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我国钒钛磁铁矿冶炼发展迅猛,炼铁的同时尾矿含有大量的钒资源,针对尾矿中钒资源的主要生产工艺:钒渣钠盐焙烧-水浸-酸性铵盐沉钒,其生产工艺及装备技术成熟,项目经济效益长期看好。提钒后产生的废水中含有大量氨氮、铬离子、钠离子、硫酸根离子、氯离子等。为实现资源循环,环境保护以及经济效益,本文针对承德建龙钢铁厂钒钛磁铁矿提钒除铬除氨后废水中的钠进行了初步的研究,分别以氯化钠、硫酸钠的形式从废水中回收钠盐,并对硫酸钠的结晶热力学和动力学进行了实验研究。
(1)以氯化钠的形式回收钠盐。采用化学沉淀法处理该废水,运用单因素实验方法确定SO42-去除率最高的最佳工艺条件,使用国标中的化学方法对处理过的废水中的杂质离子进行测定。结果表明,在以CaCl2为沉淀剂去除SO42-的最佳工艺条件是:沉淀剂的投加量为7g;反应前pH保持原水pH,即7.87;反应温度控制为60℃;反应时间为60min。处理后的废水中SO42-浓度为2.027g/L,此浓度低于目前现有海水晒盐工艺中盐卤水的平均SO42-浓度,采用现有晒盐工艺可以从处理后的废水中回收NaCl钠盐。
(2)以硫酸钠的形式回收钠盐。采用蒸发、冷凝结晶法回收工业级硫酸钠,化学沉淀后再以重结晶的方式回收化学试剂级硫酸钠,引用单因素实验方法确定回收达标硫酸钠的最佳工艺条件。结果表明:在考虑达标及生产量的前提下,蒸发结晶在90%蒸发量时可生产符合国标工业硫酸钠Ⅱ类合格品的产品;冷凝结晶中认为在浓缩原水至表面产生一层薄膜状晶体覆盖时停止加热(在本实验中约为浓缩80%),在-5~0℃温度下冷凝可尽可能多的生产符合国标工业硫酸钠Ⅱ类一等品的产品;重结晶中选择1gNa2CO3沉淀超标的Ca2+,蒸发结晶控制在85%蒸发量及以下,冷凝结晶将温度控制在5~20℃,可使氯化物降低到0.005%以下,即可使产品达到化学试剂中的化学纯。
(3)硫酸钠结晶热力学与动力学。本实验废水主要为Na+-Cl--SO42-体系,由于废水中离子种类复杂且含量较大,所以针对本废水体系中硫酸钠的溶解度采取了动态法进行了测定,获得了本体系中硫酸钠浓度随温度变化的曲线,并用直接法测定了其超溶解度曲线,为晶体的制备提供了依据。针对结晶过程中晶体成核与生长的情况,采用连续稳态法测定了硫酸钠的粒度分布,根据其粒度数据得出晶体粒度在大于50μm的范围内,硫酸钠晶体的生长过程是与粒度无关的,建立了其动力学模型,并对模型的参数进行分析,得到了结晶过程的成核速率和生长速率,为硫酸钠的结晶提供了理论依据。
(1)以氯化钠的形式回收钠盐。采用化学沉淀法处理该废水,运用单因素实验方法确定SO42-去除率最高的最佳工艺条件,使用国标中的化学方法对处理过的废水中的杂质离子进行测定。结果表明,在以CaCl2为沉淀剂去除SO42-的最佳工艺条件是:沉淀剂的投加量为7g;反应前pH保持原水pH,即7.87;反应温度控制为60℃;反应时间为60min。处理后的废水中SO42-浓度为2.027g/L,此浓度低于目前现有海水晒盐工艺中盐卤水的平均SO42-浓度,采用现有晒盐工艺可以从处理后的废水中回收NaCl钠盐。
(2)以硫酸钠的形式回收钠盐。采用蒸发、冷凝结晶法回收工业级硫酸钠,化学沉淀后再以重结晶的方式回收化学试剂级硫酸钠,引用单因素实验方法确定回收达标硫酸钠的最佳工艺条件。结果表明:在考虑达标及生产量的前提下,蒸发结晶在90%蒸发量时可生产符合国标工业硫酸钠Ⅱ类合格品的产品;冷凝结晶中认为在浓缩原水至表面产生一层薄膜状晶体覆盖时停止加热(在本实验中约为浓缩80%),在-5~0℃温度下冷凝可尽可能多的生产符合国标工业硫酸钠Ⅱ类一等品的产品;重结晶中选择1gNa2CO3沉淀超标的Ca2+,蒸发结晶控制在85%蒸发量及以下,冷凝结晶将温度控制在5~20℃,可使氯化物降低到0.005%以下,即可使产品达到化学试剂中的化学纯。
(3)硫酸钠结晶热力学与动力学。本实验废水主要为Na+-Cl--SO42-体系,由于废水中离子种类复杂且含量较大,所以针对本废水体系中硫酸钠的溶解度采取了动态法进行了测定,获得了本体系中硫酸钠浓度随温度变化的曲线,并用直接法测定了其超溶解度曲线,为晶体的制备提供了依据。针对结晶过程中晶体成核与生长的情况,采用连续稳态法测定了硫酸钠的粒度分布,根据其粒度数据得出晶体粒度在大于50μm的范围内,硫酸钠晶体的生长过程是与粒度无关的,建立了其动力学模型,并对模型的参数进行分析,得到了结晶过程的成核速率和生长速率,为硫酸钠的结晶提供了理论依据。