浅谈垃圾中重金属的回收方法实验

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1实验材料和方法

1.1实验试剂和仪器实验使用的飞尘

焚烧飞灰和飞尘的化合物及重金属含量。将飞灰和少量黏土混合压缩成型在焙烧窑内烧制陶粒，温度1120~1180℃，烟气净化系统包括脱酸塔、活性炭吸附剂和布袋除尘器。飞尘样品取自布袋除尘器排灰口，包括活性炭吸附的灰尘。为使样品具有代表性，布袋飞灰在连续稳定运行的1周内采集，收集的样品混合均匀后，用20目（0.83mm）的网筛去除大颗粒，并在105℃下干燥24h。还原铁粉：Fe含量不少于98.0%，分析纯试剂，300目。活性炭：直径2~3mm的活性炭棒颗粒，球磨机磨细，300目。采用的设备主要包括：AFS-9700原子吸收分光谱仪；MDS-6型微波消解仪；202-A0干燥箱；KE-2L行星球磨机；NJ-160搅拌器；PHS.25型pH计。

1.2实验方法

1.2.1配取100mL一定浓度的NaCl溶液，调节其pH，加入一定量的飞尘（10g），随后加入铁粉，120r/min搅拌1~6h。搅拌结束后，静置2h，然后用磁铁将铁粉从载浆中吸出。

1.2.2将铁粉和磁铁分离，干燥，称量，计算其损失。

1.2.3将尾浆固液分离，过滤液用AAS测重金属含量，残灰微波消解再用AAS测量。维持上述操作步骤，改变NaCl溶液的浓度分别为0.0、0.1、0.3、0.5、0.7、1.0、1.2mol/L；pH分别为2、4、6、8、9、11；铁粉/飞尘分别为0.0、0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0；处理时间分别0、30、50、60、90、120、180min。上述实验，平行3次，得到最佳回收重金属的参数。

2结果和分析

2.1pH对飞尘中重金属浸出的影响

不加入载体进行浸出实验，浸出液的pH分别用HNO3和NaOH调整到2、4、6、8、9、11，得到结果。可以看出pH在2~4时重金属的浸出率下降不明显，之后下降明显，当pH=9时接近最低值，但当pH＞10时，Pb和Zn浸出又略有上升，这是因为它们属于两性重金属，在pH＞10时，沉淀又开始重新解析，变成离子态。变化趋势看出，在酸性条件下加入NaCl有利于重金属的浸出，且pH宜控制在2~4。这主要是因为：酸性条件下，重金属能够与NaCl形成各种不同的络合物，增强了重金属的溶解；在碱性条件下，重金属会与水解产生的OH-产生沉淀，从而降低重金属的解析；Na+与重金属阳离子产生离子交换作用。

2.2pH对重金属回收率的影响

铁粉作为载体，在不同pH下对重金属回收率影响。可看出，在pH＜4时，重金属的回收率随pH的增加而增加，之后降低。当pH=4时，重金属的回收率达到最大，Zn为90.5%，Cu为83.9%，Cd为80.3%，Pb为88.7%，在pH=11时，4种重金属的回收率分别是Zn为10.0%，Cd为10.8%，Cu为48.2%，Pb为71.5%，Zn和Cd的回收率下降明显，Cu和Pb的回收率略有下降，但降幅不大。这表明，pH对Zn和Cd这类酸溶性的重金属影响很大，因为Zn和Cd的金属活动性和Fe相差不大，Fe很难从其氯化物中置换出这2种金属，只能在酸性条件下依靠氯离子的络合作用，增强金属的溶解或者是依靠Fe的混凝吸附作用；而Cu和Pb的活泼性要远低于Fe，可以很容易通过载体铁粉的置换作用被回收，因此pH对其影响不大。中也可以看出，pH过低会减小重金属的回收率，这是由于在强酸溶液中存在丰富的H+，在这种环境中铁粉表面会被腐蚀，使得铁粉的胶结率降低，从而影响重金属在铁表面的堆积。从化学式可以解释这一原因。因此在后续实验中选择pH=4。

2.3铁粉/飞尘对重金属回收率的影响

加入不同铁粉/飞尘对重金属回收率的影响。可看出，在没有铁粉时，Cu和Pb的回收率均低于30%；Cd为61.7%，Zn为75.4%。随着铁粉的加入，各重金属的回收率都有所增加，其中Cu和Pb的回收率涨幅很大。当铁粉/飞尘达到2，Cu和Pb的回收率分别达到了86.7%和88.6%，Cd和Zn分别为83.3%和90.3%。再继续加入铁粉，回收率基本不变，所以实验取铁粉/飞尘为2。

（1）达到了平衡，这时PbO不再形成可溶性氯化铅络合物，因此只有很少的Pb被提取到液态；随着铁粉的加入

（2）的反应开始发生，并促使反应向右方向进行，氯化铅络合物的浓度降低，Pb含量增多，从而又会促进化学式

（3）向右方向进行，增强PbO的溶解，直到达到平衡。

2.4处理时间对重金属回收率的影响

飞尘中重金属的释放受到本身的性质以及处理时间长短的影响，控制其他影响因素不变，对不同处理时间下飞尘的浸出特性进行分析，由这些特性可得到处理时间对飞尘中重金属回收率的特性曲线。从在处理时间＜1h期间，随着处理时间的增长，几种重金属的回收率均在增加，尤以Pb的回收率涨幅最大，从最初的26.5%增加到81.1%，Zn、Cd、Cu涨幅不大，分别是Zn从79.1%增加到86.7%，Cd从55.0%增加到78.3%，Cu从62.9%增加到72.7%。随着处理时间的增加，4种重金属回收率涨幅不大。当处理时间为2h时，金属回收率达到最大，4种重金属的回收率均在80%以上，分别是Zn为89.6%，Cd为83.3%，Cu为83.9%，Pb为87.9%。因此，最佳的处理时间为2h。多丽娜，等铁浆法回收垃圾焚烧飞灰中重金属的实验研究·3·2.5NaCl浓度对重金属回收率的影响NaCl浓度对重金属回收率的影响。可以看出随着NaCl浓度的增大，除Cu以外其他3种重金属回收率均是呈上升的趋势。当NaCl浓度超过0.2mol/L时，Zn和Cd回收率不再受浓度影响。当NaCl的浓度达到0.5mol/L时，Pb的回收率达到最大为57.3%。这可能是因为飞尘中的Pb大多都是以PbO的形式存在，在低NaCl浓度下，一定数量的Pb以Pb2+被H+提取出来如化学式；在高NaCl浓度下，Pb会与Cl-形成络合物［PbCl4］2-如化学式。［PbCl4］2-的增多也使得化学式正向进行，之后在铁粉上发生胶合反应，从而更多的Pb被提取出来。至于其他重金属影响较小的可能原因：

①重金属在飞尘中的成分不同；

②相对于其他重金属Pb2+和Cl-的竞争能力要高于其他几种重金属。

3结论

1重金属的回收率随pH的升高而降低，但随铁粉/飞尘的升高而升高，并与处理时间呈正相关性，Pb的回收随着NaCl浓度的升高上升趋势明显。

2在最佳参数NaCl浓度为0.5mol/L，pH=4，铁粉/飞尘为2，处理时间2h条件下，重金属回收率分别是Pb为88.6%、Cu为86.7%、Zn为90.3%、Cd为83.3%，结果表明利用铁浆法回收飞尘中重金属是可行的。

作者：多丽娜 魏国侠 刘汉桥 杨伟 单位：天津城建大学 天津城建大学