零价铁粉在含UⅥ废水处理中的应用研究

第28卷第3期2009年8月铀矿冶URANIUMMlNINGANDMETAI。I。URGYV01．28NO．3Aug．2009零价铁粉在含U(Ⅵ)废水处理中的应用研究张纯1，张伟1，周星火2(1．湖南城市学院，湖南益阳413000；2．南华大学，湖南衡阳421001)摘要：研究零价铁粉在不同pH、反应时间、温度等条件下对溶液中U(!／I)的去除效果。结果表明：在酸性条件下，零价铁粉对溶液中U(Ⅵ)的固定效果较好，随着pH的升高，溶液中U(VI)去除率也随之降低。在溶液初始pH一3，溶液用量为100mI．，反U)一20mg／L，反应3h，铁粉用量为2g时，U(V1)去除率可达98％以上。污染水体中U(!／I)的去除机制为零价铁对U(Ⅵ)的还原沉淀和零价铁腐蚀物对溶液中u(VI)的吸附沉淀共同作用。关键词：铀；零价铁；还原沉淀；吸附中图分类号：X703文献标志码：A文章编号：1000—8063(2009)03-0155—03零价铁粉在处理重金属和有机物污染废水时表现出了很强的高效性，国内外对还原铁粉用作污水处理的材料也进行了较多相关研究。欧美国家在建造的多个大型污染地下水修复设施中也选用了零价铁粉。笔者选用零价铁粉作为试验材料研究其对废水中U(VI)的去除效果，考察其作为活性渗滤墙【lj2(permeablereactivebarrier，PRB)的填充材料修复铀尾矿区污染地下水的可行性。目前，国内外对选择PRB的填充材料研究较多，首选的填充材料就是零价铁和石灰。零价铁廉价、易得，因而零价铁技术尤其受到重视。国外已有该项技术用于铀尾矿区污染地下水控制的报道，但国内还没有类似的尝试。U(VI)，Cr(VI)是一般铀尾矿区地下水的主要污染物，是治理过程中首先要考虑的。1材料与试验方法1．1零价铁粉广东汕头西陇化工厂生产，纯度>98％。零价铁粉在使用前需用稀盐酸淋洗，目的是去除介质表面氧化膜，使没有氧化物和有机膜的零价铁与溶液中U(VI)离子直接接触，同时，使比表面积增大而增强反应性能。1．2试验溶液及试验方法试验溶液配制：取p(U)为20mg／L的铀溶液100mI，于250mL容量瓶中，经稀盐酸和氢氧化钠溶液调节至试验所要求的pH值。试验方法：室温下，试验溶液中加入2g铁粉，放人恒温震荡器里摇动并计时。反应结束后，样品经过滤，分析p(U)。p(U)的分析采用磺酸钠滴定法。2结果与讨论2．1反应时间对铀去除效果的影响取8份pH为3的试验溶液，按试验方法进行不同时间的除铀效果试验，结果见图1。摹＼姗篮稍时间／min图1U(Ⅵ)去除率随时间变化从图1看出：反应初始阶段，溶液中U(Ⅵ)去除速率较快，90min时，U(Ⅵ)去除率达到88％；收稿日期：2008—11—26基金项目：国家自然科学基金资助(10475038)作者简介：张纯(1979一)，男，安徽省淮北市人，硕士，讲师，从事水处理理论与技术的教学及研究工作。万方数据156铀矿冶第28卷之后U(VI)去除速率变缓，200min时，U(VI)去除率达到98．1％。这主要是由于溶液中U(Ⅵ)浓度相对较大，铁粉表面附着的沉淀物也相对较少，使得该时间段U(Ⅵ)的还原沉淀反应去除比较快。随着反应继续进行，pH值也相应提高，腐蚀产物铁氧化物会附着在零价铁表面，阻碍反应进行，反应速率变慢[2]233。2．2pH值对铀去除效果的影响取pH值为3，4，5，6，7，8的试验溶液各1份，反应2h，按试验方法进行pH值对铀去除效果的影响试验，结果见图2。摹＼镣篮粕pH图2pH值对溶液中铀的去除效果的影响从图2看出：溶液中铀去除率随溶液的初始pH值的升高而降低，在pH高于5时，铀的去除率急剧下降；pH为8时去除率仅有9％。这说明在酸性或者弱酸性的条件下，铀主要是以更适合被零价铁粉还原的Uo；+存在；在接近中性或者呈碱性的条件下，铀主要以羟基络合离子形式存在，而这些络合离子的存在抑止了铀的还原沉淀，因此去除率随着pH值升高而急剧下降，说明在酸性或弱酸性条件下U(VI)去除效果较好【2]235。铀尾矿区地下水的pH值一般在2～4范围内，呈酸性或者弱酸性状态[2]232。因此，零价铁去除铀尾矿区地下水中的铀应是适宜的。2．3温度对铀去除效果的影响取pH值为3的试验溶液，分别在温度为293，305和318K下，按试验方法进行试验，考察温度对化学反应速率的影响，结果见图3。在有搅拌的情况下，零价铁粉与溶液中的U()；+反应模型包括3步：1)UO；+在主体溶液中的对流扩散(速度快，对动力学不起控制作用)；2)铁颗粒周围液膜中Uo；+的扩散运动，并吸附于零价铁表面；3)零价铁表面发生氧化还原反应，摹＼哥篮·粥时间／min1--293K；2——305K；3——318K图33种不同温度下，U(Ⅵ)的去除率与时间的变化关系反应产物附