[科普中國]-化學沉淀

簡介基本簡介

化學沉淀現象可以用溶度積來說明。在微溶性鹽類的飽和溶液中， 在一定溫度下，其離子濃度(克離子/升)的乘積是一個常數，稱溶度積。例如，氫氧化鎂的溶度積([Mg2+]·[OH-]2)在18°C時是 1.2×10-11。

反應簡介根據同離子效應，水中的鎂離子和氫氧根離子，不論它們來自同一化合物或不同的化合物，只要離子濃度的乘積超過氫氧化鎂的溶度積，它們就結合為氫氧化鎂沉淀。

應用簡介水中的鐵、錳鹽類，可用空氣或其他氧化劑氧化為難溶的氫氧化物或氧化物，而從水中析出。

廢水中對健康有害的金屬離子（如汞、鎘、鉻、鉛、銅和鋅）的氫氧化物都是難溶或微溶的物質。用石灰提高廢水的pH值，就可使它們從水中析出。

廢水中的鉻酸根離子(CrO厈)通常先還原為三價鉻離子，然后用石灰沉淀；也可以投加鋇鹽，使它成為溶解度極小的鉻酸鋇沉淀。

廢水中的有機磷經生物處理后轉化為磷酸鹽，將使承接廢水的水體富營養(yǎng)化。可用鋁鹽或鐵鹽把它轉化為難溶的磷酸鋁或磷酸鐵，從水中析出。

難溶鹽沉淀法使某些組分呈難溶化合物的形態(tài)沉淀析出的方法?？捎糜诮M分分離、除雜或提取。難溶鹽沉淀法分為加沉淀劑沉淀法、濃縮結晶法和鹽析結晶法三種。加沉淀劑沉淀法應用最廣，常用的沉淀劑有硫化物、氯化物、碳酸鹽、磷酸鹽、草酸鹽等。由于難溶鹽的溶解度小，其溶度積很小，添加相應的沉淀劑或將溶液蒸發(fā)濃縮或加入鹽析劑即可使相應的組分呈難溶鹽沉淀析出，如離子吸附型稀土礦浸出液中加入草酸可使稀土元素離子選擇性地定量沉淀析出;將鎢礦物原料苛性鈉浸出液蒸發(fā)濃縮可析出鎢酸鈉晶體等。1

反應沉淀CuSO4+2NaOH=Cu(OH)2↓+Na2SO4 藍色沉淀生成、上部為澄清溶液質量守恒定律實驗

Ca(OH)2+CO2= CaCO3↓+ H2O澄清石灰水變渾濁 應用CO2檢驗和石灰漿粉刷墻壁

Ca(HCO3)2Δ CaCO3↓+H2O+CO2↑ 白色沉淀、產生使澄清石灰水變渾濁的氣體水垢形成.鐘乳石的形成

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

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

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

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

FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3↓+3NaCl 溶液黃色褪去、有紅褐色沉淀生成

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 溶液藍色褪去、有藍色沉淀生成

CaO+ H2O = Ca(OH)2 白色塊狀固體變?yōu)榉勰?、生石灰制備石灰漿

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 工業(yè)制燒堿、實驗室制少量燒堿

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（其他氯化物類似反應） 應用于檢驗溶液中的氯離子

BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4↓+2NaCl 白色不溶解于稀硝酸的沉淀（其他硫酸鹽類似反應） 應用于檢驗硫酸根離子

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等均為白色沉淀

常見沉淀Cu(OH)2藍色沉淀

CuO 黑色沉淀

Cu2O 紅色沉淀

Cu2(OH)2CO3 暗綠色沉淀

CaCO3白色沉淀 （且有CO2生成）

Fe(OH)3紅褐色沉淀

Fe(OH)2為白色絮狀沉淀（在空氣中很快變成灰綠色，再變成Fe(OH)3紅褐色沉淀）

Fe2O3 紅棕色沉淀

FeO 黑色沉淀、

FeCO3 灰色沉淀

FeS2 黃色沉淀

AgBr淡黃色沉淀

Ag2CO3 黃色沉淀

AgCl 白色沉淀

AgI ,Ag3PO4黃色沉淀

PbS 黑色沉淀

BaCO3白色沉淀 （且有CO2生成）

BaSO4白色沉淀

不溶的碳酸鹽白色沉淀 （且有CO2生成）

不溶的堿、金屬氧化物白色沉淀（且有CO2生成）

離子水解法離子水解法分離和提取溶液中的金屬離子組分的一種常用方法，當用堿中和或用水稀釋酸性溶液時，其中的金屬陽離子呈金屬氫氧化物或堿式鹽的形態(tài)沉淀析出。Ks為金屬氫氧化物的溶度積常數;Kw為水的溶度積常數，25℃時Kw=10-4;aMn為金屬離子的活度。金屬離子呈堿式鹽沉淀析出的pH值為式中Ks為金屬堿式鹽的溶度積;Kw為水的溶度積，25℃時Kw=10-;ΔG°為金屬堿式鹽的生成標準自由能變化：aM為金屬陽離子的活度;aR為相應的酸根的活度;x、y為相應的系數;n、m分別為金屬陽離子和酸根的價數。從上兩式可知，金屬氫氧化物或堿式鹽的溶度積愈小，其沉淀起始的pH值和沉淀終了的pH值愈低;金屬陽離子濃度愈大，呈氫氧化物或堿式鹽沉淀的pH值愈低;相同條件下，變價金屬離子的高價離子呈氫氧化物或堿式鹽沉淀的起始pH值較低;同 一金屬陽離子呈堿式鹽沉淀的起始pH值比其呈氫氧化物沉淀的起始pH值低。因此，純凈的金屬氫氧化物沉淀只能從稀溶液中沉淀析出，浸出液或凈化液中含有大量的酸根，水解沉淀析出的常為堿式鹽。溶液中某些變價離子(如鐵)常呈低價形態(tài)存在，生產中常用氧化分步水解法進行組分分離。對某些組分也可用絡合水解法進行組分分離和提取，此時加入堿性絡合劑，使之與某些組分生成可溶性絡合物留在溶液中，其他金屬離子則水解沉淀析出，從而達到分離和富集的目的。如用氨水處理銅、鈷、鎳的酸浸液或用碳酸鈉溶液處理鈾礦酸浸液，可使銅、鈷、鎳或鈾留在溶液中，其他金屬離子呈氫氧化物、堿式鹽或碳酸鹽形態(tài)沉淀析出。1

實際應用太陽能電池生產企業(yè)含氟廢水處理工程，采用原有的“堿性鈣鹽沉淀+鋁鹽絮凝沉淀”二級化學沉淀工藝參數運行，處理出水不達標的現象，在保持原有構筑物不變的前提下，在實驗室尺度范圍內對原有工藝參數進行優(yōu)化，并應用于現場實踐。針對二級化學沉淀法在工程應用中出現的為達標排放就必須以增加藥劑消耗和環(huán)境風險為代價的問題，提出了“中性鈣鹽沉淀+鋁鹽絮凝沉淀”二級化學沉淀+活性氧化鋁（γ-Al2O3）吸附工藝，在實驗室條件下優(yōu)化出各級處理單元的工藝參數，并探討其可行性?？紤]到γ-Al2O3在應用時存在吸附容量不大，再生頻繁等問題，對此，提出了超聲載鐵活性氧化鋁（簡寫為Fe/γ-Al2O3）的改性方案，并在小試范圍內對超聲載鐵活性氧化鋁（簡寫為Fe/γ-Al2O3）的制備方法、表征、除氟吸附性能、再生方法及在實際含氟廢水處理中的應用進行了研究。本項目研究可為太陽能電池生產企業(yè)含氟廢水的處理提供技術支持和新材料。實驗室條件下獲得的二級化學沉淀最優(yōu)工藝參數為：一級用Ca（OH）2沉淀F-，pH控制在7-9，二級用Al2（SO4）3·18H2O絮凝殘氟，pH控制在7左右，藥劑投加量為2000mg/L以上，將此參數運用于實際工程，處理出水CF-僅為15mg/L左右，接近排放標準；實驗室尺度范圍內獲得的二級化學沉淀+吸附工藝最優(yōu)參數為：一級鈣鹽沉淀pH7-9，二級絮凝沉淀pH6.5-7.5，Al2（SO4）3·18H2O投加量500mg/L，吸附階段γ-Al2O3的投加量為240g/L時，震蕩8h，能將氟離子初始濃度為30mg/L，pH為7左右的含氟廢水處理到10mg/L以下，能夠達標排放。通過對Fe/γ-Al2O3制備方法、表征、除氟吸附性能及再生方法的研究，得出以下結論：①實驗所獲得的Fe/γ-Al2O3制備方法為，將γ-Al2O3投加到0.072mol/L的FeSO4·7H2O水溶液中，控制γ-Al2O3與FeSO4·7H2O質量比為10:1，再將混合液置于功率250w，溫度20℃的超聲波環(huán)境中，超聲15min，最后進行固液分離、洗滌和干燥過程；②SEM、TEM、XRD、BET、XPS的表征結果表明，鐵以無定形氧化鐵的形式存在于吸附劑表面，其負載量為0.54%，Fe/γ-Al2O3的BET比表面積與孔容分別為304.3m2/g和0.341cm3/g，均低于γ-Al22O（3320.0m/g，0.356cm3/g）；③所制備的Fe/γ-Al2O3在25℃，pH為7左右，對F-的吸附滿足Langmuir等溫線，對F-的飽和吸附容量為1.65mg/g，高于γ-Al2O3（1.05mg/g），Fe/γ-Al2O3對F-的吸附符合準二級動力學模型，其速率控制步驟包括邊界層擴散和內部擴散兩個過程；④將除氟后的Fe/γ-Al2O3用1%氫氧化鈉浸泡后，將顆粒物取出并置入蒸餾水中，用鹽酸調節(jié)溶液的pH值至5-8，經過濾、干燥等過程可獲得再生吸附劑。再生吸附劑的除氟效果與新制備的Fe/γ-Al2O3相當。在小試范圍內，將Fe/γ-Al2O3用于深度處理太陽能電池生產企業(yè)含氟廢水。研究結果表明，在pH3-9、投加吸附劑40g/L、接觸時間24h的條件下進行靜態(tài)吸附，CF-可從30mg/L降至10mg/L左右；在體積空速為1.7h-1的條件下，動態(tài)吸附的穿透時間為3.5h/t。與γ-Al2O3相比，Fe/γ-Al2O3具有更寬的適用pH，更長的穿透時間（是γ-Al2O3的5倍），以及更高的環(huán)境效益。2

影響污水處理廠污泥上清液中富集著較高濃度溶解性的氮磷,將此部分氮磷形成磷酸鹽沉淀(如磷酸氨鎂、磷酸鈣、磷酸鋁等)加以回收利用,受到各種因素的影響。文章以正交試驗得出的影響因素為基礎,深入研究了pH、初始PO43--P的濃度、Mg/P和反應時間對某污水廠污泥上清液中磷酸氨鎂沉淀法回收氮磷的影響。結果表明:pH是影響污泥上清液中氮磷回收的關鍵因素,最佳pH范圍9.5～10.5,控制pH=10.0,初始PO43--P濃度在78.20 mg/L以上,無外加鎂劑,攪拌時間為10 min,PO43--P和NH4+-N回收率分別可達到90%和20%。以硫酸鋁銨、碳酸氫銨為原料,采用化學沉淀法,在不同pH條件下制備Al2O3的前驅體NH4Al(OH)2CO3,再經不同溫度焙燒得到Al2O3粉體;利用掃描電鏡、X射線衍射等分析手段對Al2O3粉體進行表征。結果表明,反應溶液pH的增大能降低Al2O3的相轉變溫度,但pH越大,所得到的Al2O3粉體越容易團聚;控制反應溶液的pH為9~10,焙燒溫度為800℃左右,可得到結晶度高的γ-Al2O3粉體,其平均晶粒徑約為12 nm。3