碱式硫酸铬的用途与制备

硫酸铬是从铬盐与二氧化硫进行还原，但仍存在其它方法。硫酸铬的水合物可以透过三价铬的氧化物，如三氧化二铬与硫酸反应而制得。 Cr2O3 + 3 H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3 H2O 亦可以用重铬酸盐的还原反应来制备硫酸铬，最常见的方式是由重铬酸钾和硫化氢反应生成硫酸铬，副物是硫酸钾和水： 4 K2Cr2O7 + 13 H2SO4 +3 H2S → 4 Cr(SO4)3 + 4 K2SO4 + 16 H2O 也可以用乙醇来代替硫化氢，不同点在于，除了生成硫酸铬和硫酸钾之外，还会产生乙酸跟水。 2 K2Cr2O7 + 8 H2SO4 + 3 C2H5OH → 2 Cr2(SO4)3 + 2 K2SO4 + 3 CH3COOH + 11 H2O 然而，关于以上反应，得到的硫酸铬都有包含结晶水（即水合硫酸铬）。欲去除结晶水，可利用在280℃下的CO2流来进行脱水的动作。

一般工业制的硫酸铬多为硫酸铬与硫酸钠的混合物，通式为Cr(OH)m(SO4)n·2xH2O，即碱式硫酸铬。

化学还原法是利用硫酸亚铁、亚硫酸盐、二氧化硫等还原剂将废水中六价铬还原成三价铬离子，加碱调整pH值，使三价铬形成氢氧化铬沉淀除去。这种方法设备投资和运行费用低，主要用于间歇处理。

常用处理工艺为在第一反应池中先将废水用硫酸调pH值至2～3，再加入还原剂，在下一个反应池中用NaOH或Ca(OH)2调pH值至7～8，生成Cr(OH)3沉淀，再加混凝剂,使Cr(OH)3沉淀除去。改良的工艺为在第一反应池中直接投加硫酸亚铁，用NaOH或Ca(OH)2调pH值至7～8，生成Cr(OH)3沉淀，再加混凝剂，使Cr(OH)3沉淀除去。使用该技术后，含铬废水日处理量为1000M3,废水中铬含量为10mg/l。该技术适用于含铬工业废水处理。

在一些报道中也有提到利用聚合氯化铝铁处理电镀含铬废水。聚合氯化铝铁兼有传统絮凝剂PAC ,PFC的优点,形成的絮凝体大而重,沉降速度快。其出水色度比聚合氯化铁好,除浊效果和絮凝体沉降性能又优于聚合氯化铝。具体报道内容附于文后。

二.电解法沉淀过滤

1.工艺流程概况

电镀含铬废水首先经过格栅去除较大颗粒的悬浮物后自流至调节池, 均衡水量水质, 然后由泵提升至电解槽电解, 在电解过程中阳极铁板溶解成亚铁离子, 在酸性条件下亚铁离子将六价铬离子还原成三价铬离子, 同时由于阴极板上析出氢气, 使废水pH 值逐步上升, 最后呈中性。此时Cr3+ 、Fe3+ 都以氢氧化物沉淀析出, 电解后的出水首先经过初沉池,然后连续通过(废水自上而下) 两级沉淀过滤池。一级过滤池内有填料: 木炭、焦炭、炉渣二级过滤池内有填料: 无烟煤、石英砂。污水中沉淀物由过滤池填料过滤、吸附, 出水流入排水检查井。而后通过泵进入循环水池作为冷却用水。过滤用的木炭、焦炭、无烟煤、炉渣定期收集在锅炉房掺烧。

2.主要设备

调节池1 座初沉池1 座、沉淀过滤池2 座循环水池1 座电源控制柜、电解槽、电解电源、电解电压1 套水泵5 台。

3.结果与分析

某电镀厂电镀废水处理设备在正常工况条件下, 间隔不同的时间多次取样,。

电镀含铬废水采用电解法沉淀过滤工艺处理后全部回用, 过滤池内填料定期集中于锅炉房掺烧, 达到了综合治理电镀含铬废水的目的。

该处理技术虽然运行可靠, 操作简单, 但应注意几个方面: a) 需要定期更换极板b) 在一定的酸性介质中, 氢氧化铬有被重新溶解的可能c) 沉淀过滤池内的填料必须定期处理, 焚烧彻底, 否则会引起二次污染。由此可见, 对处理设施加强管理非常重要。

4.结论

1) 该处理工艺对电镀含铬废水治理彻底, 过滤池内填料定期统一处理, 不会引起二次污染处理后清水全部回用, 可节省水资源, 具有明显的经济效益。

2) 该工艺投资较小, 技术成熟, 运行稳定可靠,操作方便, 易于管理, 适应于不同规模的电镀生产企业。

三. 其他国内外含铬废水处理方法的研究进展

1.1 生物法

生物法治理含铬废水,国内外都是近年来开始的。生物法是治理电镀废水的高新生物技术,适用于大、中、小型电镀厂的废水处理,具有重大的实用价值,易于推广。国内外对SRB菌(硫酸盐还原菌)[1]、SR系列复合功能菌[2]、SR复合能菌[3]、脱硫孤菌[4]、脱色杆菌(Bac.Dechromaticans)、生枝动胶菌(Zoolocaramiger a)[5]、酵母菌[6]、含糊假单胞菌、荧光假单胞菌[7]、乳链球菌、阴沟肠杆菌、铬酸盐还原菌[8]等进行研究,从过去的单一菌种到现在多菌种的联合使用,使废水的处理从此走向清洁、无污染的处理道路。将电镀废水与其它工业废弃物及人类粪便一起混合,用石灰作为凝结剂,然后进行化学—凝结—沉积处理。研究表明,与活性的淤泥混合的生物处理方法,能除去Cr6+和Cr3+,NO3氧化成NO3-。已用于埃及轻型车辆公司的含铬废水的处理[9]。

生物法处理电镀废水技术,是依靠人工培养的功能菌,它具有静电吸附作用、酶的催化转化作用、络合作用、絮凝作用、包藏共沉淀作用和对pH值的缓冲作用。该法操作简单,设备安全可靠,排放水用于培菌及其它使用并且污泥量少,污泥中金属回收利用实现了清洁生产、无污水和废渣排放。投资少,能耗低,运行费用少。

1.2 膜分离法

膜分离法以选择性透过膜为分离介质,当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差等)时,原料侧组分选择性透过膜,以达到分离、除去有害组分的目的。目前,工业上应用的较为成熟的工艺为电渗析、反渗透、超滤、液膜。别的方法如膜生物反应器、微滤等尚处于基础理论研究阶段,尚未进行工业应用。电渗析法是在直流电场作用下,以电位差为推动力,利用离子交换膜的选择透过性,从而使废水得到净化。反渗透法是在一定的外加压力下,通过溶剂的扩散,从而实现分离。超滤法也是在静压差推动下进行溶质分离的膜过程。液膜包括无载体液膜、有载体液膜、含浸型液膜等。液膜分散于电镀废水时,流动载体在膜外相界面有选择地络合重金属离子,然后在液膜内扩散,在膜内界面上解络,重金属离子进入膜内相得到富集,流动载体返回膜外相界面,如此过程不断进行,废水得到净化。膜分离法的优点:能量转化率高,装置简单,操作容易,易控制、分离效率高。但投资大,运行费用高,薄膜的寿命短。主要用于回收附加值高的物质,如金等。

电镀工业漂洗水的回收是电渗析在废液处理方面的主要应用,水和金属离子可达到全部循环利用,整个过程可在高温和更广的pH值条件下运行,且回收液浓度可大大提高,缺点为仅能用于回收离子组分。液膜法处理含铬废水,离子载体为TBP(磷酸三丁酯),Span80为膜稳定剂,工艺操作方便,设备简单,原料价廉易得。也有选用非离子载体,如中性胺,常用Alanmine336(三辛胺),用2%Span80作表面活性剂,选用六氯代1,3-丁二烯(19%)和聚丁二烯(74%)的混合物作溶剂,分离过程分为:萃取、反萃等步骤[10,11]。近来,微滤也有用于处理含重金属废水,可去除金属电镀等工业废水中有毒的重金属如镉、铬等[12,13]。

1.3 黄原酸酯法

70年代,美国研制成新型不溶重金属离子去除剂ISX[14～16],使用方便,水处理费用低。ISX不仅能脱除多种重金属离子,而且在酸性条件下能将Cr6+还原为Cr3+,但稳定性差。不溶性淀粉黄原酸酯[17]脱除铬的效果好,脱除率>99%,残渣稳定,不会引起二次污染。钟长庚[18,19]等人用稻草代替淀粉制成稻草黄原酸酯,处理含铬废水,铬的脱除率高,很容易达到排放标准。研究者认为稻草黄原酸酯脱除铬是黄原酸铬盐、氢氧化铬通过沉淀、吸附几种过程共同起作用,但黄原酸铬盐起主要作用。此法成本低,反应迅速,操作简单,无二次污染。

1.4 光催化法[20,21]

光催化法是近年来在处理水中污染物方面迅速发展起来的新方法,特别是利用半导体作催化剂处理水中有机污染物方面已有许多报道。以半导体氧化物(ZnO/TiO2)为催化剂,利用太阳光光源对电镀含铬废水加以处理,经90min太阳光照(1182.5W/m2),使六价铬还原成三价铬,再以氢氧化铬形式除去三价铬,铬的去除率达99%以上。

1.5 槽边循环化学漂洗

这一技术由美国ERG/Lancy公司和英国的Ef fluentTreatmentLancy公司开发,故也叫Lancy法。它是在电镀生产线后设回收槽、化学循环漂洗槽及水循环漂洗槽各一个,处理槽设在车间外面。镀件在化学循环漂洗槽中经低浓度的还原剂(亚硫酸氢钠或水合肼)漂洗,使90%的带出液被还原,然后镀件进入水漂洗槽,而化学漂洗后的溶液则连续流回处理槽,不断循环。加碱沉淀系在处理槽中进行,它的排泥周期很长[22]。广州电器科学研究所开发了分别适用于各种电镀废水的三大类体系的槽边循环化学漂洗处理工艺,水回用率高达95%、具有投药少、污泥少且纯度高等优点。有时,用槽边循环和车间循环相结合[23]。

1.6 水泥基固化法处理中和废渣[24]

对于暂时无法处理的有毒废物,可以采用固化技术,将有害的危险物转变为非危险物的最终处置办法。这样,可避免废渣的有毒离子在自然条件下再次进入水体或土壤中,造成二次污染。当然,这样处理后的水泥固化块中的六价铬的浸出率是很低的。

2 电镀含铬废液及污泥的综合利用

由于电镀含铬老化废液有害物质含量高,成分复杂,在综合利用之前应对各种废液进行单独和分类处理。对于镀锌钝化液、铜钝化液及含磷酸的铝电解抛光液均用酸碱调节pH对于阴离子交换树脂,只需将它变为Na2CrO4即可。

2.1 利用铬污泥生产红矾钠[25]

在高温碱性条件介质Na2CrO4中三价铬可被空气氧化为Na2Cr2O7,同时污泥中所含的铁、锌等转化为相应的可溶盐NaFeO2、Na2ZnO2。用水浸取碱熔体时,大部分铁分解为Fe(OH)3沉淀而除去。将滤液酸化至pH<4,Na2CrO4即转变为Na2Cr2O7,利用Na2SO4与Na2Cr2O7溶解度差异,分别结晶析出。采用高温碱性氧化铬污泥制红矾钠的条件是n(Na2CO3)∶n(Cr2O3)=3.0∶1.0,温度780℃,时间2.5h,铬的转化率在85%以上。

2.2 生产铬黄[26]

利用纯碱作沉淀剂去除电镀废液中的杂质金属离子,再利用净化后的电镀废液替代部分红矾钠生产铅铬黄。电镀液加入Na2CO3饱和液后,调整pH至8.5～9.5。进行过滤,滤液备用。在碱性条件下将滤渣中的Cr3+用H2O2氧化为Cr6+,再经过滤,滤液与上述滤液混合。将滤液与硝酸铅溶液和助剂,在50～60℃反应1h,然后经过滤、水洗,洗去氯根、硫酸根以及其它部分可溶性杂质,再经干燥粉碎即得成品铅铬黄。利用电镀废液生产铅铬黄,不仅解决了污染问题,而且使电镀废液中的铬得到了回收利用。据估算,按年处理电镀废液200t,年平均回收18t红矾钠,可实现年创收4万余元。效益可观。

2.3 生产液体铬鞣剂及皮革鞣剂碱式硫酸铬[27,28]

含铬废液先用氢氧化钠去除金属离子杂质,控制pH=5.5～6.0,然后过滤,滤液待用,污泥用铁氧体无害化处理。然后,在滤液中投加还原剂葡萄糖,使Na2Cr2O7还原为Cr(OH)SO4,在100℃条件下,进一步聚合,当碱度为40%时,分子式为4Cr(OH)3 3Cr2(SO4)3,即为铬鞣剂。河北省无极县某皮革厂就是利用电镀含铬废水生产液体铬鞣剂。按每天生产5t液体铬鞣剂,每天可得利润为6000余元。可见利用含铬废液生产铬鞣剂的经济效益是十分显著的。另外,可将含铬的污泥与碳粉混合,在高温下煅烧,从而可制得金属铬[29]。因为含铬污泥是电镀车间污泥的主要品种,根据电镀处理方法不同,污泥的回收利用也不同[30]。电解法污泥:(1)做中温变换催化剂的原料(2)做铁铬红颜料的原料。化学法的污泥:(1)回收氢氧化铬(2)回收三氧化二铬抛光膏。铁氧体污泥做磁性材料的原料等等。

目前毛皮生产中常用的鞣剂是碱式铬盐、碱式铝盐和甲醛。鞣制时采用何种方法，施用何种鞣剂，应视原料皮的种类和特点而定。鞣剂上要包括无机软剂和有机软剂两大类。无机鞣剂包括三价铬、铝和铁的碱式盐，四价错和钦的碱式盐等；有机鞣剂主要有植物鞣剂（栲胶）、甲醛、合成鞣剂、鱼油等。新型合成鞣剂的使用也越来越广泛。 有鞣性的铬盐是三价碱式铬盐，用它鞣制成的皮耐水洗，耐贮存，有最好的耐湿热稳定性。常用的铬鞣剂为商品铬盐精，有效成分是碱式硫酸铬，铬含量以三氧化二铬(Cr2O3)20％~25％。

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