一种机械力固化水溶性重金属离子的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于基础化学领域，具体涉及一种机械力固化水溶性重金属离子的方法。
【背景技术】
[0002] 重金属一般指密度大于4. 5克每立方厘米的金属，大约45种，如铜（Cu)、铅（Pb)、 锌（Zn)、铁（Fe)、钴（Co)、镍（Ni)、锰（Μη)、镉（Cd)等。重金属离子其来源广泛，涉及化工， 矿山，机械制造，冶金，电子和仪表等行业。水溶性重金属离子易溶于水体之中，不能被微生 物降解，只能发生各种形态相互转化和分散、富集过程。离子在水体中积累到一定的限度， 就会对水体、水生植物和水生动物系统产生严重危害，并可能通过食物链直接或间接的人 体永久性中毒，引发多种疾病甚至致癌。因此，重金属离子的固化（非水溶化）对于治理和 去除水体中重金属离子具有重要的作用和意义。水溶性的重金属离子经过固化处理后，会 与固体颗粒一起沉淀下来并不再溶出，经过过滤或沉降，就可以达到净化水体，治理水污染 的目的。
[0003] 化学沉淀是目前国内外固化重金属离子主要方法，其原理是通过化学反应使废水 中呈现溶解状态的重金属转变为不溶于水的重金属化合物，包括中和沉淀物、硫化物沉淀 法、铁氧体共沉淀法。其中最常用的是中和沉淀法，常用的中和剂有氢氧化钠（NaOH)、碳酸 钠（Na 2C03)、氨水（ΝΗ3 · H20)、石灰（CaO)和消石灰（Ca(0H)2)，使金属离子与羟基（-OH)反 应，生成不溶于水的金属离子化合物。但是采用纯化学法固化重金属离子，控制条件较为 严格，处理时需要严格控制形成氢氧化物的最佳pH值，及其在沉淀过程中絮凝物的颗粒大 小。此外，在絮凝过程中，絮凝剂的加药量容易出现偏差，形成重金属氢氧化物絮体偏小，沉 降速度较很慢。而且固化产物呈碱性，还会对环境有污染。因此，一种新的高效环保的固化 方法亟待提出。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种机械力固化水溶性重金属离子的方法，该方法离子固化 效果显著，效率高，工艺简单，绿色环保，成本低，可应用于重金属废水废液的处理等领域， 适合推广应用。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0006] -种机械力固化水溶性重金属离子的方法，包括以下步骤：采用机械力研磨手 段，将含有水溶性重金属离子化合物的溶液与固化剂混合，然后放入磨机中，控制球料比为 7~45,研磨速度为100~1200rpm，研磨时间为20~240min，得湿式固化产品，即实现水 溶性重金属离子的固化。
[0007] 上述方案中，所述含有水溶性重金属离子化合物的溶液为水溶性重金属离子固体 化合物与水的混合物。
[0008] 上述方案中，所述含有水溶性重金属离子化合物的溶液为含有水溶性重金属离子 化合物的高浓度重金属废液。
[0009] 上述方案中，所述固化剂为CaC03化学试剂或碳酸钙矿物。
[0010] 上述方案中，所述碳酸钙矿物为石灰石或方解石等。
[0011] 上述方案中，所述水溶性重金属离子包括但不限于亚铁、铜、锌、镍、锰、镉离子中 的一种或几种。
[0012] 上述方案中，所述水溶性重金属离子化合物包括但不限于亚铁盐、铜盐、锌盐、镍 盐、锰盐、镉盐中的一种或几种。
[0013] 上述方案中，所述亚铁盐、铜盐、锌盐、镍盐、锰盐、镉盐为它们的硫酸盐。
[0014] 上述方案中，所述磨机包括但不限于行星式球磨机和搅拌磨。
[0015] 上述方案中，所述水溶性重金属离子化合物与固化剂的摩尔比为l/3〈n(水溶性 重金属离子化合物）：n(固化剂）〈1。
[0016] 上述方案中，所述水溶性重金属离子化合物与固化剂总质量与水的固液比为 0· 1 ~10. 0g/mL〇
[0017] 上述方案中，所述高浓度重金属废液中的水溶性重金属离子化合物与固化剂总质 量与水的固液比为〇. 1~10. 〇g/mL。
[0018] 本发明利用机械力研磨手段，将可溶于水的重金属盐（水溶性重金属离子 化合物）转变成不溶于水的碳酸盐或非晶体，实现重金属离子的固化。研磨的过程 中，在无水情况下，重金属盐与碳酸钙之间为纯固相反应，反应难以顺利进行，重金属 离子难实现固化过程。在少量水的环境下，重金属盐和碳酸钙会在机械研磨的条件 下实现钙离子和金属离子的解离，硫酸根与钙离子重新结合，形成稳定的硫酸钙沉 淀，金属离子则与碳酸根结合，形成不溶于水的碳酸盐，其基本的原理可以表示为： McS04+CaCCb(s) 二? CaSGM.s)+MeCO3(s)，其中，Me 代表 Fe、Cu、Zn、Cd、Mn 和 Ni 等重金属离 子。
[0019] 本发明的有益效果是：
[0020] 1)本发明采用的固化剂廉价易得，且涉及的机械力方法工艺简单，绿色环保。
[0021] 2)本发明对亚铁（Fe)、铜（Cu)、锌（Zn)、镍（Ni)、锰（Μη)和镉（Cd)等离子均有很 好的固化效果，处理对象宽泛。
[0022] 3)可实现对单一或多种水溶性重金属离子的固化过程，且固化率高，其固化率可 实现接近100%，固化效果显著。
[0023] 4)本发明所述固化方法应用面广泛，可应用于高浓度重金属废水废液的处理等领 域。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明实施例1中研磨60min后所得湿式固化产品的XRD图谱
[0025] 图2为本发明实施例2中研磨30min后所得湿式固化产品的XRD图谱
[0026] 图3为本发明实施例3所得湿式固化产品的XRD图谱
[0027] 图4为本发明实施例4所得湿式固化产品的XRD图谱。
【具体实施方式】
[0028] 为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不 仅仅局限于下面的实施例。
[0029] 以下实施例如无具体说明，采用的试剂市售化学试剂或工业产品。
[0030] 以下实施例中所用的设备如下：
[0031] 磨机：德国飞驰行星式球磨机Pulverisette 7型；恒温磁力搅拌器：上海梅颖浦 仪器仪表制造有限公司驰文524G型；采用全谱直读电感耦合等离子发射光谱仪（ICP)测量 固化后溶液中离子的浓度，美国PerkinElmer公司，Optima 4300DV型号；利用转靶X射线 衍射仪（XRD)表征研磨处理所得产物的物相，日本RIGAKU公司，D/MAX-RB型。离心机为湖 南赫西仪器装备有限公司提供的台式高速离心机，H/T16MM型。
[0032] 实施例1
[0033] -种机械力固化水溶性重金属离子的方法，包括如下步骤：
[0034] 将2. 78g硫酸亚铁（FeS04 ·7Η20)和1. 3g碳酸钙（CaC03)的混合物放入50mL的研 磨罐中，加入150g直径15mm的锆球和2. 5mL蒸馏水，球料比为37,固液比为1. 63g/mL，置 于磨机中设置转速为400rpm，研磨时间分别为30min、60min，研磨完成后得湿式固化产品， 即可实现水溶性重金属离子的固化过程。
[0035] 图1为本实施例中研磨60min时所得湿式固化产品的XRD图谱，由图1可以看出 硫酸亚铁和碳酸钙经过机械研磨后，转变成了碳酸亚铁（FeC0 3)、针铁矿（FeOOH)和硫酸钙。 这表明，硫酸亚铁中的亚铁离子经过处理后，以碳酸亚铁和针铁矿的形式沉淀固定下来，钙 则以硫酸钙的形式沉淀。
[0036] 将本实施例所得湿式固化产品分别洗入2份200mL的蒸馏水中，进行磁力搅拌，在 25°C下以550rpm的搅拌速度搅拌3h。稍微静置后，离心取上清液，从离心液取2mL稀释至 50mL，送ICP测试溶液中铁离子的浓度，计算铁离子的固化率（[l-n(固化后水溶液中金属 离子）/η (固化前金属离子）]X 100)，结果见表1。
[0037] 表1实施例1中水溶性重金属铁离子的固化效果
[0038]
[0039] 由表1可以看出，本发明所述方法可在机械力条件下实现铁离子的固化分离过 程，且其固化率接近1〇〇%，固化效果显著。
[0040] 实施例2
[0041] -种机械力固化水溶性重金属离子的方法