第六章化学沉淀 Chemical Precipitation

第六章化学沉淀Chemical Precipitation

第一节化学沉淀基本知识 1、化学沉淀法定义 (P301) 化学沉淀法是向污水中投加某种化学物质，使它与污水中的溶解物质发生化学反应，生成难溶于水的沉淀物，以降低污水中溶解物质的方法。主要针对废水中的阴、阳离子。

2、化学沉淀法的处理对象 (主要针对废水中的阴、阳离子。) （1）废水中的重金属离子及放射性元素：如Cr3+、Cd3+、Hg2+、Zn2+、Ni2+、Cu2+、Pb2+、Fe3+等。（2）给水处理中去除钙，镁硬度。（3）某些非金属元素：如S2-、F-等。

3、沉淀的条件 ①水中难溶盐服从溶度积原则，即在一定条件下，在含有难溶盐MnNn（固体）的饱和溶液中，各种离子浓度的乘积为一常数，称为溶度积常数，记为LMnNn： MmNn == mM n+ + nNm- 溶度积常数 LMmNn=[Mn+]m•[Nm-]n

溶度积常数 LMmNn=[Mn+]m•[Nm-]n=k•[MmNn]=常数其中 [Mn+]—表示金属阳离子摩尔浓度（mol/L） [Nm-]—表示阴离子摩尔浓度（mol/L）难溶盐的溶度积常数均可在化学手册中查到。见书P302表16-1，给出的溶度积简表。

LMmNn=[Mn+]m•[Nm-]n=k•[MmNn]=常数 根据溶度积原理，可以判断溶液中是否有沉淀产生： A 、离子积[Mn+]m•[Nm-]n < LMmNn时，溶液未饱和，全溶，无沉淀。 B 、离子积[Mn+]m•[Nm-]n = LMmNn时，溶液正好饱和，无沉淀。 C 、离子积[Mn+]m•[Nm-]n > LMmNn时，形成MmNn沉淀。可见，要降低[Mn+]可考虑增大[Nm-]的值，具有这种作用的化学物质为沉淀剂。

②在饱和溶液中，可根据溶度积常数计算难溶盐在溶液中的溶解度SMmNn 由于 [Mn+]= m SMmNn [Nm-]=nSMmNn 有 LMmNn=[mSMmNn]m•[nＳMmNn]n 得

③分级沉淀： 当溶液中有多种离子都能与同一种离子生成沉淀时，可通过溶度积原理来判断生成沉淀的顺序称为分级沉淀。如：溶液中同时存在Ba2+、CrO42-、SO42-,何种离子首先发生沉淀析出？ Ba2+ + SO42- == BaSO4↓ LBaSO4 = 1.1×10-10 Ba2+ + CrO42- == BaCrO4↓ LBaCrO4= 2.3×10-10 判断分级沉淀的先后，不要单纯的通过溶度积常数（或溶解度）的大小来判定，要以离子浓度乘积与溶度积L的关系为指标，看是否满足沉淀的条件。

第二节常用的化学沉淀方法 1、化学沉淀法工艺过程（1）投加化学沉淀剂，生成难溶的化学物质，使污染物沉淀析出。（2）通过凝聚、沉降、浮选、过滤、离心、吸附等方法，进行固液分离。（3）泥渣的处理和回收利用。

2、常用的化学沉淀方法 ① 氢氧化物沉淀法 ② 硫化物沉淀法 ③ 碳酸盐沉淀法 ④ 卤化物沉淀法 ⑤ 还原沉淀法

3 氢氧化物沉淀法： 氢氧化物沉淀法是基于重金属离子在一定的pH条件下，生成难溶于水的氢氧化物沉淀而得到分离。工业废水中的许多金属离子可以生成氢氧化物沉淀而得以去除。设氢氧化物M(OH)n， M(OH)n == Mn+ + n OH- 有：LM(OH)n = [Mn+]•[OH]n 沉淀与否主要取决因素为pH。

由上式可知： a 金属离子浓度相同时，溶度积小的开始沉淀析出的pH越低。 b 同一金属离子，浓度越大，开始沉淀析出的pH越低。可供选用沉淀剂：NaOH、石灰、Na2CO3、 NaHCO3等。

例题：已知[Fe3+]= 0.01mol/L，要使有Fe(OH)3沉淀析出，pH应多大？（Fe(OH)3的LFe(OH)3=3.8×10-38。）解：据溶度积原理，要是某一金属离子（Mn+）生成氢氧化物沉淀，则需要满足： [Mn+]•[OH-]n >LM(OH)n 即 [Fe3+]•[OH-]3 > 3.8×10-38 注意单位换算有 pOH <11.8 即 pH > 2.2 ，即：要使0.01mol/L的Fe3+析出Fe(OH)3沉淀，溶液pH应大于2.2。

4 硫化物沉淀法 向废液中加入硫化氢、硫酸铵或碱金属的硫化物，与处理物质反应生成难溶硫化物沉淀，已达到分离净化的目的。硫化物沉淀法能用于处理大多数含重金属的废水。（溶度积均很小） LHgS =4×10―53 LCuS =8×10―37 LPbS =3.2×10―28 LCdS =1.6×10―28

根据溶度积大小，硫化物沉淀析出的顺序是： As5+ > Hg2+ > Ag+ >As3+ > Bi3+ > Cu2+ >Pb2+ > Cd2+ > Sn2+ > Co2+ >Zn2+ >Ni2+ >Fe2+ > Mn2+ 常用的沉淀剂： Na2S、NaHS、K2S、H2S 等。缺点：生成的难溶盐的颗粒粒径很小，分离困难，可投加混凝剂进行共沉。

例：（1）对于无机汞 2Hg+ + S2- →Hg2S↓ →HgS +Hg 适宜pH 8-10 Hg2+ + S2-→HgS↓ （2）对于有机汞化合物，经氯化处理后，也可用硫化钠除汞。注意：用硫化物沉淀法处理含汞废水时，S2-量不能过量太多，因过量S2-与HgS生成HgS22-络离子而溶解，影响汞的去除。

4、碳酸盐沉淀法 金属离子碳酸盐的溶度积很小，对于高浓度的重金属废水，可投加碳酸盐进行回收。此法可去除或回收Mn2+、Zn2+、Pb2+、Cu2+ Ca2+、Mg2+(水软化)，沉淀剂：Na2CO3、NaHCO3、NH4HCO3、CaCO3等。

5 卤化物沉淀法 如利用AgCl沉淀回收银： Ag++ Cl- = AgCl↓ (Ksp = 1.56×10-10) 利用CaF2沉淀去除F-： Ca2+ +2F-=CaF2 ↓ (Ksp= 4×10-11)

6 还原沉淀法 例如：制革行业含铬废水的处理，六价铬必须先还原成三价铬，然后再用石灰沉淀。这种方法称为还原沉淀法。此法已广泛应用于含铬废水的处理，经济上合算，去除效率高(98-99%)，同时处理水可以回用。

操作步骤： ① pH调整：将含铬废水用硫酸将pH调至2-3，在此pH值下Cr6+可以有效地被还原为Cr3+；也可以应用从其它厂排放出的酸性废水混合，以减少处理费用。 ②还原处理

②还原处理 含铬废水处理常用的还原剂有：硫酸亚铁、焦亚硫酸钠、硫化钠，也可用工业废气中的SO2作还原剂。还原效率与pH、反应时间及还原剂的性质有关。由于铬的还原在pH偏酸性条件下最有效，所以具有酸性的还原剂最理想。 Cr6+ + Fe2+ + H+ → Cr3+ + Fe3+ Cr6+ + SO2 + H+ → Cr3+ + SO42-

③沉淀分离 可加入石灰或其它碱。 Cr3+ + OH- → Cr(OH)3 ↓ 其它除六价铬方法：根据BaCrO4和BaCO3溶度积大小的不同，也可采用BaCO3法除六价铬： BaCO3+K2Cr2O7 = 2BaCrO4+K2CO3+ CO2↑

习题： 用氢氧化物沉淀法处理含镉废水，若使镉达到排放标准<0.1mg/L，出水pH值最低应为多少？（25℃时，Cd(OH)3的溶度积为2.2×10-14）注意单位换算

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