717陰離子交換樹脂吸附高鹽廢水中金的性能研究

王明雙，荀維超

717陰離子交換樹脂吸附高鹽廢水中金的性能研究

王明雙，荀維超

(山東黃金冶煉有限公司，山東 萊州 261441)

研究了717陰離子交換樹脂吸附高鹽度廢水中金的性能，考察了pH、吸附時間及樹脂用量對樹脂吸附金的影響。結(jié)果表明，pH值對吸附率影響較大，pH=2時，經(jīng)60 min吸附，1.0 g樹脂對100 mL金濃度為10.6 mg/L高鹽廢液中金的吸附率達95%以上；樹脂對金的靜態(tài)飽和吸附量為241 mg/g；吸附反應符合準二級反應動力學模型，升高溫度對金的吸附有利，表觀活化能a=21.3 kJ/mol。

化學冶金；高鹽度廢水；樹脂吸附；金；動力學

電解精煉法和化學還原法是目前提純金應用最為廣泛的兩種生產(chǎn)工藝，可將金純度提高至5N以上[1-2]。然而無論采用哪種生產(chǎn)工藝，在精煉過程受熱蒸發(fā)影響會有少量的金伴隨煙氣進入廢氣噴淋塔中。為確保廢氣達標排放，一般采用堿液噴淋循環(huán)吸收。吸收液飽和后，需要更換新液以免大量鹽類結(jié)晶析出堵塞管路影響設備正常運行。所產(chǎn)生的高鹽廢水中的金如果不予以回收處理，將造成金資源的浪費。因此，從含金廢水中回收金是一項非常有意義的工作。

含金廢水中金主要以絡合物形式存在，性質(zhì)穩(wěn)定。含金廢水的回收方法很多，常見的有金屬置換法、電積法、活性炭吸附法、離子交換法和溶劑萃取法等[3-7]，其中離子交換法因吸附容量高、選擇性好、經(jīng)濟快捷等優(yōu)點而備受人們青睞，多種樹脂已經(jīng)被用來富集回收金。

717陰離子交換樹脂是在苯乙烯-二乙烯苯交聯(lián)共聚物基體上引入季銨基[-N(CH3)3OH]，屬于強堿性基團，在酸性、中性甚至堿性介質(zhì)中顯示離子交換功能，具有機械強度好、耐熱性能高等優(yōu)點。利用金在酸性溶液中以陰離子形式存在，被樹脂吸附后易與其他金屬陽離子分離的原理，本文選用717陰離子交換樹脂對金電解廢氣塔產(chǎn)生的高鹽含金廢水中金的回收進行的研究。通過實驗確定最佳吸附條件以降低后續(xù)高鹽廢水處理造成的貴金屬損失，為實際生產(chǎn)應用提供參考。

1 實驗部分

1.1 試劑、原料及設備

717陰離子交換樹脂：氯型，淡黃色球狀顆粒，含水量40%～50%，顆粒度(0.3～1.2 mm)≥95%。使用前先用1 mol/L NaOH溶液浸泡12 h，用去離子水洗至中性后再用1 mol/L鹽酸溶液浸泡12 h，最后用去離子水洗至中性，風干備用。實驗所用試劑均為分析純，水為去離子水。

實驗原料為金電解廢氣噴淋塔產(chǎn)生的高鹽廢水。金濃度為10.6 mg/L，pH=8.0，取少量液體將其蒸干后測試固體鹽分為150 g/L。

北京普析TAS-990型原子吸收分光光度計(AAS)用于測定溶液中金濃度，PHS-25型pH計用于測定溶液pH值，BSA4202S型電子天平用于樹脂稱量。

1.2 實驗方法

1.2.1 金吸附實驗

將717陰離子交換樹脂加入到100 mL廢水溶液中，室溫條件下在磁力攪拌器上攪拌，考察pH、吸附時間和樹脂用量對金吸附效果的影響。每次實驗結(jié)束后取上清液采用原子吸收分光光度計測定金濃度。金的吸附率和吸附量計算公式如下：

式中，0為溶液中金的起始濃度，為上清液中金的平衡濃度，mg/L；為溶液的體積，L；為樹脂吸附量，mg/g；為樹脂的質(zhì)量，g。

1.2.2 吸附動力學實驗

研究不同溫度條件下離子交換樹脂對金的吸附率，用實驗數(shù)據(jù)進行吸附動力學方程擬合及分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 pH值對金吸附率的影響

分別稱取0.8 g樹脂于100 mL高鹽廢水中，用鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值至0.0～8.0，攪拌吸附60 min，考察pH值對金吸附率的影響，結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出，pH值對金的吸附率影響較大。酸性條件有利于金的吸附，當pH值為2.0時金的吸附率最大為95.0%。這是因為AuCl4-在酸性條件比較穩(wěn)定，在堿性環(huán)境下AuCl4-會水解生成Au(OH)3，影響了樹脂的吸附性能[8]。綜合考慮，以下實驗溶液pH值均控制在2.0。

圖1 pH值對金吸附率的影響

2.2 吸附時間的影響

將高鹽廢水pH值調(diào)整至2.0，稱取0.8 g樹脂于100 mL高鹽廢水中，考察了攪拌吸附時間對金吸附率的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 吸附時間對金吸附率的影響

圖2表明，隨著吸附時間延長金的吸附率逐漸增加。附時間為60 min時吸附率達到94.6%，繼續(xù)延長吸附時間吸附率變化不大，說明吸附反應已經(jīng)趨于平衡，因此，最佳吸附時間為60 min。

2.3 樹脂用量的影響

分別稱取不同量的樹脂于100 mL高鹽廢水中攪拌吸附60 min，然后分析溶液中金的殘余濃度計算吸附率，結(jié)果見圖3。從圖3可以看出，隨著樹脂用量的增加，金的吸附率呈不斷升高趨勢。當樹脂用量為1.0 g時金的吸附率為94.7%，繼續(xù)增加樹脂用量，金的吸附率僅提高0.3%左右。因此，樹脂用量選擇1.0 g即可。

圖3 樹脂用量對金吸附率的影響

根據(jù)以上實驗結(jié)果，確定717陰離子交換樹脂吸附金的最佳工藝條件為：pH 2.0、吸附時間60 min、樹脂用量1.0 g。在此條件下，進行了3組靜態(tài)吸附實驗，金的吸附率分別為：95.3%、95.1%、95.2%，平均值在95%以上；上清液中金濃度低至0.5 mg/L，可不再回收。

2.4 離子交換樹脂靜態(tài)飽和吸附量的確定

在室溫條件下取1.0 g 717陰離子交換樹脂，加入500 mL高鹽廢水中吸附60 min后測定其中的金濃度。將樹脂取出加入新鮮的高鹽廢水，再吸附60 min取樣分析金濃度。如此反復，直至金濃度不變化為止。將樹脂用直接灰化稱量的方法處理，測得717陰離子交換樹脂的靜態(tài)飽和吸附量為241 mg/g(Au/干樹脂)。

2.5 離子交換樹脂吸附動力學研究

實驗選取293、303、313、323 K共4個溫度，實驗條件為，樹脂用量1.0 g，pH為2.0吸附，每間隔一段時間取樣測定金濃度，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，隨著溫度的不斷升高，金吸附率不斷升高，特別是前10 min反應速率很快，由此可見提高溫度有利于吸附反應的進行。

利用準一級反應動力學模型和準二級反應動力學模型[9-10]研究717陰離子交換樹脂吸附金的動力學。反應動力學模型：

ln(eq–q)=lneq–1(3)

/q= 1/(22eq) +/eq(4)

式中，t和eq分別為時刻和平衡時的離子交換容量，mg/g；1和2分別為準一級速率常數(shù)和準二級速率常數(shù)，min-1。

根據(jù)不同溫度條件下的實驗數(shù)據(jù)用式(3)和(4)進行準一級反應動力學模型和準二級反應動力學模型進行擬合，結(jié)果如圖5和圖6所示。

圖4 溫度對金吸附率的影響

圖5 717樹脂吸附金的準一級動力學擬合結(jié)果

圖6 717樹脂吸附金的準二級動力學擬合結(jié)果

從圖5和圖6可以看出，717樹脂吸附金的動力學數(shù)據(jù)更符合準二級反應動力學模型。根據(jù)圖6所得的擬合直線的斜率可計算出2，并以ln對1/進行線性擬合，結(jié)果如圖7所示。

圖7 lnk與T-1的關系圖

根據(jù)阿倫尼烏斯方程，ln= ?a/(R)+ln，R= 8.314 J/(mol·K)，圖7中直線的斜率?a/R= ?2563.6。由此可求得吸附表觀活化能a21.3 kJ/mol。

3 結(jié)論

1) 717陰離子交換樹脂能有效吸附高鹽廢水中的金，酸性環(huán)境有利于樹脂對金的吸附。在pH=2的最佳條件下，經(jīng)60 min攪拌，1 g樹脂對100 mL金濃度為10.6 mg/L高鹽廢水中金的吸附率達95%以上，殘液金濃度低至0.5 mg/L。

2) 在室溫下717陰離子交換樹脂對高鹽廢水金的靜態(tài)飽和吸附容量為241 mg/g，具有較強的應用潛力。

3) 717陰離子交換樹脂對金的吸附率隨著溫度升高而增加，吸附反應符合準二級反應動力學模型，表觀活化能a為21.3 kJ/mol。

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Study on the adsorption performance of 717 anion resin for gold in high-salt waste water

WANG Ming-shuang, XUN Wei-chao

(Shandong Gold Smetling Co. Ltd., Laizhou 261441, Shandong, China)

The adsorption performance of 717 anion exchange resin for goldin high-salt waste water was studied. The effects of pH value, adsorption time and resin dosage on the gold adsorption were investigated. The results showed that the pH value had a great influence on the adsorption rate. When pH=2, after 60 min adsorption, the adsorption rate of 1.0 g resin to 100 mL high-salt wastewater with 10.6 mg/L gold was more than 95%. The static saturated adsorption capacity of the resin is 241 mg/g. Elevated temperature is favorable to gold adsorption. Adsorption kinetics study showed that the adsorption followed the second-order kinetics model, and that the reaction apparent activation energy calculated is 21.3 kJ/mol.

chemical metallurgy;high-salt waste water; resin adsorption; gold; kinetics

O647.3

A

1004-0676(2022)02-0047-04

2022-03-14

王明雙，男，碩士，工程師。研究方向：貴金屬冶煉。E-mail：wms110220@163.com