賀山明，羅碧云，徐國鉆，黃 超，劉德剛，梁 勇

(1.江西理工大學(xué) 材料冶金化學(xué)學(xué)部，江西 贛州 341000；2.崇義章源鎢業(yè)股份有限公司，江西 贛州 341300)

鎢冶煉過程中，常采用堿壓煮—離子交換工藝生產(chǎn)仲鎢酸銨(APT)。受礦石組成及冶煉工藝影響，冶煉過程中會(huì)產(chǎn)生大量廢水，其中常含磷等有害元素，需處理后達(dá)標(biāo)排放[1]。

目前，國內(nèi)外從廢水中除磷的方法主要有物理法、化學(xué)法、生物法[2]?；瘜W(xué)法應(yīng)用最為廣泛，主要有化學(xué)絮凝沉淀法、化學(xué)吸附法、結(jié)晶法等[3]。化學(xué)絮凝沉淀法除磷主要采用鈣鹽(CaCO3、Ca(OH)2)或鐵鹽(Fe2(SO4)3、FeCl3)作沉淀絮凝劑[4-5]，這種方法存在不足之處，其中鈣鹽除磷產(chǎn)渣量大且Ca2+易結(jié)垢。傳統(tǒng)可溶性鐵鹽除磷工藝后期除鐵負(fù)擔(dān)大，且Fe3+易水解導(dǎo)致溶液酸化進(jìn)而需加堿中和，成本較高。所以，研發(fā)工藝簡短、除磷效率高、試劑廉價(jià)的工藝是冶煉企業(yè)亟待解決的問題之一。試驗(yàn)研究了采用不溶性Fe3O4作除磷劑，以期為含磷工業(yè)廢水的除磷處理提供可行方法。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料及試劑

試驗(yàn)原料：鎢冶煉廢水取自江西某鎢冶煉廠，pH=3.26，磷初始質(zhì)量濃度9.85 mg/L。

試驗(yàn)試劑：四氧化三鐵、磷酸鈉、濃鹽酸、濃硫酸、鉬酸銨、酒石酸銻鉀、抗壞血酸、磷標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，均為分析純；自制蒸餾水。

1.2 試驗(yàn)原理及方法

(1)

(2)

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Fe3O4是可以被磁化的鐵化合物，吸附沉磷后的Fe3O4載體可采用磁鐵聚集回收，回收成本低。

試驗(yàn)方法：以控制變量法進(jìn)行單因素條件試驗(yàn)。取100 mL冶煉廢水于250 mL錐形瓶中并按設(shè)計(jì)方案加入一定質(zhì)量Fe3O4，然后置于恒溫水浴鍋中，用精密pH計(jì)測定溶液pH，反應(yīng)完成后過濾。濾液采用紫外可見分光光度計(jì)(UV-1100型，上海美譜達(dá)儀器有限公司)，以鉬酸銨分光光度法(GB 11893—1989)測定總磷質(zhì)量濃度，計(jì)算磷去除率。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 廢水初始pH對(duì)除磷的影響

反應(yīng)溫度30 ℃，F(xiàn)e3O4添加質(zhì)量2 g反應(yīng)時(shí)間30 min，攪拌速度300 r/min，廢水初始pH對(duì)除磷的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

2.2 Fe3O4添加量對(duì)除磷的影響

反應(yīng)溫度30 ℃，廢水初始pH=2，反應(yīng)時(shí)間30 min，攪拌速度300 r/min，F(xiàn)e3O4添加量對(duì)除磷的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 Fe3O4添加量對(duì)除磷的影響

由圖2看出：隨Fe3O4添加量增加，廢水中磷絮凝沉降率提高，除磷效果更好；Fe3O4添加量為3.0 g時(shí)，磷去除率達(dá)98.1%。

2.3 反應(yīng)溫度對(duì)除磷的影響

Fe3O4添加量3.0 g，反應(yīng)時(shí)間30 min，廢水初始pH=2，攪拌速度300 r/min，溫度對(duì)廢水除磷的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 反應(yīng)溫度對(duì)除磷的影響

由圖3看出：磷去除率隨反應(yīng)溫度升高而逐漸升高，廢水中殘留磷濃度逐漸下降；溫度為40 ℃時(shí)，廢水中磷質(zhì)量濃度降至0.43 mg/L，已達(dá)國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)要求；繼續(xù)升高溫度，磷去除率變化不大。綜合考慮，確定反應(yīng)溫度以40 ℃為宜。

2.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)除磷的影響

反應(yīng)溫度40 ℃，廢水初始pH=2，F(xiàn)e3O4添加量3.0 g，攪拌速度300 r/min，反應(yīng)時(shí)間對(duì)除磷的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)除磷的影響

由圖4看出，磷去除率隨反應(yīng)時(shí)間延長而升高，30 min后升高趨勢(shì)趨于平緩。Fe3O4絮凝沉淀除磷過程反應(yīng)迅速，磷去除率在反應(yīng)20 min內(nèi)即達(dá)91%，反應(yīng)30 min時(shí)，水中殘留磷質(zhì)量濃度可降至0.5 mg/L。綜合考慮，確定30 min為適宜除磷反應(yīng)時(shí)間。

2.5 磷初始質(zhì)量濃度對(duì)除磷的影響

廢水中添加少量十二水合磷酸鈉或加水稀釋配制出不同磷質(zhì)量濃度的模擬廢水。反應(yīng)溫度40 ℃，廢水初始pH=2，F(xiàn)e3O4添加量3.0 g，反應(yīng)時(shí)間30 min，攪拌速度300 r/min，廢水中磷初始質(zhì)量濃度對(duì)除磷的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 磷初始質(zhì)量濃度對(duì)除磷的影響

由圖5看出，隨廢水中磷初始質(zhì)量濃度升高，F(xiàn)e3O4吸附能力逐漸趨于飽和，磷去除率逐漸降低。可見，F(xiàn)e3O4對(duì)磷的吸附去除能力有局限性，僅在磷初始質(zhì)量濃度小于15 mg/L條件下除磷效果最好；處理初始質(zhì)量濃度為27.2 mg/L的高磷廢水，磷去除率在70%以上。通過優(yōu)化Fe3O4制備工藝及材料性能、添加協(xié)同絮凝劑等提高磷去除率是今后需要研究的問題。

2.6 載磷Fe3O4的磁吸回收

絮凝除磷后的懸濁液用磁鐵磁吸3 min，載磷Fe3O4得到快速聚集，磁吸效果較好，且有利于分離收集。

3 結(jié)論

對(duì)于含磷冶煉廢水，可以用Fe3O4吸附除磷，適宜條件下，除磷后液中磷質(zhì)量濃度降至0.43 mg/L，達(dá)到國家工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)要求。載磷Fe3O4可以采用外加磁場方法加以回收，該工藝簡單，成本低。

Fe3O4絮凝沉淀法除磷適用于磷初始質(zhì)量濃度低于15 mg/L的鎢冶煉廢水；針對(duì)高磷冶煉廢水，磷去除效果不理想。研發(fā)Fe3O4制備及改性工藝及協(xié)同絮凝沉淀法等提高磷去除率是今后的研究方向進(jìn)一步。