Ca_2_对铁氧体法处理酸性矿山废水的影响_王卫星

用价值〔`〕。国内用铁氧体法处理电镀废水,已有小规模的工业应用,用于处理酸性矿山废水未见报道。但一般是通过添加NaOH,而添加石灰(Ca(OH)2)则很难形成铁氧体圈,显然与ca“十的影响有关。常温下用铁氧体法处理酸性矿山废水是一个复杂的溶液化学过程,本文作者对此进行过研究闭,发现除了eF3+与FeZ+的摩尔比之外,废水中c扩+含量的高低对沉淀物的磁性和稳定性影响较大。经研究溶液中铁氧体的形成可认为是一二阶段过程,即加碱(OH一)使Fe3+与FeZ+形成氢氧化物沉淀(初期溶胶),然后“络合”生成中间络合物溶胶,这种溶胶最后“脱水”形成尖晶石型铁氧体,反应机理如(1)式所示。氧(02)在其中的作用是调节Fe3+与Fe“+的摩尔比,并未直接参与反应。如将任意二价金属离子MZ十取代(1)式中的F挤+,则该式适用于含各种二价金属离子的废水,由此形成的铁氧分子式为MFeZO4。根据晶体结构理论,凡离子半径介于0.6一1.0入的二价金属离子,都有可能取代F矛+进人铁氧体晶格中而不改变其晶格结构。c扩+的离子半径为1.14人,显然高于这一临界值。从理论上讲Ca“十对铁氧体的形成是不利的,因此,弄清它的影响机理对从酸性矿山废水和其它废水中制取铁氧体很有必要。FeZ++ZFe,++SOH一Fe(《塑互梦垦当)H)3初期溶液OHOHOHOH一\/\Fe3·/\FeZ·/\Fe3·/\OIJ/\/OHOH中间络合物溶胶(4Xn)HZOOH(1)一nFeFeZ认+尖晶石型铁氧体2试验部分2.1仪器和试剂溶液中FeZ十、caZ+等金属离子的浓度由原子吸收分光光度仪(perkinElmer3110,uSA)确定,溶液中的pH值由数字式pH计测定,沉淀物的晶体结构用X一射线衍射仪(PhilipSBw17一。,Holland)进行分析,而沉淀物的磁性由试样振动磁析仪(vibart-ing一、ampl。magnetometer)〔4〕测定。所有试剂包括Fe:(504)3,FeC13·6HZO,FeSO;·7ZHO,FeC12·4HZO,CaCI:·ZHZO,NaOH和Ca(OH):均为分析纯,溶液均用二次蒸馏水配成。2.2试验步骤试验在带机械搅拌装置的5()Oml烧杯中进行,溶caZ咔对铁氧体法处理酸性矿山废水的影响液的初始pH值设定为2.5。试验时将50mleF3,溶液或模拟的废水置于烧杯中,添加一定量的eFso4·7从O,然后用NaOH(SN或IN)在15min内将pH值调至9至n左右,此时立刻会观测到有微细的沉淀物生成。将含有沉淀的悬浮液移至带塞的沉降管中沉降70min以便得到沉淀物的沉降曲线。然后将所得的沉淀物用袖珍型永磁体(7,85火105A/m)分选为磁性产物和非磁性产物二部分,它们分别过滤和称重,再在真空炉中室温下干燥。磁性产物中铁的回收率用(2)式计算:RFe=100火WMP/WMT,%(2)式中WMP和WMT分别为磁性产物的干重和溶液中可形成的Fe3O;的理论重量。磁性产物即铁氧体用稀盐酸溶液(pHZ.3)浸24h以便考察其稳定性,沉淀物的稳定性由它在浸取液中的重量损失来衡量。除非特别声明所有的试验均在室温下进行。3实验结果3.lx一射线衍射分析结果溶液中不含ca“+和含caZ+初始浓度为40、10~“所得磁性产物(沉淀物中的磁性部分)的x一射线衍射分析结果见图1,便于比较,尖晶石型铁氧体的标准衍射图谱(卡片号N。.19一0629囚)也包含在图1中(竖线)。磁性产物衍射图谱中7个主峰值与标准衍射图谱非常吻合,证明所得的磁性产物具有尖晶石型铁氧体的晶体结构,衍射分析结果未发现别的含钙相和含铁相。与这7个主峰值相对应的晶面指数、d值、衍射角Ze和相对衍射强度见表1。根据这些数据可计算出对应的晶格常数(见表1),不含c扩+所得磁性产物的晶格常数为8.4106人,略大于含c扩+为400丫10一“时的情况,后者的晶格常数为8.3889人,这表明部分c扩`可能取代eFZ十进人了铁氧体晶格中,造成晶格的变形或膨胀,在晶格中形成“位错”可`闷匕í任.-书.。dAngleZ()图1沉淀物磁性部分X一射线衍射分析结果3.2沉淀物的磁性磁性的测定在室温下场强为。一5.4、1护高斯(0一0.54特斯拉)的磁场中进行,测定结果如图2所示。图中NM表示非磁性部分的磁性测定结果。溶液中C扩十的初始浓度分别为10、200、30和40、川一“,相应的CaZ+与FeZI的摩尔比为0.13/l、().26/1、0.39八和0.52八,而Fe3`与FeZ`摩尔比固定在2/1。所有试样的磁化曲线都表现出铁磁性的特性,这与X一射线衍射分析结果吻合。饱和磁化率随初始CaZ+浓度的增大而下降,从不含Ca“+的78emu/g下降到含CaZ+100只10一“的soemu/g和含eaZ+400、