强碱性溶液中高效吸附分离硒的应用基础研究

Selenium is difficult to be effectively separated from caustic solution, which restricts the large-scale application of alkaline metallurgy in the treatment of copper anode slimes. To solve this problem, we proposed a new way to separate the selenium efficiently by adsorption with layered double hydroxides (LDHs). Taking caustic solution of selenium as the object, the reaction mechanisms of adsorbing selenium with LDHs are researched systematically in this project. The relationships between the chemical composition and physical structure of absorbent and the adsorption capacity of selenium are revealed. Based on the design and optimum synthesis of LDHs, the adsorbent of high capacity, high exchange rate and stable structure is found. Through the element behaviors research, the adsorption differences between selenium and impurity elements like arsenic and sulfur are explored. The adsorption model and the kinetic regulation mechanism are established and the efficient removal of selenium from caustic solution is achieved. Moreover, the rules of desorption and circular adsorption of selenium by LDHs are researched, and the mechanism and the measures of improving the regeneration performance of LDHs are confirmed. After the project is completed, the fundamental theory of selenium separation will be further developed and improved, which can provide the new technology prototype for the efficient removal of selenium in alkaline metallurgy.

强碱性浸出液中的硒难以高效分离，限制了碱法冶金在铜阳极泥处理领域的规模化应用。为解决该问题，项目提出了一种利用层状双金属氢氧化物（LDHs）吸附分离硒的新思路。以强碱性含硒溶液为研究对象，重点研究LDHs对硒的吸附机理，揭示吸附剂组成结构与硒吸附容量的“构效关系”，通过设计与优化合成，获得高吸附容量、高交换速率、结构稳定的LDHs吸附剂；深入研究吸附过程各元素行为，探讨LDHs对硒与杂质元素砷、硫的吸附差异，建立吸附过程模型及动力学调控机制，实现强碱性溶液中硒的高效分离；研究LDHs解吸再生和循环吸附过程行为规律，明确提高LDHs解吸再生能力的机理和措施。项目完成后，可进一步发展和完善硒的分离理论，为碱法冶金中硒的高效分离提供新技术的原型。

硒的高效分离是铜阳极泥强碱性浸出液处理面临的主要难题，限制了碱法冶金在铜阳极泥处理领域的规模化应用。本项目以强碱性含硒溶液为研究对象，开展了层状双金属氢氧化物（LDHs）对硒的吸附分离研究。.开展了LDHs的设计及其优化合成研究。采用共沉淀法，通过正加、反加、并加合成三种类型的Ca-Al-Cl型LDHs。研究表明，三种加料方式制备的LDHs均为Ca2Al(OH)6 (H2O)2Cl，其中正加样品在介孔范围内孔道分布最丰富，具有最大的比表面积，含官能团含量最高，供交换的阴离子数量最高，在相同碱浓度下表现出的电负性最小，形态结构最为优异，表现出对Se(Ⅵ)最佳吸附能力。.开展了LDHs从强碱性溶液中高效吸附分离硒研究。采用静态吸附研究了各因素对吸附分离硒和砷的影响规律，以及吸附动力学及等温吸附过程。研究表明，50℃、40g.L-1碱浓度与30g.L-1吸附剂用量是最适宜的吸附条件。Ca-Al-Cl-LDHs对于Se(Ⅵ)的吸附主要是由于表面吸附、共沉淀及化学吸附，其控制步骤为化学吸附，30℃时最大吸附量达188.57mg.g-1。动态吸附研究表明，较短床层高度、较大流速和较高初始浓度有效加快床层穿透。.开展了Ca-Al-Cl型LDHs对Se(Ⅵ)的吸附机理和循环再生吸附研究。吸附机理包括多方面的作用，包括表面吸附、共沉淀及化学吸附为主要影响。研究了LDHs的解吸循环再生，确定了最佳的对硒解吸条件。解吸和再生结果表明，Ca-Al-LDHs再生后至少可重复使用3次，而不会显着降低其对Se(VI)的吸收能力。.项目建立了强碱性溶液中吸附分离硒的理论体系，建立LDHs的吸附模型 及反应调控机制，为强碱性溶液中各组分的分离富集提供理论依据和指导和新技术原型。本项目在研期间，共发表期刊论文9篇，其中SCI检索8篇；申请国家发明专利4项，其中授权发明专利2项。