化学沉淀

化学沉淀 图片来自美篇

化学沉淀 chemical precipitation投加化学剂，使水中需要去除的溶解物质转化为难溶物质而析出的水处理方法。用在给水处理中，用以去除钙、镁、铁、锰等。废水中的有机磷经生物处理后转化为磷酸盐，含钙、镁较高的水称硬水。降低钙、镁的浓度称软化。硬水软化可用化学沉淀法。利用离子水解法或难溶盐沉淀法进行溶液组分分离和富集的方法。在化学选矿中，该法用于浸出液处理;此法也广泛用于湿法冶金和化学工业部门。在化学处理矿物原料初期，化学沉淀法主要用于净化分离和沉淀提取某些组分，随后净化分离的任务大部分已被离子交换法、吸附法和有机溶剂萃取法所代替，该法则主要用于从浸出液或净化液中沉淀析出目的组分。化学沉淀法分离子水解法和难溶盐沉淀法两类。

目录

简介

基本简介

化学沉淀现象可以用溶度积来说明。在微溶性盐类的饱和溶液中， 在一定温度下，其离子浓度(克离子/升)的乘积是一个常数，称溶度积。例如，氢氧化镁的溶度积([Mg2+]·[OH-]2)在18°C时是 1.2×10-11。

反应简介

根据同离子效应，水中的镁离子和氢氧根离子，不论它们来自同一化合物或不同的化合物，只要离子浓度的乘积超过氢氧化镁的溶度积，它们就结合为氢氧化镁沉淀。

应用简介

水中的铁、锰盐类，可用空气或其他氧化剂氧化为难溶的氢氧化物或氧化物，而从水中析出。

废水中对健康有害的金属离子（如汞、镉、铬、铅、铜和锌）的氢氧化物都是难溶或微溶的物质。用石灰提高废水的pH值，就可使它们从水中析出。

废水中的铬酸根离子(CrO厈)通常先还原为三价铬离子，然后用石灰沉淀；也可以投加钡盐，使它成为溶解度极小的铬酸钡沉淀。

废水中的有机磷经生物处理后转化为磷酸盐，将使承接废水的水体富营养化。可用铝盐或铁盐把它转化为难溶的磷酸铝或磷酸铁，从水中析出。

难溶盐沉淀法

使某些组分呈难溶化合物的形态沉淀析出的方法。可用于组分分离、除杂或提取。难溶盐沉淀法分为加沉淀剂沉淀法、浓缩结晶法和盐析结晶法三种。加沉淀剂沉淀法应用最广，常用的沉淀剂有硫化物、氯化物、碳酸盐、磷酸盐、草酸盐等。由于难溶盐的溶解度小，其溶度积很小，添加相应的沉淀剂或将溶液蒸发浓缩或加入盐析剂即可使相应的组分呈难溶盐沉淀析出，如离子吸附型稀土矿浸出液中加入草酸可使稀土元素离子选择性地定量沉淀析出;将钨矿物原料苛性钠浸出液蒸发浓缩可析出钨酸钠晶体等。

反应沉淀

CuSO4+2NaOH=Cu(OH)2↓+Na2SO4 蓝色沉淀生成、上部为澄清溶液质量守恒定律实验

Ca(OH)2+CO2= CaCO3↓+ H2O澄清石灰水变浑浊 应用CO2检验和石灰浆粉刷墙壁

Ca(HCO3)2Δ CaCO3↓+H2O+CO2↑ 白色沉淀、产生使澄清石灰水变浑浊的气体水垢形成.钟乳石的形成

HCl+AgNO3= AgCl↓+HNO3 生成白色沉淀、不溶解于稀硝酸检验Cl—的原理

Ba(OH)2+ H2SO4=BaSO4↓+2H2O 生成白色沉淀、不溶解于稀硝酸检验SO42—的原理

BaCl2+ H2SO4=BaSO4↓+2HCl 生成白色沉淀、不溶解于稀硝酸检验SO42—的原理

Ba(NO3)2+H2SO4=BaSO4↓+2HNO3 生成白色沉淀、不溶解于稀硝酸检验SO42—的原理

FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3↓+3NaCl 溶液黄色褪去、有红褐色沉淀生成

AlCl3+3NaOH=Al(OH)3↓+3NaCl 有白色沉淀生成

MgCl2+2NaOH = Mg(OH)2↓+2NaCl

CuCl2+2NaOH = Cu(OH)2↓+2NaCl 溶液蓝色褪去、有蓝色沉淀生成

CaO+ H2O = Ca(OH)2 白色块状固体变为粉末、生石灰制备石灰浆

Ca(OH)2+SO2=CaSO3↓+ H2O 有白色沉淀生成 初中一般不用

Ca(OH)2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaOH 有白色沉淀生成 工业制烧碱、实验室制少量烧碱

Ba(OH)2+Na2CO3=BaCO3↓+2NaOH 有白色沉淀生成

Ca(OH)2+K2CO3=CaCO3↓ +2KOH 有白色沉淀生成

AgNO3+NaCl = AgCl↓+Na NO3 白色不溶解于稀硝酸的沉淀（其他氯化物类似反应） 应用于检验溶液中的氯离子

BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4↓+2NaCl 白色不溶解于稀硝酸的沉淀（其他硫酸盐类似反应） 应用于检验硫酸根离子

CaCl2+Na2CO3= CaCO3↓+2NaCl 有白色沉淀生成

MgCl2+Ba(OH)2=BaCl2+Mg(OH)2↓ 有白色沉淀生成

Mg(OH)2 ,AL(OH)3 ,AgCl,BaSO4,BaCO3,BaSO3,Caco3等均为白色沉淀

常见沉淀

Cu(OH)2蓝色沉淀

CuO 黑色沉淀

Cu2O 红色沉淀

Cu2(OH)2CO3 暗绿色沉淀

CaCO3白色沉淀 （且有CO2生成）

Fe(OH)3红褐色沉淀

Fe(OH)2为白色絮状沉淀（在空气中很快变成灰绿色，再变成Fe(OH)3红褐色沉淀）

Fe2O3 红棕色沉淀

FeO 黑色沉淀

FeCO3 灰色沉淀

FeS2 黄色沉淀

AgBr淡黄色沉淀

Ag2CO3 黄色沉淀

AgCl 白色沉淀

AgI ,Ag3PO4黄色沉淀

PbS 黑色沉淀

BaCO3白色沉淀 （且有CO2生成）

BaSO4白色沉淀

不溶的碳酸盐白色沉淀 （且有CO2生成）

不溶的碱、金属氧化物白色沉淀（且有CO2生成）

离子水解法

离子水解法分离和提取溶液中的金属离子组分的一种常用方法，当用碱中和或用水稀释酸性溶液时，其中的金属阳离子呈金属氢氧化物或碱式盐的形态沉淀析出。Ks为金属氢氧化物的溶度积常数;Kw为水的溶度积常数，25℃时Kw=10-4;aMn为金属离子的活度。金属离子呈碱式盐沉淀析出的pH值为式中Ks为金属碱式盐的溶度积;Kw为水的溶度积，25℃时Kw=10-;ΔG°为金属碱式盐的生成标准自由能变化：aM为金属阳离子的活度;aR为相应的酸根的活度;x、y为相应的系数;n、m分别为金属阳离子和酸根的价数。从上两式可知，金属氢氧化物或碱式盐的溶度积愈小，其沉淀起始的pH值和沉淀终了的pH值愈低;金属阳离子浓度愈大，呈氢氧化物或碱式盐沉淀的pH值愈低;相同条件下，变价金属离子的高价离子呈氢氧化物或碱式盐沉淀的起始pH值较低;同 一金属阳离子呈碱式盐沉淀的起始pH值比其呈氢氧化物沉淀的起始pH值低。因此，纯净的金属氢氧化物沉淀只能从稀溶液中沉淀析出，浸出液或净化液中含有大量的酸根，水解沉淀析出的常为碱式盐。溶液中某些变价离子(如铁)常呈低价形态存在，生产中常用氧化分步水解法进行组分分离。对某些组分也可用络合水解法进行组分分离和提取，此时加入碱性络合剂，使之与某些组分生成可溶性络合物留在溶液中，其他金属离子则水解沉淀析出，从而达到分离和富集的目的。如用氨水处理铜、钴、镍的酸浸液或用碳酸钠溶液处理铀矿酸浸液，可使铜、钴、镍或铀留在溶液中，其他金属离子呈氢氧化物、碱式盐或碳酸盐形态沉淀析出。

实际应用

太阳能电池生产企业含氟废水处理工程，采用原有的“碱性钙盐沉淀+铝盐絮凝沉淀”二级化学沉淀工艺参数运行，处理出水不达标的现象，在保持原有构筑物不变的前提下，在实验室尺度范围内对原有工艺参数进行优化，并应用于现场实践。针对二级化学沉淀法在工程应用中出现的为达标排放就必须以增加药剂消耗和环境风险为代价的问题，提出了“中性钙盐沉淀+铝盐絮凝沉淀”二级化学沉淀+活性氧化铝（γ-Al2O3）吸附工艺，在实验室条件下优化出各级处理单元的工艺参数，并探讨其可行性。考虑到γ-Al2O3在应用时存在吸附容量不大，再生频繁等问题，对此，提出了超声载铁活性氧化铝（简写为Fe/γ-Al2O3）的改性方案，并在小试范围内对超声载铁活性氧化铝（简写为Fe/γ-Al2O3）的制备方法、表征、除氟吸附性能、再生方法及在实际含氟废水处理中的应用进行了研究。本项目研究可为太阳能电池生产企业含氟废水的处理提供技术支持和新材料。实验室条件下获得的二级化学沉淀最优工艺参数为：一级用Ca（OH）2沉淀F-，pH控制在7-9，二级用Al2（SO4）3·18H2O絮凝残氟，pH控制在7左右，药剂投加量为2000mg/L以上，将此参数运用于实际工程，处理出水CF-仅为15mg/L左右，接近排放标准；实验室尺度范围内获得的二级化学沉淀+吸附工艺最优参数为：一级钙盐沉淀pH7-9，二级絮凝沉淀pH6.5-7.5，Al2（SO4）3·18H2O投加量500mg/L，吸附阶段γ-Al2O3的投加量为240g/L时，震荡8h，能将氟离子初始浓度为30mg/L，pH为7左右的含氟废水处理到10mg/L以下，能够达标排放。通过对Fe/γ-Al2O3制备方法、表征、除氟吸附性能及再生方法的研究，得出以下结论：①实验所获得的Fe/γ-Al2O3制备方法为，将γ-Al2O3投加到0.072mol/L的FeSO4·7H2O水溶液中，控制γ-Al2O3与FeSO4·7H2O质量比为10:1，再将混合液置于功率250w，温度20℃的超声波环境中，超声15min，最后进行固液分离、洗涤和干燥过程；②SEM、TEM、XRD、BET、XPS的表征结果表明，铁以无定形氧化铁的形式存在于吸附剂表面，其负载量为0.54%，Fe/γ-Al2O3的BET比表面积与孔容分别为304.3m2/g和0.341cm3/g，均低于γ-Al22O（3320.0m/g，0.356cm3/g）；③所制备的Fe/γ-Al2O3在25℃，pH为7左右，对F-的吸附满足Langmuir等温线，对F-的饱和吸附容量为1.65mg/g，高于γ-Al2O3（1.05mg/g），Fe/γ-Al2O3对F-的吸附符合准二级动力学模型，其速率控制步骤包括边界层扩散和内部扩散两个过程；④将除氟后的Fe/γ-Al2O3用1%氢氧化钠浸泡后，将颗粒物取出并置入蒸馏水中，用盐酸调节溶液的pH值至5-8，经过滤、干燥等过程可获得再生吸附剂。再生吸附剂的除氟效果与新制备的Fe/γ-Al2O3相当。在小试范围内，将Fe/γ-Al2O3用于深度处理太阳能电池生产企业含氟废水。研究结果表明，在pH3-9、投加吸附剂40g/L、接触时间24h的条件下进行静态吸附，CF-可从30mg/L降至10mg/L左右；在体积空速为1.7h-1的条件下，动态吸附的穿透时间为3.5h/t。与γ-Al2O3相比，Fe/γ-Al2O3具有更宽的适用pH，更长的穿透时间（是γ-Al2O3的5倍），以及更高的环境效益。

影响

污水处理厂污泥上清液中富集着较高浓度溶解性的氮磷,将此部分氮磷形成磷酸盐沉淀(如磷酸氨镁、磷酸钙、磷酸铝等)加以回收利用,受到各种因素的影响。文章以正交试验得出的影响因素为基础,深入研究了pH、初始PO43--P的浓度、Mg/P和反应时间对某污水厂污泥上清液中磷酸氨镁沉淀法回收氮磷的影响。结果表明:pH是影响污泥上清液中氮磷回收的关键因素,最佳pH范围9.5～10.5,控制pH=10.0,初始PO43--P浓度在78.20 mg/L以上,无外加镁剂,搅拌时间为10 min,PO43--P和NH4+-N回收率分别可达到90%和20%。以硫酸铝铵、碳酸氢铵为原料,采用化学沉淀法,在不同pH条件下制备Al2O3的前驱体NH4Al(OH)2CO3,再经不同温度焙烧得到Al2O3粉体;利用扫描电镜、X射线衍射等分析手段对Al2O3粉体进行表征。结果表明,反应溶液pH的增大能降低Al2O3的相转变温度,但pH越大,所得到的Al2O3粉体越容易团聚;控制反应溶液的pH为9~10,焙烧温度为800℃左右,可得到结晶度高的γ-Al2O3粉体,其平均晶粒径约为12 nm。