張松柏，周 興

（云南滇金投資有限公司，云南 昆明 650215）

當(dāng)前，在冶金企業(yè)當(dāng)中，針對各類有色金屬的冶煉提純，通常會采用電解方法實(shí)現(xiàn)。在電流通過電解液的過程中，在兩端電極上產(chǎn)生的氧化還原反應(yīng)，這種反應(yīng)會使得電解質(zhì)在電流的作用下被氧化和還原，因此被稱之為電解[1]。在少部分情況下，采用電解方法對廢水中含有的各類雜質(zhì)進(jìn)行過濾還會在陽極上發(fā)生相應(yīng)的反應(yīng)。同時在反應(yīng)的過程中，會產(chǎn)生大量被氧化的雜質(zhì)，在通電作用下氧化物逐漸變成氣體。在冶金企業(yè)當(dāng)中，黃金的冶煉通常會產(chǎn)生大量含有氰化物、氨氮等物質(zhì)的冶煉廢水。由于采用吹脫法和氯化法在實(shí)際應(yīng)用中存在成本過高、占地面積較大、處理后水質(zhì)差等問題，因此無法為冶金企業(yè)提供良好的效益條件。針對這一問題，當(dāng)前大部分冶金企業(yè)都選擇采用電解方法實(shí)現(xiàn)對黃金冶煉中產(chǎn)生的廢水的處理。為了進(jìn)一步探究電解方法的應(yīng)用效果，開展電解方法對去除黃金冶煉中的雜質(zhì)效果研究。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗對象

為了實(shí)現(xiàn)對電解方法對去除黃金冶煉中的雜質(zhì)效果探究，選擇將某冶金企業(yè)作為依托，將該企業(yè)在黃金冶煉過程中產(chǎn)生的廢水作為實(shí)驗研究對象。為了確保廢水當(dāng)中的其他物質(zhì)不會對實(shí)驗結(jié)果造成影響，用膜過濾器將廢水進(jìn)行過濾[2]。過濾后得到的濾液pH值在7.4～8.2范圍以內(nèi)，其中氨氮物質(zhì)的濃度在450mg/L～800mg/L范圍內(nèi)。由于該冶金企業(yè)在完成黃金冶煉后，其廢水水質(zhì)的波動較大，并且在利用電解方法對其雜質(zhì)進(jìn)行去除時需要分批間歇完成處理，因此其水質(zhì)及成分需要以單次檢測得出的結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 實(shí)驗材料與設(shè)備

實(shí)驗過程中用到的裝置整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖1中A表示為儲水槽結(jié)構(gòu)；B表示為計量泵結(jié)構(gòu)；C表示為電解反應(yīng)槽結(jié)構(gòu)；D表示為直流電源結(jié)構(gòu)；E表示為循環(huán)泵結(jié)構(gòu)。

圖1 實(shí)驗裝置結(jié)構(gòu)組成示意圖

圖1中物質(zhì)發(fā)生電解反應(yīng)的電解槽體積為250L，在反應(yīng)槽結(jié)構(gòu)當(dāng)中每間隔一定距離插入一塊陽極板和一塊陰極板，每個電極板之間的距離為10mm。其中，陽極板采用鈦銥釕網(wǎng)狀材料電極結(jié)構(gòu)，陰極板采用開孔的不銹鋼電極結(jié)構(gòu)[3]。兩種電極板的規(guī)格均為450mm×500mm×2.5mm，實(shí)驗過程中，電極板的實(shí)際工作面積約為整個電極板總面積的85%。將所有陽極板按照上述方式并聯(lián)后，利用不銹鋼掛耳將其與直流電源負(fù)極進(jìn)行連接，同時選擇導(dǎo)電母排的規(guī)格為65mm×6.5mm。實(shí)驗過程中所需的試劑包括氫氧化鈉（NaOH）、硫酸（H2SO4）和氯化鈉（NaCl），三種試劑的純度均選用分析純度等級。

1.3 實(shí)驗方法

將上述選擇實(shí)驗對象選取1000mL放置在上述構(gòu)建的實(shí)驗裝置的電解槽結(jié)構(gòu)當(dāng)中，并利用濃度為25%的NaOH溶液或濃度為15%的H2SO4溶液對廢水的pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，再利用NaCl對廢水當(dāng)中的氯離子質(zhì)量濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)。完成上述操作后，啟動計量泵。完成電源正極和負(fù)極的連接后，按照實(shí)驗設(shè)計數(shù)值對電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。在這一過程中，記錄廢水開始反應(yīng)的時間和結(jié)束的時間，并將完成反應(yīng)的樣本取出，對其中氯化物和氨氮的質(zhì)量濃度進(jìn)行測量和計算，以此對廢水中雜質(zhì)的去除效果分析提供實(shí)驗數(shù)據(jù)。

2 實(shí)驗結(jié)果分析

針對電解方法對去除黃金冶煉中的雜質(zhì)效果的影響分別選擇從改變廢水循環(huán)流速和極板結(jié)構(gòu)之間距離兩個不同的變量條件下，對氰化物雜質(zhì)和氨氮雜質(zhì)的去除效果進(jìn)行分析。

首先，在廢水pH值為9.24，氯離子初始質(zhì)量的濃度為22.3g/L，兩個極板之間的距離為20mm的情況下，通過改變廢水循環(huán)的流速，將其設(shè)置為25mL/min、50mL/min、75mL/min、100mL/min四個不同條件，記錄氯化物雜質(zhì)和氨氮雜質(zhì)的去除率，并將得出的結(jié)果記錄如圖2所示。

圖2 不同廢水循環(huán)流速條件下雜質(zhì)去除效果對比

圖2中A線段表示為氨氮雜質(zhì)的去除率；B線段表示為氰化物雜質(zhì)的去除率。從圖2可以看出，在廢水循環(huán)流速為50mL/min時，氨氮雜質(zhì)的去除率數(shù)值最大，而氰化物雜質(zhì)的去除率從廢水循環(huán)流速從0mL/min～100mL/min過程中的變化幅度并不明顯。

其次，再從改變極板之間距離條件對氰化物和氨氮去除效率進(jìn)行記錄。在廢水初始pH值為9.24，氯離子初始質(zhì)量的濃度為22.3g/L，電流密度為27.3mA/cm2。廢水循環(huán)流速為55mL/min條件下，分別針對極板之間距離為10mm、20mm、30mm和40mm時，兩種雜質(zhì)的去除率記錄，并得到如表1所示結(jié)果。

表1 不同極板之間距離雜質(zhì)去除率記錄表

從表1實(shí)驗結(jié)果可以看出，當(dāng)極板之間的距離為30mm時，此時氰化物雜質(zhì)的去除率和氨氮雜質(zhì)的去除率均達(dá)到了最大值，分別為99.23%和51.23%。

3 實(shí)驗結(jié)果討論

完成上述實(shí)驗并得出實(shí)驗結(jié)果后，綜合分析電解方法的不同條件下，去除黃金冶煉中氰化物雜質(zhì)和氨氮雜質(zhì)的去除效果。通過圖2得出的實(shí)驗結(jié)果可以看出，當(dāng)廢水循環(huán)流速小于50mL/min時，此時氨氮雜質(zhì)的去除率會隨著廢水循環(huán)流速的增加而增加。在50mL/min以后，隨著其廢水循環(huán)流速的進(jìn)一步增加，氨氮雜質(zhì)的去除率反而出現(xiàn)了逐漸下降的趨勢。通過這一實(shí)驗結(jié)果表明，黃金冶煉中的氨氮雜質(zhì)去除效果會受到傳質(zhì)的影響，當(dāng)廢水保持在一定的循環(huán)流速范圍以內(nèi)，更加有利于氨氮雜質(zhì)的擴(kuò)散和傳質(zhì)。但若去除雜質(zhì)過程中，廢水流速過快，則會造成電解方法中Cl2無法及時、有效的生成HCLO，使得大量Cl2被浪費(fèi)，并造成氨氮雜質(zhì)去除效率降低的問題產(chǎn)生。同時，通過上述得出的實(shí)驗結(jié)果能夠進(jìn)一步證明，在電催化氧化作用下，去除氨氮雜質(zhì)的主導(dǎo)作用是間接氧化。在進(jìn)行電解去除黃金冶煉中雜質(zhì)時，氨氮的去除與氰化物雜質(zhì)去除相比更加困難，因此為了能夠?qū)崿F(xiàn)對廢水中雜質(zhì)的徹底去除，選擇廢水循環(huán)流速為64mL/min為宜。

其次，再根據(jù)表1得出的實(shí)驗結(jié)果對極板結(jié)構(gòu)之間距離對雜質(zhì)去除效果的影響進(jìn)行分析。結(jié)合表1中的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)極板結(jié)構(gòu)之間的距離不斷縮短時，氰化物雜質(zhì)和氨氮雜質(zhì)的去除效率呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是當(dāng)極板結(jié)構(gòu)之間的距離減小時，極板之間的電場強(qiáng)度會隨之增加，并使得帶電粒子大量遷移，同時提高了遷移的速率，并且在極板上產(chǎn)生了大量的Cl2，以及相關(guān)具有強(qiáng)氧化性的物質(zhì)，在這一類物質(zhì)不斷擴(kuò)散的過程中，其距離不斷縮短，從而使得電催化氧化的去除率得到全面提升。同時，當(dāng)極板結(jié)構(gòu)之間的距離不斷縮短，其能耗也會隨之降低。這一現(xiàn)象是由于極板結(jié)構(gòu)之間的距離縮小，極板之間的電阻也會相應(yīng)減小，而電能消耗會隨之降低，使得電解效率得到提升。但在實(shí)驗過程中得出，當(dāng)極板之間的距離小于20mm時，則此時實(shí)驗操作難度增加，對于去除黃金冶煉廢水當(dāng)中的雜質(zhì)而言，難度將被提升。因此，針對這一問題，綜合冶金企業(yè)雜質(zhì)去除需要，應(yīng)當(dāng)將極板之間的距離設(shè)置為20mm最為適宜。

4 結(jié)語

本文通過上述論述，從兩個方面針對不同極板之間距離和不同廢水循環(huán)流速條件，對其黃金冶煉廢水中氰化物雜質(zhì)和氨氮雜質(zhì)的去除效果進(jìn)行分析。

通過研究得出，當(dāng)廢水循環(huán)流速為64mL/min，極板之間的距離設(shè)置為20mm時，此時能夠達(dá)到最理想的雜質(zhì)去除效果。將本文上述研究論述內(nèi)容應(yīng)用到冶金企業(yè)實(shí)際黃金冶煉廢水治理當(dāng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)對更多資源的合理利用，在為冶金企業(yè)帶來更高經(jīng)濟(jì)效益的同時，實(shí)現(xiàn)其綠色可持續(xù)發(fā)展。