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用强酸性阳离子交换树脂从不锈钢酸洗废水中富集铬

文档作者：李菲，赵俊学，马红周，曾媛，李小明文档来源：西安建筑科技大学		点击数：	更新时间： 2025年05月13日
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第30卷第1期(总第117期)
2011年3月
湿法冶金
Hydrometallurgy of China
V01．30 NO．1(Sum．117)
Mar．2011
用强酸性阳离子交换树脂从不锈钢酸洗废水中富集铬
李菲，赵俊学，马红周，曾媛，李小明
(西安建筑科技大学冶金工程学院，陕西西安710055)
摘要：研究了用强酸性阳离子交换树脂(001×7)吸附不锈钢酸洗废水中的铬．考察了树脂的饱和吸附容量、吸
附时间对树脂吸附铬的影响．分析了等温吸附平衡及负载树脂的解吸再生。结果表明：298 K温度下。001×7
树脂对废水中CP+的饱和吸附容量为60．34 mg／g；吸附90 rain可达离子交换平衡l废水中铬质量浓度为700
mg／[。时。树脂的平衡吸附量为90 mg／g；根据吸附动力学．初步判定吸附过程为液膜控制；用质量浓度为9
g／I。的硫酸钠溶液可以从负载树脂上解吸铬．铬解吸率达99％以上。解吸后的树脂可重复使用。
关键词：强酸性阳离子交换树脂；不锈钢酸洗废水l铬；分离
中图分类号：TF804．3；X756 文献标志码：A 文章编号：1009—2617(2011)0卜0071一03
近年来。不锈钢产品生产过程中产生的污染
越来越受重视．针对酸洗钝化过程中的含铬离子
的酸洗废水已研发出了多种处理法，如氧化还原
法、溶剂萃取法、蒸发浓缩法、反渗透膜法等[J]。
本试验采用强酸性阳离子交换树脂研究从酸洗废
水中富集并分离铬，以期为含铬酸洗废水的处理
找到简便、高效、无二次污染的有效方法。
1 试验部分
1．1 废水的组成
试验废水为模拟某不锈钢生产公司酸洗钝化
阶段产生的酸洗废水，其中口(Cr3+)一0．2 g／L，
lD(HN03)=1．2 g／L，lD(HF)一6．0 g／L。
1．2 树脂的基本特性
001×7树脂为金黄色球状颗粒．透明，骨架为苯
乙烯系，交换基团为一S(】3Na，其他理化参数见表1。
表1 001×7树脂理化性质
1．3 试验方法
1．3．1 树脂预处理
树脂用蒸馏水漂洗后，用5倍于树脂体积的
蒸馏水浸泡24 h，再用浓度为1 mol／l。的盐酸溶
液浸泡24 h，最后分离酸液，用蒸馏水冲洗至pH
为7．0左右。
1．3．2 树脂饱和吸附容量的测定
取预处理后的001×7树脂1 mL。加入到
500 m1．锥形瓶中，加入200 mL废水。室温下．用
78—1型磁力搅拌仪搅拌120 rain。测定吸附后液
Cr3+质量浓度。然后更换新的模拟废水，重复吸
附过程，直到树脂吸附饱和为止。
1．3．3 吸附等温线的确定
分别取1 mL预处理后的树脂，于装有200 mL
含不同质昔浓度Cr3+的废水的锥形瓶中．在288 K
下进行吸附。吸附后液测定残余Cr3+质鼍浓度，
绘制吸附量与残余Cr3+质量浓度的函数曲线旧]。
1．3．4 负载树脂的解吸
将负载树脂朋蒸馏水洗至中性。取1 mL．用
不同质鼍浓度的解吸剂200 mL，在室温下搅拌90
rain。测定解吸液中Cr3+质量浓度，计算解吸率。
2 试验结果与讨论
2．1 树脂饱和吸附容■的确定
按试验方法进行吸附试验。以每克干树脂最
多吸附的Cr3+的馈为衡量标准．测定001×7树
脂的实际工作交换容量f3】，结果如图1所示。可
收稿日期：2010-04一19
基金项目：陕两省冶金物理化学重点学科建设基金和教育厅专项科研纂金(09JK530)资助。
作者简介：李菲(1986一)．女．河北沙河人．硕士研究生．主要研究方向为冶金资源综合利Hj．
万方数据
．72． 湿法冶金2011年3月
以看出，在试验条件下，每克干树脂最多可吸附
60．34 mg Cr3+。
60
50
1曲40
管30
＆20
10
2 4 6 S 10 12
吸附次数
吸附次数对树脂吸附■的影响
2．2 吸附等温线的确定
配制不同浓度的废水进行吸附试验，结果如
图2所示。可以看出，随溶液中Cr3+质量浓度增
大，树脂饱和吸附量增大，即增大Cr3+质量浓度
有助于提高树脂吸附量。Cr”质量浓度为700
mg／L时，树脂达吸附平衡，此时树脂吸附容量为
90 mg／g。继续提高Cr3+质量浓度，树脂吸附量
不再提高，可以认为已达到饱和。
图2 溶液中Cr'+质量浓度对树脂吸附一+的影响
用Langmiur吸附等温式[4-5]对图2中的数据
进行拟合，结果如图3所示。拟合方程为：
y=0．681 17z十O．005 32。
00 0．Ol 0．02 0．03 0．04 o．05
lip．
圈3 Langmuir吸附等温瞳线
由图3看出：001 X 7树脂对废水中Cr3+的吸
附行为符合Langmiur等温方程，拟合曲线呈良
好的线性关系，相关系数在0．99以上。由拟合曲
线截距得到树脂理论最大吸附量Q。。=108
mg／g(实际吸附量均小于此值)。
2．3 吸附速率控制步骤的确定
一般来说，化学反应速度相对于扩散速度要
快得多，因此，反应过程的速度主要受液膜扩散控
制或颗粒扩散控制。采用G．E．Boyd液膜扩散公
式061研究001×7树脂对Cr3+的吸附动力学行
为，确定交换过程的速率控制方程。
在288 K下，z、3—3(1一z)引3—2z、1一(1一
z)¨3随吸附时间t的变化曲线如图4所示。可以
看出：3条曲线中，吸附时间t与z近似成直线关
系，由此可以判断，离子交换过程受液膜扩散控
制，其交换速度与搅拌速度密切相关。在静态离
子交换过程中，搅拌会加快离子交换速度，使外部
溶液组成变化快，缩短达到平衡所用的时间。
圈4 288 K下．树脂对C一+的吸附拟合曲线
2．4 负载树脂的解吸
2．4．1 解吸剂的确定
对于强酸性阳离子交换树脂，一般采用硫酸
或硫酸钠溶液进行解吸"]。相同条件下，硫酸及
硫酸钠溶液的解吸试验结果见表2。硫酸钠溶液
的解吸效果优于硫酸的解吸效果。解吸反应为：
R3Cr+Na2S04—3RNa+Cr2(S04)3，
解吸后铬离子转入溶液并得到富集，有利于迸一
步回收。
表2 相同条件下硫酸及硫酸钠溶液解吸试验结果
2．4．2 解吸剂浓度的确定
依据单因素试验法．在o～120 g／L范围内以
5
O
5
O
5
O
5
O钆¨舛∞∞g：窨}叭毗。
O
O
O
O
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O
O
O
万方数据
第30卷第1期李菲，等：用强酸性阳离子交换树脂从不锈钢酸洗废水中富集铬·73·
0．618法原则‘8J确定最佳解吸剂浓度。取不同质
量浓度的硫酸钠溶液，用不同质量浓度的解吸剂
在同样条件下分别进行解吸，结果如图5所示。
可以看出，硫酸钠质量浓度为90 g／L时，解吸率
最高，达99．3％。
曩
＼
*
督
薹
p(NkS0．)，(g·L1)
圈5 Na：So．溶液质量浓度对C一+解吸率的影响
2．4．3 解吸后树脂的再利用
将解吸后的树脂等分成5组，分别置于200
mg／L含铬废水中。按吸附试验方法进行吸附试
验。结果表明：解吸后的树脂返回吸附，其对
Cr3+的吸附量仍保持在60 mg／g以上，吸附能力
没有明显降低，树脂性能稳定，解吸后可重新进入
酸洗废水处理1=序继续使用。
3 结论
用001 X 7树脂可以从Cr3+质量浓度为200
mg／L的不锈钢酸洗废水中富集铬，其饱和吸附量
为60．34 mg／g。Cd+质量浓度为700 mg／I。时，树
脂的平衡吸附量为90 mg／g。吸附平衡符合
Langmuir等温方程，相关系数在O．99以上。根
据G．E．Boyd液膜扩散公式，288 K下，001 X 7
树脂吸附铬的过程为液膜扩散控制。提高搅拌速
度有利于传质并缩短达到平衡所需时间。负载树
脂用90 g／I。硫酸钠溶液解H发．解吸率达99％以
上。解吸后的树脂性能稳定．¨，重复利用。
参考文献：
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[6]应汉杰．吕浩．欧阳平凯．等．离子交换树脂吸附胞嘧啶核苷
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[8]黄桂柱．有色冶金实验研究方法[M]．北京：冶金工业出版
社．1986：47-53．
Enrichment of Chromium From Stainless Steel Pickling Wastewater by
Strong Acidic Cation Ion-exchange Resin
LI Fei，ZHAO J un—xue，MA Hong—zhou，ZENG Yuan，LI Xiao—ming
(School of Metallurgical Engineering，Xi’0,71 University of Architecture&amp;amp;Technology，
Xi’an。Shaanxi 710055，China)
Abstract：Adsorption of chromium from stainless steel plicking wastewater by a strong acid cation ion—
exchange resin named 001×7 has been investigated．The influences of saturation adsorption capacity，
adsorption time on adsorption of chromium are examined．Adsorption isotherm and desorption of loading
resin are studied．The results show that the saturation adsorption capacity of the resin for chromium in
wastewater is of 60．34 mg／g．The adsorption equilibrium process takes about 90 minutes．When Cr3+
mass concentration is of 700 mg／L，the equilibrium adsorption capacity can reach 90 mg／g．According tO
adsorption kinetics。the process is controlled by film diffusion．Loaded resin can be desorpted using 90
g／L Na2 S04 solution，desorption rate is over 99 0A．
Key words：strong acid cation exchange resin；stainless steel plicking wastewater；chromium I separation

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