高浓度重金属废水中铅砷的测定、分离与有价组分的利用

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在饲料(特别是猪鸡饲料)中添加无机盐,如铜铁锌锰镁盐,起源于欧美,目前已经在我国得到了普遍应用。用含铜废蚀刻液制备CuSO4·5H2O或Cu2(OH)3Cl,既处理了废水,又可以有效利用废水中的有价物质-铜,是一种高效综合利用资源的废水处理方法。饲料级碱式氯化铜中对有害物质的含量有着严格的控制标准,其中要求铅、砷含量分别小于10和20mg/kg,因此在回收处理含铜废液过程中脱除铅、砷是整个制备饲料级碱式氯化铜工艺的关键环节,同时工程中铜与铅、砷的有效分离,对于分析分离方法的理论和应用都有重要意义。在饲料添加剂硫酸亚铁硫酸锰硫酸锌生产过程产生的废水中,由于大量硫酸盐背景的存在,对其中痕量铅砷的分析干扰严重,探索消除干扰的方法,对准确测定饲料添加剂硫酸盐废水中铅砷和生产过程的质量控制具有重要应用价值。第一章主要介绍了环境中重金属污染的来源、危害、特点和铜污染;蚀刻废液的主要用途;碱式氯化铜的研究进展等以及综述了痕量铅砷测定方法,评述了本文的研究目的和创新之处。第二章主要研究了自吸效应扣除背景,用火焰原子吸收光谱法测定硫酸锰、硫酸镁、硫酸亚铁和碱性蚀刻废水样品中痕量铅,考察了燃烧器高度、光谱通带宽度和窄脉冲电流的影响,测量了硫酸锰、硫酸镁、硫酸亚铁和碱性蚀刻废水样品中铅的含量;结果表明,含硫酸锰、硫酸镁、硫酸亚铁和碱性蚀刻废水的空白溶液中铅的检出限分别为0.015μg/ml、0.090μg/mL、0.034μg/mL、0.058μg/mL。回收率在96.8~104.0%之间。其相对标准偏差分别为2.6%、3.4%、1.9%、2.3%。利用仪器的自吸效应扣除背景,火焰原子吸收光谱法测定废水样品中铅,方法简便、灵敏、准确稳定,可以有效地消除基体干扰和背景吸收,可用于指导实际生产,可以解决饲料添加剂生产和使用中遇到的关键技术难题。第三章主要研究了氢化物发生-原子吸收光谱法测定各种废水样品和新型铜源饲料级碱式氯化铜产品中砷的不同形态,考察了载气流量、酸度、硼氢化钾和还原剂的用量,确定了测定砷的最佳工作条件,测量了各种废水和新型铜源饲料级碱式氯化铜产品中不同形态砷的含量;结果表明,用氢化物发生-原子吸收光谱法测定各种废水和新型铜源饲料级碱式氯化铜产品中砷,线性范围为0.50-10.0μg/L、方法检出限0.12μg/L、相对标准偏差(RSD)为2.9%。回收率为93.2%~105.2%。此法具有灵敏度高、简便快速、选择性好、样品用量少、干扰少等优点,适用于不同水质样品和饲料添加剂样品中砷的形态分析,已用于饲料级碱式氯化铜产品实际生产中。第四章主要研究了ICP-AES多元素同时测定废水中的Zn、Cu、Cr、Pb、Cd、As、 Ni、Mn等8种元素的分析方法。结果表明,测定各元素的线性关系良好,相关系数均在0.9994以上,各元素的检出限在0.0007~0.0085μg/mL之间,加标回收率在94.0%~105.0%,样品分析结果的相对标准偏差均小于5.4%;在该法中被测元素之间无明显干扰,方法灵敏、快速,用于各种饲料添加剂废水中的Zn、Cu、Cr、Pb、Cd、As、 Ni、Mn等8种元素的同时测定,结果令人满意。第五章主要研究了去除碱性蚀刻废液中铅和砷的方法,考察了温度、pH和去除剂用量对去除碱性蚀刻废液中铅和砷的影响。结果表明,新生成的CaCO3和Fe(OH)3两种去除剂有明显的协同效应;正交试验优化结果:1L废液在55℃、pH9.5、CaCl2和Na2CO3加入量各10.0g、FeCl3·6H2O加入量为2.3g条件下,铅、砷去除率分别达到92.4%和94.6%。第六章主要研究了饲料级碱式氯化铜的制备方法,用X射线衍射图谱和电子显微镜表征分子结构和粒径。结果表明,利用去除铅砷后的碱性蚀刻废液和盐酸,在优化条件下,可以制备出合格饲料级碱式氯化铜;优化的制备条件为:在65~75℃,pH4.5~5.5,用脱除铅砷后的碱性废蚀刻液和HCl为原料制备出大晶体饲料级碱式氯化铜,其铅含量由不脱铅制备样品的118.44mg/kg降低到7.35mg/kg,砷含量由32.47mg/kg降低到3.54mg/kg,明显低于国标;所制备的碱式氯化铜经XRD分析为单斜相的[m-Cu2(OH)3Cl],衍射峰的强度比较高,样品具有很好的结晶度,同时未出现任何杂质峰,说明产品为纯相的碱式氯化铜。样品呈墨绿色,由细小的结晶颗粒聚集为球粒状,球粒粒径为50-200μm。第七章中给出了本文的总结论。
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