摘要
金属资源在被大量开采利用的同时，也副产了巨量的重金属废水和固废。当前以危险管控为目标的处理处置方式，一方面有严重的二次污染风险，另一方面存在金属资源大量浪费。因此，将废水及固废中的金属资源有效回收才是解决上述问题的理想途径。 重金属废水处理生成的污泥与固废中含有的细颗粒物相对重金属具有极强的作用力，是影响重金属分离回收的关键。因此，抑制重金属废水在处置过程中产生细颗粒相，和消除固废中的细颗粒相，是解决好重金属分离回收的重要思路。基于此，本文利用纳米Mg(OH)2材料对废水中重金属广谱富集能力，及其自身具有可碳化循环相变（“Mg(OH)2-MgHCO3-MgCO3-MgO-Mg(OH)2”）的独有化学特征，期望在CO2辅助下通过Mg(OH)2材料循环相变及碳化产物溶解性差异，致力于解决好废水抑制污泥生成和重金属分离回收问题。同时利用氯元素电负性强，极易氯化固废中金属形成可溶性盐和挥发性氯化产物的化学特征，期望通过氯化反应调控解离消除细颗粒物相，形成易挥发的金属氯化物实现固废中目标金属分离回收。 基于上述Mg(OH)2循环相变和氯化相变的调控原理，本文以电镀废水和含铬危废两个典型对象作为研究模板，探究CO2辅助Mg(OH)2相变循环分离回收废水中重金属的新原理新技术，探究氯化相变调控挥发分离固废中重金属的新原理与新技术。具体研究内容如下： （1）不同类型重金属强作用氢氧化镁纳米材料构筑及富集规律研究：构筑了分别对阳离子、阴离子不同类型重金属富集效果最佳的氢氧化镁材料，富集规律研究表明：沉淀法合成的花状Mg(OH)2，对多种阳离子重金属具有深度去除能力（C0=100mg/L,Ce＜0.07mg/L）；骤冷法制备出的富缺陷Mg(OH)2材料，对HAsO42-和CrO42-等阴离子吸附力更强；阳离子重金属反应后在材料表明形成了金属氢氧化物、金属氧化物等结晶相和无定形相，过程存在多种反应路径。以上研究，为CO2辅助Mg(OH)2相变回收水中重金属策略研究提供了基础理论支持。 （2）氢氧化镁相变对电镀废水中重金属循环富集回收研究：首先以含Pb废水为例，探究了CO2辅助下Mg(OH)2相变富集回收Pb2+的过程与分离机制，研究表明：Mg∶Pb摩尔比在2以上利于Pb2+的深度去除，Pb2+低于0.0205mg/L；经CO2后处理，未反应的Mg(OH)2转变Mg(HCO3)2，富集产物Pb3(CO3)2(OH)2转变为纳米PbCO3，纯度大于99.21%。90%以上的镁盐可转化成纳米薄片状MgO进行循环使用。该策略对含Cu2+、含Eu3+、含Cr2O42-、含Pb2+/Zn2+，含CrO42-/Cu2+等不同类型电镀废水中金属回收具有一定的广谱效果。 （3）氯化焙烧法调控含铬危废矿相转变选择性回收六价铬：系统研究了铬盐铬渣、含铬电镀污泥、皮革污泥、不锈钢渣等典型含铬危废的微观结构，筛选出了最佳的氯化调控剂配方，探究了低温下铬渣中主要含铬物相转化和铬挥发的调控方法与反应机制，形成了最佳的氯化挥发工艺：在N2气氛下350℃焙烧，使用NH4Cl作为氯化剂，Cr6+还原生成CrCl3，还原率和挥发率均可达到99%以上，为吨级装备的开发与工程化实验提供了数据支撑。 （4）氯化焙烧法成套装备开发与吨级工程化应用：基于上述工艺，根据特殊的工艺要求研发了笼式搅拌器和电磁加热氯化反应罐，设计出了成套的铬渣氯化挥发铬分离装备。并选取广东某化工园区的历史堆存铬渣进行中试实验（每次处理量约100公斤）。检测结果显示，Cr6+的提取率均可以达到95%以上，处理后残渣的浸出液中的总铬含量均低于0.3mg/L，可满足一般工业固废的处置标准。
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