòu)U液的數(shù)量也在不斷的增加。如果不對(duì)重金屬?gòu)U液進(jìn)行處理就直接進(jìn)行排放，那么會(huì)對(duì)附近的環(huán)境產(chǎn)生不可挽回的負(fù)面影響。筆者在本文的研究中將會(huì)以《水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》作為研究的參照物。就相關(guān)的調(diào)查結(jié)果來(lái)看，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室重金屬?gòu)U液處理的情況并不樂(lè)觀，在參與到調(diào)查的40所化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中，僅僅只有10所化學(xué)實(shí)驗(yàn)室重金屬?gòu)U液的處理達(dá)到了國(guó)家要求的標(biāo)準(zhǔn)，而剩下的30所化學(xué)實(shí)驗(yàn)室對(duì)于重金屬?gòu)U液的處理或多或少存在一些問(wèn)題，甚至有的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室根本沒(méi)有對(duì)重金屬?gòu)U液進(jìn)行處理而是選擇直接排放，在筆者調(diào)研的過(guò)程中，有一部分化學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行科研的過(guò)程中，并沒(méi)有按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，操作方法也很不科學(xué)。從以上幾點(diǎn)不難看出，在實(shí)際的化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行試驗(yàn)過(guò)程中的步驟并不規(guī)范，并且也沒(méi)有對(duì)重金屬?gòu)U液的處理提起足夠的重視，如果對(duì)重金屬?gòu)U液的處理不夠及時(shí)與徹底，那么會(huì)對(duì)排入水體周邊的環(huán)境產(chǎn)生非常大的負(fù)面影響[1]。

2 廢液處理方案

2.1 含錳廢液的處理

在進(jìn)行基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中會(huì)進(jìn)行大量的高錳酸鉀作氧化劑的使用，這種大規(guī)模的試驗(yàn)最終會(huì)造成大量含錳廢液地產(chǎn)生。如果此類重金屬?gòu)U液不經(jīng)過(guò)處理酒精性排放的話，有可能會(huì)伴隨著水體應(yīng)用水的產(chǎn)生而進(jìn)入到人體中來(lái)，對(duì)人們的神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生危害。我國(guó)有關(guān)部門(mén)通過(guò)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)錳廢液的排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了規(guī)定，以此來(lái)保證含錳廢液的排放不會(huì)對(duì)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(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)為2.0mg/L。為了能夠保證此次試驗(yàn)的進(jìn)行，本次含錳廢液處理的原料來(lái)自于“硫酸亞鐵銨制備與純度測(cè)定”實(shí)驗(yàn)中，在該廢液中Mn2+的濃度經(jīng)過(guò)測(cè)量達(dá)到了0.05mol/L(2750mg/L)。

(1)含錳廢液處理原理：本實(shí)驗(yàn)所使用的是堿化除錳法來(lái)對(duì)含錳廢液進(jìn)行處理，將準(zhǔn)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(gè)過(guò)程中含錳廢液中的Mn2+就將轉(zhuǎn)化成為Mn(OH)2，由此為基礎(chǔ)在溶解氧的作用之下Mn(OH)2也會(huì)被迅速的氧化從而生產(chǎn)穩(wěn)定的難溶物MnO2，通過(guò)此方法就可以實(shí)現(xiàn)將Mn2+去除的目標(biāo)。

(2) 實(shí)驗(yàn)室含錳廢液具體處理方法：根據(jù)上文的論述，我們需要準(zhǔn)備好堿以及待處理的含錳廢液。首先需要向含錳廢液中進(jìn)行堿的加入，通過(guò)此項(xiàng)操作能夠?qū)⒑i廢液的pH調(diào)整成為＞11.0，并且使用材料將其攪拌均勻進(jìn)行靜置過(guò)夜處理，將容器中的沉淀物進(jìn)行過(guò)濾將其進(jìn)行保存，將所得到的濾液使用高碘酸鉀分光光度法進(jìn)行檢查，達(dá)到國(guó)家要求的標(biāo)準(zhǔn)之后才可進(jìn)行排放。詳細(xì)情況如圖1所示。

圖1 pH對(duì)Mn2+去除的影響

從理論上來(lái)講當(dāng)所處理的含錳廢液pH達(dá)到10.0數(shù)值左右的情況時(shí)，溶液中Mn2+就能夠完全形成Mn(OH)2然后進(jìn)行過(guò)夜沉淀。不過(guò)，當(dāng)含錳廢液中存在著NH4+濃度過(guò)高情況時(shí)，那么會(huì)產(chǎn)生一部分Mn(OH)2會(huì)溶解在銨鹽溶液中。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也顯示，含錳廢液當(dāng)出現(xiàn)包含有銨鹽的情況時(shí)，并且溶液的pH＜11.0時(shí)，那么將會(huì)出現(xiàn)過(guò)夜靜置沉淀不完全的情況，濾液中的錳含量超過(guò)了投放標(biāo)準(zhǔn)；但是當(dāng)pH≥11.0的時(shí)候，能夠使廢液達(dá)到排放的標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)此種情況，建議化學(xué)實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行對(duì)含錳廢液堿處理的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)適時(shí)記得進(jìn)行pH值的調(diào)高，保證過(guò)夜沉淀能夠完全將含錳廢液過(guò)濾完全，進(jìn)一步避免出現(xiàn)含錳廢液處理不能夠達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的情況[2]。

2.2 含鉛、鉍混合廢液的處理

通過(guò)絡(luò)合滴定法連的使用對(duì)混合液中的Pb2+以及Bi3+進(jìn)行連續(xù)的測(cè)定是現(xiàn)階段較為常見(jiàn)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，并且該試驗(yàn)廣泛的應(yīng)用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，并且此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的規(guī)模以及次數(shù)非常多，必定會(huì)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?yàn)樽陨韮?chǔ)量較小的原因，在采購(gòu)的時(shí)候價(jià)格較貴。如果含鉛、鉍的重金屬?gòu)U液不經(jīng)過(guò)處理就直接排放，僅僅有可能會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害，還會(huì)浪費(fèi)寶貴的鉍金屬資源。針對(duì)此種情況，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之后有必要對(duì)含鉛、鉍的金屬?gòu)U液進(jìn)行無(wú)害化處理以及資源回收處理。

首先，含鉛、鉍重金屬?gòu)U液處理原理。在處理的過(guò)程中向混合金屬?gòu)U液中進(jìn)行過(guò)量的Na2S，由此可以獲得黑色PbS以及Bi2S3的沉淀物。對(duì)所得到的沉淀物進(jìn)行分離以及水洗的處理，利用硝酸對(duì)其進(jìn)行價(jià)格使其消融，對(duì)于不溶物進(jìn)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(lái)。

其次，含鉛、鉍重金屬?gòu)U液處理具體方法。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)完成之后提取3000mL鉛鉍混合廢液對(duì)其進(jìn)行加熱處理，直至廢液達(dá)到沸騰狀態(tài)，對(duì)沸騰的金屬?gòu)U液進(jìn)行攪拌處理然后加入2mol/LNa2S溶液將金屬?gòu)U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(jìn)一步提升絮凝沉降的速度，可以向廢液中進(jìn)行微量的明礬水溶液加入，將金屬?gòu)U液攪拌均勻之后進(jìn)行靜置處理，經(jīng)過(guò)12小時(shí)的靜置處理基本上能夠?qū)崿F(xiàn)自身雜質(zhì)的沉淀。因?yàn)樯锨逡褐杏兄追映戎甘緞┑拇嬖?，所以?dǎo)致自身在pH值為堿性的環(huán)境中將會(huì)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(jìn)行處理之后可以排放。在此基礎(chǔ)上每次都使用1000mL左右的自來(lái)水來(lái)進(jìn)行清洗，自來(lái)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(shí)際情況可以進(jìn)行次數(shù)的增加，直至沉淀物消失不見(jiàn)，以此為基礎(chǔ)可以選擇少量的去離子水進(jìn)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(duì)其進(jìn)行30mL濃HNO3的加入，然后通過(guò)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(dá)到去除氮氧化合物的目的。帶溶液冷卻之后對(duì)其進(jìn)行過(guò)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(yīng)當(dāng)在通風(fēng)柜中進(jìn)行。

通過(guò)該種處理方法的應(yīng)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P(yáng)H正好符合EDTA滴定Bi3+所需要的PH數(shù)值，該種情況就沒(méi)有必要進(jìn)行氫氧化鈉的中和處理，可以在研究人員進(jìn)行下一次實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中直接投入使用，能夠有效地進(jìn)行資源循環(huán)使用，節(jié)省實(shí)驗(yàn)成本。值得一提的是如果在絮凝沉淀過(guò)程中加入了微量明礬溶液做絮凝劑，溶劑中就會(huì)有Al3+的產(chǎn)生，這種情況會(huì)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(luò)合物的lgK(lgK=16.1)以及Pb2+和EDTA絡(luò)合物的lgK(lgK=18.0)數(shù)值上相接近，會(huì)對(duì)試驗(yàn)最終的測(cè)試結(jié)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(huì)與正確數(shù)值產(chǎn)生偏差，那么在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，可以選擇滴入一滴0.1mol/L的氟化銨溶液來(lái)消除鋁離子對(duì)最終測(cè)定結(jié)果的干擾。

2.3 含銀廢液處理

實(shí)驗(yàn)室中所產(chǎn)生的大量含銀廢液的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)分別是：“佛爾哈德法測(cè)定銀鹽中銀含量”以及“莫爾法測(cè)定氯化物中氯含量”，并且同樣是屬于基礎(chǔ)化學(xué)部分，會(huì)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中大規(guī)模應(yīng)用。如果不對(duì)含銀廢液進(jìn)行處理就進(jìn)行排放不僅僅會(huì)浪費(fèi)大量的貴重金屬，還會(huì)對(duì)水體附近的環(huán)境產(chǎn)生惡劣影響。針對(duì)此種情況，我們應(yīng)當(dāng)在試驗(yàn)的過(guò)程中對(duì)含銀廢液進(jìn)行定期的集中處理，所回收的金屬銀可以進(jìn)行循環(huán)配置液的使用?？梢愿鶕?jù)含銀廢液產(chǎn)生的途徑來(lái)選擇針對(duì)性處理方法，銀含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的含銀廢液可采用沉淀灼燒法，氯含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)移到Ag2S的沉淀中來(lái)，然后使用高溫灼燒的方法來(lái)對(duì)沉淀進(jìn)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(yīng)，然后生成銀氨溶液，在此基礎(chǔ)上再使用抗壞血酸使其發(fā)生氧化反應(yīng)，可以得到銀單質(zhì)。

2.3.2 含銀廢液實(shí)驗(yàn)室處理方法

可以對(duì)含銀廢液中加入過(guò)量的硫化鈉固體，攪拌均勻之后進(jìn)行靜置處理，對(duì)所得到的上清液進(jìn)行硫化處理之后進(jìn)行排放，對(duì)所得到的沉淀進(jìn)行酸洗以及水洗的處理，對(duì)其進(jìn)行抽濾處理然后保留沉淀，對(duì)沉淀需要進(jìn)行烘干處理。可以將馬弗爐溫度設(shè)定在1050～1100℃范圍區(qū)間內(nèi)，進(jìn)行一個(gè)小時(shí)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(lái)，大幅度的避免實(shí)驗(yàn)室廢液處理出現(xiàn)浪費(fèi)的情況[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行科研的過(guò)程中難免會(huì)有重金屬?gòu)U液的產(chǎn)生，并且因?yàn)橹亟饘購(gòu)U液的特殊性不便于交付于特定部門(mén)進(jìn)行集中處理，這樣會(huì)無(wú)形中增加重金屬?gòu)U液的處理成本，傳統(tǒng)的處理方法雖然能夠使重金屬?gòu)U液達(dá)到國(guó)家排放的標(biāo)準(zhǔn)，但是在這個(gè)過(guò)程中所產(chǎn)生的固體廢物仍會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。如果實(shí)驗(yàn)室在有條件的情況下，可以利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行仿真試驗(yàn)，因其自身具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能夠更加形象、生動(dòng)地展現(xiàn)試驗(yàn)效果，并且可以反復(fù)進(jìn)行，非常有助于實(shí)驗(yàn)材料的節(jié)約，避免大量重金屬?gòu)U液的產(chǎn)生。