重金属萃取和回收的一种方法技术

本发明专利技术采用主萃取剂EDTA(乙二胺四乙酸)，辅助萃取剂过硫酸钠和氯化铵的创新萃取剂，对下水道污泥焚烧灰、电子厂污水滤渣以及城市垃圾焚烧底灰进行水相萃取，萃取效率比标准的BCR萃取法里可交换部分、可还原部分、可氧化部分的总和还高，只留下消化法才能萃取出来的重金属部分在最后残渣里面，充分清洁了受重金属污染的固废，为其进一步应用而不是掩埋提供了基础论证；本发明专利技术采用酸化速冻快速析出主沉淀剂EDTA解冻固液分离的创新方法能非常快速有效分离螯合后的螯合剂和重金属，并把螯合剂循环使用；结合顺序沉淀和共沉淀分离出高纯度的重金属化合物，是重要的工业原料；消耗的酸碱量和其他化工品较少，成本较低，有广泛应用前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
重金属萃取和回收的一种方法


[0001]本专利技术涉及绿色环保领域
，特别是一种重金属萃取和回收的一种方法。

技术介绍

[0002]重金属在工业、农业、航天、能源、化工、(油漆、农药、电极，等)等领域有广泛应用。重金属毒性巨大，重金属污染是重大安全隐患，危及人类安全，动植物安全，生态系统安全和环境安全。本专利技术涉及重金属萃取回收利用
，如何有效萃取重金属并减少萃取剂的使用和浪费，让重金属和萃取剂顺利分离，把萃取剂循环使用降低重金属处理和回收成本，都是此
的重要课题。
[0003]受重金属污染的固体废物的治理方法主要包含物理法、生物法和化学法。物理法采用隔离、泡沫浮选、高温玻璃化、热处理以及水洗来治理受重金属污染的固废或土壤。隔离是把污染物用物理屏障隔开。泡沫浮选用水和气泡把污染物吹到上层泡沫。高温玻璃化采用高温把固体熔融成整块以达到固化包裹重金属的目的，但是能耗过高是其缺点，固化后的废料难以循环和再利用。热处理法加热重金属污染的固废以蒸发污染物达到净化的目的。水洗法只能去除非常有限的重金属污染。物理法快捷，低成本，但是其对重金属去除或固定的效率不高[1]。
[0004]生物治理法采用生物组织，包括藻类、植物、动物、细菌、真菌以及其结合来治理受重金属污染的固废或土壤。植物治理法利用特别的植物来吸收或吸附重金属污染物，然后焚烧牺牲收割的植物以从灰渣中收集重金属。藻菌治理法使用藻类来来吸收或吸附重金属污染物，可以用微藻和海藻来降解、吸收、吸附、转化、累积和矿物化重金属，最后收获藻类把重金属萃取处理，同时还可以收获生物柴油。真菌治理法采用真菌类(蘑菇)来吸收和吸附重金属。微生物治理法采用微生物类(细菌)来治理重金属污染。一些低级动物，比如蚯蚓，有明显潜力增加稳定的重金属比例减少可移动的重金属比例。生物治理法成本低廉，然而，其修复效果低到中等，修复时间和周期长(几个月到几十年)，操作复杂，效果不稳定。由于这些缺点，生物治理法只有较少的应用案例[2]。
[0005]化学治理法包括化学固定化、稳定化、固化、电动、吸附、化学清洗和水泥窑法等。化学固定治理法是把可移动重金属离子固定在固体颗粒上来防止它们渗漏到环境中。稳定化治理法主要利用螯合剂来形成金属
‑
配体复合物，但是其螯合剂必须牢牢吸附在固体颗粒上，否则有负面效果。固化治理法把重金属离子包裹在多晶晶体或固化的复合物中，被包裹的重金属离子难以逃逸出多晶晶体或固化复合物物理屏障而迁移到环境中。电动法应用电压使得重金属离子移动到阴极而被富集，然而其耗电能多而且需要长时间才能把重金属从被污染的固废中移出，因此，其成本高。吸附法使用吸附剂富集重金属，但是吸附过程往往很慢并且效率不高。化学清洗法通过把重金属离子从固相转移到水溶液液相，然后从水相中把重金属除去。水泥窑法利用水泥生产过程的高温使水泥和重金属反应来把重金属固定包裹在水泥颗粒的多晶里，但是牺牲了水泥的质量，增加了水泥应用的安全风险。化学固定法、稳定化法、固化法和水泥窑法并不能把被污染物中去除重金属。化学清洗法和电动法
可以从被污染物中移出重金属，但是价格相当高昂[3
‑
4]。
[0006]P.Oleszczuk等人采用顺序萃取技术调查研究了下水道渣或生物碳与下水道渣改良的土壤里镍和锌的状态在18个月内的变化情况。发现下水道渣促进生物利用的镍锌渗出而生物碳抑制生物碳与下水道渣改良的土壤里镍锌的渗出并把生物利用的镍锌转化成不溶物[5]。Y.R.Guo等最近研制了一个新颖的吸附剂
‑
碳点/氢氧化镁薄片状复合物用于吸附强毒性的镉离子，镉离子吸附后被转化成了神奇的氢氧化镉纳米丝[6]。这种新颖的吸附剂很有潜力在被污染的渣净化和废水处理过程中被广泛使用。
[0007]专利CN 105200239A描述了一种电镀污泥中锌的回收流程。先用酸把锌从电镀污泥中转移到水相，然后用碱中和沉淀铁铬固液分离得到含锌滤液。再用有机磷萃取剂和溶剂把锌富集到有机相中，加酸把锌从新转移到水相中以达到浸出、分离和提纯的目的。流程效果佳有机磷萃取剂也能循环使用但是大量消耗酸碱，成本较高[7]。
[0008]化学清洗法可以从被污染物中移出重金属，效果令人满意，且一劳永逸不再存在重金属风险，但是价格相当高昂[3
‑
4]。其中一个主要成本来自于用来从被污染物中移出重金属的化学螯合剂，其价格较贵，使用量较大，而且难以循环使用和回收利用。本专利技术的流程，为解决难以从不可燃烧的受重金属污染的固废中萃取重金属以及更难以从重金属螯合物中分离出高纯度重金属和高纯度螯合剂并循环使用的问题，提供了一个可行方案。从而使得化学清洗法成本大大降低，希望为快速高效的化学清洗法的广泛使用提供基础论证贡献些许绵薄之力。
[0009]参考文献
[0010]1.Ammami,M.T.；Benamar,A.；Koltalo,F.；Wang,H.Q.；LeDerf,F.In Heavy metals removal from dredged sediments using electro kinetics,16th International Conference on Heavy Metals in the Environment(ICHMET),Rome,ITALY,Sep 23
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27,2012；Rome,ITALY,2012.
[0011]2.Dhal,B.；Thatoi,H.N.；Das,N.N.；Pandey,B.D.,Chemical and microbial remediation of hexavalent chromium from contaminated soil and mining/metallurgical solid waste:A review.J.Hazard.Mater.2013,250,272
‑
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[0012]3.Aldawsari,A.；Khan,M.A.；Hameed,B.H.；Alqadami,A.A.；Siddiqui,M.R.；Alothman,Z.A.；Ahmed,A.,Mercerized mesoporous date pit activated carbon
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[0013]4.Masykur,A.；Wibowo,A.H.；Salsabilah；Iop In Preparation of Cu(II)ion
‑
imprinted based on carboxymethyl chitosan and application as adsorbent of Cu(II)ion,13th Annual Joint Conferen本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.重金属萃取和回收的一种方法，其特征在于：采用主萃取剂EDTA、辅助萃取剂过硫酸钠和氯化铵的创新萃取剂水溶液，从受重金属污染的下水道污泥焚烧灰、电子厂污水滤渣以及城市垃圾焚烧底灰固体废料中萃取重金属，并酸化速冻解冻把主萃取剂EDTA从重金属与萃取剂的螯合物中分离出来，结合顺序沉淀和共沉淀分离重金属，以回收重金属以便利用和循环使用萃取剂的方法，主体流程包括：步骤一：重金属萃取把萃取液按一定比例加入到含重金属的固体废料中，搅拌，在一定温度下反应一段时间，使得大部分重金属被萃取到溶液中；萃取液有效成分是萃取剂和水；萃取剂有效浓度和pH值需控制；主萃取剂为EDTA(乙二胺四乙酸)；辅助萃取剂为过硫酸钠和氯化铵；步骤二：固液分离对完成萃取后的固液混合物进行固液分离；过滤或离心皆可；分离后的固体部分继续步骤三；分离后的液体部分继续步骤一和步骤二直到萃取剂有效浓度降低，萃取效果变差；补充加入更多固体主萃取剂，用新批次的被污染物进行步骤一和步骤二直到萃取剂有效浓度降低，萃取效果变差，直到主萃取剂总量13％wt.为止；清液继续步骤四；步骤三：清洗清洗被萃取后的固体废料；可以用水、蒸馏水、去离子水、或溶剂；把残留的重金属和萃取液清洗干净；每次清洗后需进行固液分离；得到干净的不含重金属的固体废料，可以用于建筑材料、路基、农业和园艺；步骤四：重金属萃取液酸化速冻解冻快速析出主沉淀剂EDTA饱含重金属的萃取液，其萃取剂有效浓度降低，萃取效果变差，进行酸化速冻解冻以快速地把萃取剂从重金属的螯合物中分离出来。酸化速冻产生主萃取剂EDTA析出，使其从重金属
‑
EDTA的螯合物中释放出来；酸化速冻解冻后，只有主萃取剂EDTA产生沉淀析出，而其余辅萃取剂以及重金属尚在溶液中；实现了EDTA和重金属的快速分离；步骤五：固液分离对主萃取剂EDTA沉淀后的萃取液进行固液分离；过滤或离心皆可；步骤六：顺序沉淀与共沉淀相结合分离重金属主萃取剂EDTA分离后的饱含重金属的萃取液含有大量重金属；对其进行合适的顺序沉淀，依次加入顺序沉淀剂，使得重金属依次沉淀出来，对每个沉淀进行固液分离；顺序沉淀过程中有些共沉淀难以避免，需对共沉淀进行溶解分离；把顺序沉淀与共沉淀相结合；得到含杂质低的高纯度的单个重金属化合物，以便作为化工原料重新投入使用，资源化利用；也得到重金属分离后的可循环辅萃取液；步骤七：萃取液再生把步骤五中分离出来的主萃取剂EDTA重新溶解在步骤六中重金属分离后的可循环辅萃取液中，调节pH值，便得到与原始萃取液等效的循环萃取液，可以从新循环使用于步骤一。2.根据权利要求1所述的重金属萃取和回收的一种方法，其特征在于：所述的重金属是指铅、汞、铬、镉、砷、铜、锌、铁、镍、锰、钴、钼、钒、锑、铋、钛、银、铝、锡和其混合物；尤其是指铅、汞、铬、镉、砷、铜、锌、镍、锰、钴、锑以及其混合物，毒性最大的是铅、汞、铬、镉和砷，量最大的往往是铜、锌、镍、锰、钴、锑、铅、铬以及其混合物。
3.根据权利要求1所述的重金属萃取和回收的一种方法，其特征在于：所述的萃取剂由主萃取剂EDTA和辅萃取剂硫代硫酸钠与氯化铵组成；EDTA起始浓度范围0.1
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9％wt.，0.6
‑
7％wt.更佳，4
‑
6％wt.最好；萃取过程中，可以补充加入EDTA，EDTA最高浓度13％wt.；辅萃取剂硫代硫酸钠浓度范围0.1
‑
5％wt.，1
‑
3％wt.最好；辅萃取剂氯化铵浓度范围3
‑
20％wt.,3
‑
10％wt.更佳，3
‑
6％wt.最好。4.根据权利要求1所述的重金属萃取和回收的一种方法，其特征在于：所述的pH调节控制使用无机强酸(硫酸、盐酸、硝酸)和强碱(NaOH、KOH、Ca(OH)2)。5.根据权利要求1所述的重金属萃取和回收的一种方法，其特征在于：所述的萃取液和固体废料的液体体积与固体重量的比，简称液固比，其范围1/1
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200/1为宜，2/1
‑
50/1更好，3/1
‑
15/1最好。6.根据权利要求1所述的重金属萃取和回收的一种方法，其特征在于：所述的搅拌是指机械搅拌、磁搅拌、超声波、管道混合器、液体循环；搅拌速度越高，搅拌强度越大，萃取效果越好；但是搅拌强度应该考虑机器成本、用电成本和生产安全。7.根据权利要求1所述的重金属萃取和回收的一种方法，其特征在于：所述的反应温度范围是0.5
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220℃；反应温度越高，萃取效果越好；反应温度范围15
‑
170℃更好，130
‑
170℃最好，但是宜兼顾能耗成本；130
‑
170℃温度范围，反应压力为0.3
‑
0.7Mpa；室温反应节能，也可以采用，温度0.5
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35℃；如果有废热可以利用，可以灵活应用，以达到节能和反应时间兼顾。8.根据权利要求1所述的重金属萃取和回收的一种方法，其特征在于：所述的反应时间范围是0
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24小时；反应时间越长，萃取效果越好；加热反应时间范围1
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5小时更好，1
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3小时最好；室温反应时间范围12
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24小时更好，18
‑
24小时最好。9.根据权利要求1所述的重金属萃取和回收的一种方法，其特征在于：所述的萃取剂有效浓度是分别指主萃取剂有效浓度和辅萃取剂浓度；主萃取剂EDTA起始浓度范围0.1
‑
9％wt.，0.6
‑
7％wt.更佳，4
‑
6％wt.最好；萃取液使用前，其主萃取剂EDTA有效浓度即为其起始浓度。萃取液使用后，其主萃取剂EDTA有效浓度下降，低于其起始浓度，等于其起始浓度扣除已经和重金属螯合的部分；辅萃取剂硫代硫酸钠浓度，如果有消耗，其有效浓度下降，等于其初始浓度减去被消耗浓度；如果其有效浓度低于起始浓度的一半，可以补加。10.根据权利要求1所述的重金属萃取和回收的一种方法，其特征在于：所述的步骤二中提到的萃取效果变差后补充加入更多固体主萃取剂EDTA；补充加入的固体主萃取剂EDTA的量与已经和重金属螯合的主萃取剂EDTA的量相当；补充后，主萃取剂EDTA总量最高不可超过13％wt.。11.根据权利要求1所述的重金属萃取和回收的一种方法，其特征在于：所述的步骤一和步骤七中提到的pH值范围3.08
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8.0为宜，3.1
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5.0更好，3.2

【专利技术属性】
技术研发人员：李房有，林煊豪，
申请(专利权)人：新加坡国立大学，
类型：发明
国别省市：