化學沉澱 chemical precipitation投加化學劑，使水中需要去除的溶解物質轉化為難溶物質而析出的水處理方法。用在給水處理中，用以去除鈣、鎂、鐵、錳等。廢水中的有機磷經生物處理後轉化為磷酸鹽，含鈣、鎂較高的水稱硬水。降低鈣、鎂的濃度稱軟化。硬水軟化可用化學沉澱法。利用離子水解法或難溶鹽沉澱法進行溶液組分分離和富集的方法。在化學選礦中，該法用於浸出液處理;此法也廣泛用於濕法冶金和化學工業部門。在化學處理礦物原料初期，化學沉澱法主要用於淨化分離和沉澱提取某些組分，隨後淨化分離的任務大部分已被離子交換法、吸附法和有機溶劑萃取法所代替，該法則主要用於從浸出液或淨化液中沉澱析出目的組分。化學沉澱法分離子水解法和難溶鹽沉澱法兩類。
基本介紹
- 中文名：化學沉澱
- 外文名：chemical precipitation
- 實質：溶解物質轉化為難溶物質而析出
- 涉及：溶度積
- 學科：氣象環境
- 拼音：hua xue chen dian
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簡介
基本簡介
化學沉澱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
套用簡介
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。
難溶鹽沉澱法
使某些組分呈難溶化合物的形態沉澱析出的方法。可用於組分分離、除雜或提取。難溶鹽沉澱法分為加沉澱劑沉澱法、濃縮結晶法和鹽析結晶法三種。加沉澱劑沉澱法套用最廣，常用的沉澱劑有硫化物、氯化物、碳酸鹽、磷酸鹽、草酸鹽等。由於難溶鹽的溶解度小，其溶度積很小，添加相應的沉澱劑或將溶液蒸發濃縮或加入鹽析劑即可使相應的組分呈難溶鹽沉澱析出，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澱析出;將鎢礦物原料苛性鈉浸出液蒸發濃縮可析出鎢酸鈉晶體等。
反應沉澱
CuSO4+2NaOH=Cu(OH)2↓+Na2SO4 藍色沉澱生成、上部為澄清溶液質量守恆定律實驗
Ca(OH)2+CO2= CaCO3↓+ H2O澄清石灰水變渾濁 套用CO2檢驗和石灰漿粉刷牆壁
HCl+AgNO3= AgCl↓+HNO3 生成白色沉澱、不溶解於稀硝酸檢驗Cl—的原理
Ba(OH)2+ H2SO4=BaSO4↓+2H2O 生成白色沉澱、不溶解於稀硝酸檢驗SO42—的原理
BaCl2+ H2SO4=BaSO4↓+2HCl 生成白色沉澱、不溶解於稀硝酸檢驗SO42—的原理
Ba(NO3)2+H2SO4=BaSO4↓+2HNO3 生成白色沉澱、不溶解於稀硝酸檢驗SO42—的原理
FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3↓+3NaCl 溶液黃色褪去、有紅褐色沉澱生成
AlCl3+3NaOH=Al(OH)3↓+3NaCl 有白色沉澱生成
MgCl2+2NaOH = Mg(OH)2↓+2NaCl
CuCl2+2NaOH = Cu(OH)2↓+2NaCl 溶液藍色褪去、有藍色沉澱生成
CaO+ H2O = Ca(OH)2 白色塊狀固體變為粉末、生石灰製備石灰漿
Ca(OH)2+SO2=CaSO3↓+ H2O 有白色沉澱生成 國中一般不用
Ca(OH)2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaOH 有白色沉澱生成 工業制燒鹼、實驗室制少量燒鹼
Ba(OH)2+Na2CO3=BaCO3↓+2NaOH 有白色沉澱生成
Ca(OH)2+K2CO3=CaCO3↓ +2KOH 有白色沉澱生成
CaCl2+Na2CO3= CaCO3↓+2NaCl 有白色沉澱生成
MgCl2+Ba(OH)2=BaCl2+Mg(OH)2↓ 有白色沉澱生成
Mg(OH)2 ,AL(OH)3 ,AgCl,BaSO4,BaCO3,BaSO3,Caco3等均為白色沉澱
常見沉澱
Cu(OH)2藍色沉澱
CuO 黑色沉澱
Cu2O 紅色沉澱
Cu2(OH)2CO3 暗綠色沉澱
CaCO3白色沉澱 （且有CO2生成）
Fe(OH)3紅褐色沉澱
Fe(OH)2為白色絮狀沉澱（在空氣中很快變成灰綠色，再變成Fe(OH)3紅褐色沉澱）
Fe2O3 紅棕色沉澱
FeO 黑色沉澱、
FeCO3 灰色沉澱
FeS2 黃色沉澱
AgBr淡黃色沉澱
Ag2CO3 黃色沉澱
AgCl 白色沉澱
AgI ,Ag3PO4黃色沉澱
PbS 黑色沉澱
BaCO3白色沉澱 （且有CO2生成）
BaSO4白色沉澱
不溶的碳酸鹽白色沉澱 （且有CO2生成）
不溶的鹼、金屬氧化物白色沉澱（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，當用鹼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鹼式鹽的形態沉澱析出。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。金屬離子呈鹼式鹽沉澱析出的pH值為式中Ks為金屬鹼式鹽的溶度積;Kw為水的溶度積，25℃時Kw=10-;ΔG°為金屬鹼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為相應的係數;n、m分別為金屬陽離子和酸根的價數。從上兩式可知，金屬氫氧化物或鹼式鹽的溶度積愈小，其沉澱起始的pH值和沉澱終了的pH值愈低;金屬陽離子濃度愈大，呈氫氧化物或鹼式鹽沉澱的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鹼式鹽沉澱的起始pH值較低;同 一金屬陽離子呈鹼式鹽沉澱的起始pH值比其呈氫氧化物沉澱的起始pH值低。因此，純淨的金屬氫氧化物沉澱只能從稀溶液中沉澱析出，浸出液或淨化液中含有大量的酸根，水解沉澱析出的常為鹼式鹽。溶液中某些變價離子(如鐵)常呈低價形態存在，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，此時加入鹼性絡合劑，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澱析出，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、鹼式鹽或碳酸鹽形態沉澱析出。
實際套用
太陽能電池生產企業含氟廢水處理工程，採用原有的“鹼性鈣鹽沉澱+鋁鹽絮凝沉澱”二級化學沉澱工藝參數運行，處理出水不達標的現象，在保持原有構築物不變的前提下，在實驗室尺度範圍內對原有工藝參數進行最佳化，並套用於現場實踐。針對二級化學沉澱法在工程套用中出現的為達標排放就必須以增加藥劑消耗和環境風險為代價的問題，提出了“中性鈣鹽沉澱+鋁鹽絮凝沉澱”二級化學沉澱+活性氧化鋁（γ-Al2O3）吸附工藝，在實驗室條件下最佳化出各級處理單元的工藝參數，並探討其可行性。考慮到γ-Al2O3在套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，並在小試範圍內對超聲載鐵活性氧化鋁（簡寫為Fe/γ-Al2O3）的製備方法、表征、除氟吸附性能、再生方法及在實際含氟廢水處理中的套用進行了研究。本項目研究可為太陽能電池生產企業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澱最優工藝參數為：一級用Ca（OH）2沉澱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，將此參數運用於實際工程，處理出水CF-僅為15mg/L左右，接近排放標準；實驗室尺度範圍內獲得的二級化學沉澱+吸附工藝最優參數為：一級鈣鹽沉澱pH7-9，二級絮凝沉澱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，震盪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製備方法、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製備方法為，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，再將混合液置於功率250w，溫度20℃的超音波環境中，超聲15min，最後進行固液分離、洗滌和乾燥過程；②SEM、TEM、XRD、BET、XPS的表徵結果表明，鐵以無定形氧化鐵的形式存在於吸附劑表面，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，均低於γ-Al22O（3320.0m/g，0.356cm3/g）；③所製備的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，高於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將除氟後的Fe/γ-Al2O3用1%氫氧化鈉浸泡後，將顆粒物取出並置入蒸餾水中，用鹽酸調節溶液的pH值至5-8，經過濾、乾燥等過程可獲得再生吸附劑。再生吸附劑的除氟效果與新製備的Fe/γ-Al2O3相當。在小試範圍內，將Fe/γ-Al2O3用於深度處理太陽能電池生產企業含氟廢水。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），以及更高的環境效益。
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澱(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澱法回收氮磷的影響。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範圍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,採用化學沉澱法,在不同pH條件下製備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。
