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1、第13章 化学沉淀 Chemical Precipitation 2019/11/181 化学沉淀法 l 化学沉淀法是指向被处理的水中投加化学药剂（沉淀剂 ），使之与水中溶解态的污染物直接发生化学反应，形 成难溶的固体沉淀物，然后进行固液分离，从而除去水 中污染物的处理方法 l 污水中的重金属离子、碱土金属及某些非金属均可通过 化学沉淀法去除，某些有机污染物也可通过化学沉淀法 去除 工艺过程： 投加化学沉淀剂，与水中污染物反应，生成难溶的沉 淀物而析出； 通过凝聚、沉降、气浮、过滤、离心等方法进行固液 分离； 泥渣的处理或回收利用。 2019/11/182 第13章 化学沉淀 13.1 基本原
2、理 13.2 氢氧化物沉淀法 13.3 硫化物沉淀法 13.4 碳酸盐沉淀法 13.5 铁氧体沉淀法 13.6 钡盐沉淀法 13.7 卤化物沉淀法 13.8 应用案例 2019/11/183 13.1 基本原理 u物质在水中的溶解能力可用溶解度表示。溶解度 的大小主要取决于物质和溶剂的本性，此外也与 温度、盐效应、晶体结构和晶体大小等有关 u习惯上把溶解度大于1g/100gH2O的物质列为可 溶物，小于0.lg/100gH2O的物质，列为难溶物， 介于两者之间的，列于微溶物。利用化学沉淀法 处理废水时所形成的化合物都是难溶物 u在一定温度下，难溶化合物的饱和溶液中，各离 子浓度的乘积称为溶度积
3、，它是一个化学平衡常 数，以Ksp表示。 2019/11/184 难溶物的溶解平衡可用下列通式表示： AmBn（固） mAn+nBm KspAn+mBmn u 若An+mBmnKsp，溶液不饱和，难溶物将 继续溶解； u An+mBmnKsp，溶液达饱和，但无沉淀产 生；An+mBmnKsp，将产生沉淀，当沉淀 完后，溶液中所余的离子浓度仍保持 An+mBmnKsp的关系 u 因此，根据溶度积，可以初步判断水中离子是 否能用化学沉淀法来分离以及分离的程度 难溶物的溶解平衡 2019/11/185 AmBn（固） mAn+nBm 若要降低水中某种有害离子A的浓度，有两种 方法： 可向水中投加沉淀
4、剂离子C，形成溶度积 很小的化合物AC，使A从水中沉淀出来； 利用同离子效应向水中投加同离子B，使A 与B的离子积大于其溶度积，此时上式表达的平 衡就会向左移动，从而降低了A在水中的浓度 u若溶液中有数种离子共存，加人沉淀剂时，必 定是离子积先达到溶度积的优先沉淀，这种现 象称为分步沉淀。 u显然，各种离子分步沉淀的次序取决于溶度积 和有关离子的浓度 2019/11/186 某些化合物的溶度积 化合物溶度积积化合物溶度积积 Al(OH)31.110-15 (18)Fe(OH)21.6410-14 (18) AgBr4.110-13 (18)Fe(OH)31.110-36 (18) AgCl1.
5、5610-10 (25)3.710-19 (18) Ag2CO36.1510-12 (25)Hg2Br21.310-21 (25) Ag2CrO41.210-12 (14.8)Hg2Cl2210-18 (25) AgI1.510-16 (25)Hg2I21.210-28 (25) Ag2S1.610-49 (18)HgS410-53210-49 (18) BaCO3710-9 (16)MgCO32.610-5 (12) BaCrO41.610-10 (25)MgF27.110-9 (18) BaF21.710-6 (18)Mg(OH)21.210-11 (18) 2019/11/187 化合物
6、溶度积积化合物溶度积积 BaSO40.8710-10 (18)Mn(OH)2410-14 (18) CaCO30.9910-8 (15)MnS1.410-15 (18) CaF23.410-11 (18)1.410-24 (18) CaSO42.4510-5 (25)PbCO33.310-14 (18) CdS3.610-29 (18)PbCrO41.7710-14 (18) CoS310-26 (18)PbF23.210-8 18 CuBr4.1510-8 (1820)PbI27.4710-9 (15) CuCl1.0210-6 (1820)PbS3.410-28 (18) CuS210-4
7、7 (1618)ZnS1.210-23 (18) 某些化合物的溶度积 2019/11/188 n 由上表可见，金属硫化物、氢氧化物和碳酸盐 的溶度积都很小，因此，可向水中投加硫化物 （一般常用Na2S）、氢氧化物（一般常用石灰 乳）或碳酸钠等药剂来产生化学沉淀，以降低 水中金属离子的浓度 n 根据所使用的沉淀剂的不同，化学沉淀法可分 为氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、碳酸盐沉 淀法、铁氧体沉淀法、钡盐沉淀法和卤化物沉 淀法等 2019/11/189 第13章 化学沉淀 13.1 基本原理 13.2 氢氧化物沉淀法 13.3 硫化物沉淀法 13.4 碳酸盐沉淀法 13.5 铁氧体沉淀法 13.6
8、钡盐沉淀法 13.7 卤化物沉淀法 13.8 应用案例 2019/11/1810 13.2 氢氧化物沉淀法 u除了碱金属和部分碱土金属外，其它金属的氢氧 化物大都是难溶的 u由溶积度表中可以看出，金属氢氧化物的溶度积 一般都很小，因此可用氢氧化物沉淀法去除废水 中的重金属离子。沉淀剂是各种碱性药剂，常用 的有石灰、碳酸钠、苛性钠、石灰石、白云石 u氢氧化物的沉淀与pH值有很大关系，如果以 M(OH)n表示金属氢氧化物，则其氢氧化物的溶解 平衡为： M(OH)n Mn+nOH KspMn+OHn 2019/11/1811 M(OH)n Mn+nOH KspMn+OHn p同时发生水的解离： pH
9、2O H+OH p水的离子积为： pKwH+OH=11014 （25） p由式上式可得： lgMn+npH+lgKsp+14n 由上式可以看出： 金属离子浓度相同时，溶度积Ksp越小，则开始析出氢氧 化物沉淀的pH值愈低； 对于同一金属离子，浓度越大，开始析出沉淀的pH值愈 低。 2019/11/1812 lgMn+npH+lgKsp+14n 根据各种金属氢氧化物的Ksp值，由上式可计算 出不同pH值时溶液中金属离子的饱和浓度 以pH值为横坐标，以1gMn+为纵坐标，即可绘 制纯溶液中金属离子的饱和浓度与pH值的关系， 根据关系图可以确定各金属离子沉淀的条件 以Cd2+为例，若Cd2+=0.l
10、mol/L，则由图可查出 ，使Cd(OH)2开始析出的pH值应为7.7；若欲使 溶液残余Cd2+降至105mol/L，则沉淀终了的 pH值应为9.7 2019/11/1813 金属氢氧化物的溶解度与pH值的关系 若Cd2+=0.lmol/L， 则由图可查出，使 Cd(OH)2开始析出的 pH值应为7.7 2019/11/1814 n 许多金属离子和氢氧根离子不仅可以生成氢氧化 物沉淀，而且还可以生成各种可溶性羟基络合物 。各种金属羟基络合物在溶液中存在的数量和比 例都直接同溶液pH值有关 n 有些金属（如Al、Zn、Pb、Cr、Sn等）的氢氧化 物沉淀具有两性，它们既有酸性又有碱性，既能 和酸
11、作用，又能和碱作用。以Zn为例，在pH值 等于9时，Zn几乎全部以Zn(OH)2的形式沉淀。 但是，当碱加到一定量使pH11时，生成的 Zn(OH)2又能和碱起作用溶于碱中，生成 Zn(OH)42或ZnO22离子 n 因此，用氢氧化物沉淀法分离废水中的金属时， 废水的pH值是一个重要条件 2019/11/1815 u各种金属羟基络合物在溶液中存在的数量和比例 都直接同溶液pH值有关，根据各种平衡关系可以 进行综合计算。 u仍以Zn2+为例，其羟基络合物的生成反应平衡常 数K1，K2，K3，K4如下： K1ZnOH/(Zn2OH)5105 K2Zn(OH)2(液)/(ZnOHOH)2.7104
12、K3Zn(OH)3/(Zn(OH)2(液)OH)1.26104 K4Zn(OH)42/(Zn(OH)3OH)1.82104 金属络合物的平衡 2019/11/1816 n 与Zn(OH)2（固）呈平衡的各种离子、羟基络合 物与pH值的关系如下： Zn(OH)2(固) Zn22OH KspZn2OH27.1108 lgZn22pHpKsp2pKw2pH10.85 Zn(OH)2（固） Zn(OH)OH Ks1Zn(OH)OHKSPK13.551012 lgZn(OH)pHpKs1pKwpH2.55 金属络合物的平衡 2019/11/1817 Zn(OH)2（固） Zn(OH)2(液) Ks2Zn
13、(OH)2(液)Ks1K29.8108 lgZn(OH)2(液)pKs27.02 Zn(OH)2（固）OH Zn(OH)3 Ks3Zn(OH)3/OHKs2K31.2103 lgZn(OH)3pHpKs3pKwpH16.92 Zn(OH)2（固）2OH Zn(OH)42 Ks4Zn(OH) /OH2Ks3 K42.19102 lgZn(OH) 2pHpKs42pKw2pH29.66 金属络合物的平衡 2019/11/1818 氢氧化锌溶解平衡区域图 当pHl0.2以后 ，Zn(OH)2（ 固）的溶解度 随pH值升高而 增大 其它可生成两性氢氧 化物的金属也具有类 似的性质，如Cr3+、 Al3
14、+、Fe3+、Fe2+、 Cd2+、Cu2+、Pb2+等 2019/11/1819 某些金属氢氧化物沉淀析出的最佳pH值范围 金属离子Fe3+Al3+Cr3+Cu2+Zn2+Sn2+Ni2+Pb2+Cd2+Fe2+Mn2+ 沉淀的最 佳pH值值 6 12 5.5 8 89 89 10 58 9.59 9.5 10.5 5 12 10 14 加碱溶解的 pH值值 8.5910.5 8.59.512.5 当废水中存在CN、NH3、S2及Cl等配位体 时，能与金属离子结合成可溶性络合物，增大金 属氢氧化物的溶解度，对沉淀不利，应通过预处 理除去。 2019/11/1820 第13章 化学沉淀 13.
15、1 基本原理 13.2 氢氧化物沉淀法 13.3 硫化物沉淀法 13.4 碳酸盐沉淀法 13.5 铁氧体沉淀法 13.6 钡盐沉淀法 13.7 卤化物沉淀法 13.8 应用案例 2019/11/1821 13.3 硫化物沉淀法 u硫化物沉淀法是向废水中加入硫化氢、硫化铵 或碱金属的硫化物，使欲处理物质生成难溶硫 化物沉淀，以达到分离纯化的目的 u由于此方法消耗化学物质相当少，因此能大规 模应用 u常用的沉淀剂有H2S、Na2S、NaHS、CaS、 (NH4)2S等。根据沉淀转化原理，难溶硫化物 MnS、FeS等也可作为处理药剂。 2019/11/1822 硫化物沉淀法的应用 硫化物沉淀法可用于去除砷、汞以及含Cu2+、 Cd2+、Zn2+、Pb2+、AsO2等废水。 硫化物沉淀法处理含重金属废水，具有去除率 高、可分步
