安全高效处理砷烷生产中含砷废水的方法
【专利摘要】本发明涉及安全高效处理砷烷生产中含砷废水的方法，在含砷废水中加入碱性物质，中和至碱性；在碱性废水中加入氧化剂，使溶解在废水中的挥发性的砷烷氧化转变成完全不挥发的砷酸盐AsO43-；加入金属离子Mn+，使可溶性砷酸盐AsO43-形成Mx（AsO4）y沉淀；加入絮凝剂和吸附剂，通过吸附和共沉淀的方式进一步降低废水中砷的含量，待固体完全沉淀后，过滤收集含砷的固体废料。通过物理和化学方法相结合，有效地降低砷烷生产过程中产生的废水中砷的含量，将大量剧毒的废水转变成可以循环使用的工业用水，处理过程中收集的含砷固体废料体积很小，便于作为固体废料安全处理。
【专利说明】安全高效处理砷烷生产中含砷废水的方法
【技术领域】[0001]本发明涉及一种安全高效处理砷烷生产中含砷废水的方法，利用物理和化学方式相结合的方法，安全高效地处理在砷烷工业化生产中产生的工业废水，使废水中砷的含量达到可以继续循环使用的水平，从而大大减少有毒的含砷废水的排放。
【背景技术】
[0002]高纯砷烷(>99.9999%)广泛用于半导体工业中外延硅的“N”型掺杂，硅离子注入，生长高端太阳能电池砷化镓(GaAs)薄膜、以及在II1-V族固体半导体照明中用于生长红黄光LED外延片的生长等等。另外，神烧还用作标准气、校正气等。因此，积极进彳丁超纯神烧气体的开发研究对促进电子工业及其它有关技术的发展有着十分重要的意义。
[0003]工业上通常通过砷化锌和稀硫酸水溶液反应制备砷烷，化学反应式如下:
[0004]Zn3As2+3H2S04 — 2AsH3+3ZnS04
[0005]砷烷属于剧毒气体化学品，其TLV值只有50ppb。因此痕量的砷烷在无控制的情况下释放，都会产生严重的安全问题。砷烷制备中产生的废液在如下的情况下会导致砷烷的无控制释放:1)如果上述反应没有绝对的100%反应完全,反应废液中痕量的砷化锌会继续反应，继续产生剧毒的砷烷，2)砷烷在水溶液中有一定的溶解度，溶解在废水中的砷烷在温度变化时，或者搅动时，都会引起砷烷释放，造成安全问题。另外几乎所有含砷物质都属于剧毒的化学品，在砷烷制备中产生的废水也可能含有其他微量砷化学品的成分，带来安全隐患。因此砷烷制备中产生的大量废水必须要严格的进行解毒处理，以免造成严重人员伤亡和环境污染问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种安全高效处理砷烷生产中含砷废水的方法。
[0007]本发明的目的通过以下技术方案来实现:
[0008]安全高效处理砷烷生产中含砷废水的方法，包括以下步骤:
[0009]a)在含砷废水中加入碱性物质，中和至碱性；
[0010]b)在碱性废水中加入氧化剂，使溶解在废水中的挥发性的砷烷氧化转变成完全不挥发的砷酸盐(AsO43O ；
[0011]c)加入金属离子(Mn+)，使可溶性砷酸盐(AsO43O形成Mx (AsO4)y沉淀；
[0012]d)加入絮凝剂和吸附剂，通过吸附和共沉淀的方式进一步降低废水中砷的含量，待固体完全沉淀后，过滤收集含砷的固体废料。
[0013]进一步地，上述的安全高效处理砷烷生产中含砷废水的方法，步骤a)，所述碱性物质为 Ca (OH) 2、NaOH, KOH 或 CaO 中和至 pH>7。
[0014]更进一步地，上述的安全高效处理砷烷生产中含砷废水的方法，步骤b)，所述氧化剂为 KMn04、NaClO 或 KC10。[0015]更进一步地，上述的安全高效处理砷烷生产中含砷废水的方法，步骤C)，所述金属离子(Mn+)为 Ca2+ 或 Fe3+，当 Mn+ 是 Ca2+ 时，Mx (AsO4) y 是 Ca3 (AsO4) 2，当 Mn+ 为 Fe3+ 时，Mx(AsO4)ySFe (AsO4)0
[0016]再进一步地，上述的安全高效处理砷烷生产中含砷废水的方法，所述金属盐离子(Mn+)为 Ca2+或 Fe3+，通过加入 Ca (0H)2、Ca。、CaCl2' FeCl3 或 Fe2 (SO4) 3 导入相应的金属盐离子。
[0017]再进一步地，上述的安全高效处理砷烷生产中含砷废水的方法，步骤d)，所述絮凝剂为明矾、硅藻土。
[0018]再进一步地，上述的安全高效处理砷烷生产中含砷废水的方法，步骤d)，所述吸附剂为活性炭。
[0019]本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在:
[0020]本发明通过物理和化学方法相结合，有效地降低砷烷生产过程中产生的废水中砷的含量，将大量剧毒的废水转变成可以循环使用的工业用水，处理过程中收集的含砷固体废料体积很小，便于作为固体废料安全处理，对保护环境和安全生产起到积极的作用。其处理工艺简单，特别适合大规模工业化砷烷生产中大量含砷废液的解毒处理。
【具体实施方式】
[0021]本发明提供一种安全高效的解毒方法，彻底去除废水中含砷的有毒化学成分，处理后的废水达到工业上循环使用的标准，进一步减少有毒废水的排放，减少环境污染。
[0022]根据砷烷合成反应的特点，针对性的提出安全处理含砷废水的解毒方案:
[0023]I)砷烷的合成是在酸性的水溶液中进行，生产砷烷的废水中极可能还有少量未完全反应的砷化锌原料，在酸性的条件下继续反应产生少量的剧毒砷烷，从而带来不安全的隐患。因此本方案的第一步是加入碱性的物质中和反应废液至碱性，确保砷化锌和硫酸的反应完全停止。
[0024]2)因为砷烷在水溶液中有一定的溶解度，[在25°C时，砷烷在水中的溶解度是(Vwm/v*) 0.23升/升]。砷烷具有很强的挥发性，随着温度的变化，甚至搅动废液都有可能导致砷烷的释放，造成安全隐患。因此本方案的第二步是在废液中加入氧化剂，把溶解在水中砷烷氧化转变成完全不挥发的砷酸盐(AsO43-),留在水溶液中。
[0025]3)可溶性的砷酸盐(As0/_)也是剧毒的化学物质，需要进一步从废液中分离去除。通常砷酸盐可以过加入钙离子Ca2+，或者铁离子Fe3+，同可溶性的砷酸盐形成不溶性的砷酸钙，或砷酸铁沉淀，从而把可溶性的砷酸盐从废液中进一步分离出来。所以第三步在含砷酸盐的废液中加入金属盐离子(Mn+)，生成Mx (AsO4) y沉淀。
[0026]4)单一的使用金属盐离子(Mn+)，生成Mx (AsO4)y沉淀，还不能完全的解除废水中含砷的有毒成分，达到安全再循环使用的标准。因此第四步在上述水溶液中加入絮凝剂和吸附剂，通过吸附和共沉淀的方式进一步降低废水中砷的含量。待固体沉淀完全沉淀后，过滤收集含砷的固体废料。处理后的废水经过检测达标后，可以继续作为砷烷生产中工业用水，回收循环使用。
[0027]本发明方法通过物理和化学方法相结合，有效地降低砷烷生产过程中产生的废水中砷的含量，将大量剧毒的废水转变成可以循环使用的工业用水，处理过程中收集的含砷固体废料体积很小，便于作为固体废料安全处理，对保护环境和安全生产起到积极的作用。
[0028]实施例:
[0029]在充满氦气的反应釜中，投入砷化锌Zn3As2, lOOOg，加入水4000g，在搅拌条件下于两小时内滴加稀硫酸(40%) 2500g，收集反应中产生的砷烷产品。滴加稀硫酸完毕，加热反应液至100°C，并保持在100°C 4个小时。停止加热，待反应液冷却至室温时，在搅拌条件下加入饱和氢氧化韩水溶液，Ca (OH) 2 ,至pH> 10,然后加入200mLlM的高猛酸钾,KMnO4,水溶液。维持搅拌2小时。然后再加入50g硅藻土和50g活性碳，搅拌均匀，静止24小时后过滤,压干固体废料。 [0030]本发明方法可以高效的消除砷烷生产的工业废水中含砷的化学物质。含砷的废水剧毒，体积大，如不通过解毒，再循环利用，会带来很多安全问题。本发明方法将大量的剧毒废水转变成可循环使用的工业用水。回收的固体含砷固体废料体积很小,便于处理,对保护环境和安全生产起到积极的作用。其处理工艺简单，特别适合大规模工业化砷烷生产中大量含砷废液的解毒处理。处理后的废水可以继续循环使用，大大的减少对环境可能造成严重污染的含砷废水的排放。
[0031]需要理解到的是:以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.安全高效处理砷烷生产中含砷废水的方法，其特征在于包括以下步骤: a)在含砷废水中加入碱性物质，中和至碱性； b)在碱性废水中加入氧化剂，使溶解在废水中的挥发性的砷烷氧化转变成完全不挥发的砷酸盐AsO广； c)加入金属离子Mn+，使可溶性砷酸盐As043_形成Mx(AsO4) y沉淀； d)加入絮凝剂和吸附剂，通过吸附和共沉淀的方式进一步降低废水中砷的含量，待固体完全沉淀后，过滤收集含砷的固体废料。
2.根据权利要求1所述的安全高效处理砷烷生产中含砷废水的方法，其特征在于:步骤a)，所述碱性物质为Ca (0102、恥011、1(011或0&0，中和至？11 > 7。
3.根据权利要求1所述的安全高效处理砷烷生产中含砷废水的方法，其特征在于:步骤b)，所述氧化剂为KMn04、NaClO或KC10。
4.根据权利要求1所述的安全高效处理砷烷生产中含砷废水的方法，其特征在于:步骤 C)，所述金属离子 Mn+ 为 Ca2+ 或 Fe3+，当 Mn+ 是 Ca2+ 时，Mx (AsO4) y 是 Ca3 (AsO4) 2，当 Mn+为 Fe3+时，Mx (AsO4)y 为 Fe (AsO4)0
5.根据权利要求4所述的安全高效处理砷烷生产中含砷废水的方法，其特征在于:所述金属盐离子Mn+为Ca2+或Fe3+,通过加入Ca (OH) 2、CaO、CaCl2、FeCl3或Fe2 (SO4)3导入相应的金属盐离子。
6.根据权利要求1所述的安全高效处理砷烷生产中含砷废水的方法，其特征在于:步骤d)，所述絮凝剂为明矾、硅藻土。
7.根据权利要求1所述的安全`高效处理砷烷生产中含砷废水的方法，其特征在于:步骤d)，所述吸附剂为活性炭。
【文档编号】C02F103/34GK103663779SQ201310585497
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】许从应, 王陆平, 马潇, 王仕华, 李英辉, 朱颜 申请人:苏州丹百利电子材料有限公司