王水溶解金与还原反应

王水溶解金与还原反应

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           金在通常情况下只能溶解于王水和碱金属氰化物溶液中,因此工业上产生的含金废液主要有含金废王水溶液和含金氰化废液两类.
(1)、含金废王水将含金固体废料溶于王水是最常用的将金转入溶液的方法.所得溶液酸度较大,常称为含金废王水,金在其中以+3价氧化态存在.从中回收金的基本原理是向这些游离状态或配位状态的金离子提供电子,使其转化为原子状态而得到金的单质.常用的向金离子提供电子的方法有两种:一是在废王水溶液中加入适当的还原剂使金离子得到还原;二是通过电解方式向金离子提供电子,使金在阴极析出.
目前在工业上得到应用并可用于回收废王水中金的还原剂主要有硫酸亚铁、亚硫酸钠、活泼过渡金属(如锌粉和铁粉等)、亚硫酸氢钠(NaHS03)、草酸、甲酸和水合肼等.使用还原法回收金时必须注意废王水的酸性和氧化性的强弱.通常情况下,废王水的酸性和氧化性很强,在加入还原剂之前必须设法降低其酸性和氧化性.常用的方法是将含金废王水过滤除去不溶性杂质,所得滤液置于瓷质或玻璃内衬的容器中加热煮沸,在此过程中以少量多次的方式滴加一定量的盐酸,使废王水中的氮氧化物气体逸出.此操作俗称为赶硝.赶硝是否完全的简单判别标准是从废王水中逸出的气体颜色必须为无色.
硫酸亚铁是工业用途很广的廉价无机还原剂,它与废王水作用发生的氧化还原反应如下:
3FeS04 +HAuCl4 HCI→FeCl3 +Fe2 (S04)3 +Au↓
将经过过滤和赶硝的含金废王水趁热抽人高位槽,在搅拌下滴加到过量的饱和硫酸亚铁溶液中,硫酸亚铁溶液可以适当加热.当取少量0. Imol/L HAuCI4溶液滴加到少量硫酸亚铁的反应混合物中无明显反应时,可以认为反应混合物已经没有还原性.停止滴加废王水,继续搅拌2h后,静置沉降.用倾桁法分离沉淀下来的黑色金粉,用水洗净后铸锭得到粗金.所得滤液集中起来,用锌粉进一步处理.
因硫酸亚铁的还原能力较小,用硫酸亚铁处理含金废王水时除贵金属以外的其他金属很难被它还原,因而即使处理含贱金属较多的含金废液,其还原产出的金的品位也可达98%以上.但此法作用缓慢,终点不易判断而且金不易被彻底还原,因此尚需锌粉进一步处理尾液.
亚硫酸钠也是一种工业上常用的廉价还原剂,许多冶炼企业在焙烧含硫矿物或其他物料时,为了降低烟尘中的二氧化硫含量,通常将除尘后的烟气导入氢氧化钠溶液中,所得溶液中亚硫酸钠的含量较高,可以用此溶液直接作为处理含金废王水的还原剂以达到以废治废和综合利用的目的.将经过除尘和净化的含二氧化硫的气体直接通入含金废王水中可以达到同样的效果.亚硫酸钠还原含金废王水的反应方程式如下:
Na2S03+2HCI→S02+2NaCl+H20
2SO2 +2HAuCl4 +6H20→2Au ↓ +8HCl+3H2S04
具体操作如下:将经过过滤和赶硝的含金废王水趁热抽入高位槽,在搅拌下滴加到过量的饱和亚硫酸钠溶液中,还原时适当加热溶液,有利于产出大颗粒黄色海绵金.加入少量聚乙烯醇(加入量约为0.3~30g/L)作凝聚剂以利于漂浮金粉沉降,充分反应后静置.用倾析法分离沉淀下来的黑色金粉,用水洗净后铸锭得到粗金.
锌粉是黄金精炼过程中常用的金属还原剂,其特点是还原容量大,置换金的速度快.缺点是过量锌粉与置换所得金粉混在一起,必须再用硝酸或盐酸将多余的锌粉溶解掉才能得到较纯的金粉.将经过过滤和赶硝的含金废王水趁热抽入高位槽·调节溶液的pH一1~2,加入过量锌粉.充分反应后离心分离,所得金锌混合物用去离子水反复清洗到没有氯离子为止.在搅拌下用硝酸溶煮,所得金粉的颜色为正常的金黄色,团聚良好,用水洗净后铸锭得到粗金.置换过程中控制pH=1—2的目的主要是为了防止锌盐水解,有利于产物澄清和过滤.置换产出的金属沉淀物含有过量锌粉,可用硝酸或盐酸将其溶解.需要注意的是选用盐酸溶解时,沉淀中不应含有硝酸根,除银、铅、汞外,其余贱金属都易被盐酸溶解.选用硝酸溶解时,硝酸几乎能溶解夹杂在金粉中的所有普通金属杂质,但沉淀中不应含氯离子,否则还原所得的金粉有可能再次被溶解掉.另外,还可选用硫酸来溶解锌及其他杂质,沉淀金不易重新溶解,但钙、铅离子不能与沉淀分离,产品易呈黑色.
对含金量很低且量大的废王水,赶硝处理时能源消耗太大,可以采用亚硫酸氢钠(NaHSO.)作为还原剂进行还原处理,用亚硫酸氢钠进行还原时不需要赶硝.具体操作是:将含金废王水过滤后,先用碱金属或碱土金属的氢氧化物(例如含质量25%~60%的NaOH或KOH)或碳酸盐的溶液调整含金废王水的pH值为2~4,并将其加热至50℃并维持一段时间,加入少量硬脂酸丁酯作凝聚剂.在搅拌下滴加NaHSO.饱和溶液沉淀金.所得金粉经洗涤后可以熔铸成粗金,含量约为98%.
使用草酸、甲酸、抗坏血酸和水合肼等有机还原剂对含金废王水进行还原处理的最大好处是不会引入新的杂质,但成本较高,从含金废王水中回收金粉时很少采用,在将电解金加工成特定粒度的金粉工业产品时用得较多.
各种还原剂回收金后的尾液中是否还含有金,即回收是否完全,可采用以下方法进行判断:按尾液颜色判断,若尾液无色,则金已基本沉淀提取完全;用氯化亚锡酸性溶液检查,有金时由于生成胶体细粒金悬浮在溶液中,使溶液呈紫红色;否则说明尾液中金已提取完全.

(2)、含金氰化废液第二大类含金废液是含金氰化废液,主要包括电镀过程产生的镀金废液(一般酸性镀金废液含金4~12g/L,中等酸性镀金废液含金4g/L,碱性废液含金达20g/L)、氰化法提金产生的废水以及含金氰化产品(如氰化亚金钾等)生产过程中产生的废水.常用的含金氰化废水中金回收方法主要有电解法、置换法和吸附法等.根据含金氰化废水的种类和金含量的高低可以选择单种方法处理,也可以采取几种方法联合处理.
①电解法将含金氰化废水置于一敞开式电解槽中,以不锈钢作为阳极,纯金薄片作为阴极,控制液温为70~90℃,通人直流电进行电解,槽电压约5~6V.在直流电的作用下,金离子迁移到阴极并在阴极上沉积析出.当槽中镀液经过定时取样分析且金含量降至规定浓度以下时结束电解,再换上新的废镀液继续电解提金.当阴极析出金积累到一定数量后取出阴极,洗涤后铸成金锭.
电解法处理含金氰化废水除采用上述开槽电解外,还可以用闭槽电解进行处理.即采用一封闭的电解槽进行电解作业,溶液在系统中循环,控制槽电压为2. 5V进行电解.当废镀液含金量低于规定浓度时停止电解,然后出槽、洗净、铸锭.电解尾液经吸收槽处理达标后,废弃排放.闭槽电解的自动化程度较高,对环境比较友好,但一次性设备投入较大.
②置换法含金氰化废水中的金通常以[Au(CN)2]一的形式存在.在含金氰化废水中加入适当还原剂,即可将 [Au(CN)2]一中的金还原出来.根据含金氰化废水的种类和含金量,还原剂可以选用无机还原剂(如锌粉、铁粉、硫酸亚铁等)或有机还原剂(如草酸、水合肼、抗坏血酸、甲醛等).无机还原剂价格比有机还原剂低,但处理含金氰化废水以后,过量的无机还原剂必须设法除去.有机还原剂价格较高,但还原金氰配合物后的产物与金很容易分离.由于金在回收过程中首先得到粗金,后面提纯在所难免.因此,实际操作中一般采用无机还原剂(特别是锌粉和铁粉)进行还原,将金置换成黑金粉沉人槽底.锌粉还原的反应方程式如下:
2KAu(CN)2+Zn→K2Zn(CN)4+2Au↓
具体操作步骤为:将含金氰化废水取样分析,确定其中的含金量.将废液置于塑料容器中,加入约1.5倍理论量的锌粉,搅拌.为加速置换过程,含金废镀液应适当稀释和酸化,控制pH=1~2.在酸化废液时易放出HCN气体,所以有关作业应在通风橱中进行.置换产物过滤后,浸入硫酸以去除多余的锌粉,再经洗涤、烘干、浇铸即得粗金.滤液经过分析含金量和游离氰含量,当含金量和游离氰含量低于规定值时可以排放;否则应进一步进行处理.
③活性炭吸附法活性炭对金氰配合物具有较高的吸附能力,活性炭吸附的作业过程包括吸附、解吸、活性炭的返洗再生和从返洗液中提金等步骤.
含金氰化废水经化验含金量后,置于塑料容器中.加入适当粒度的活性炭,充分搅拌.将吸附混合物离心脱水,所得液体收集后集中处理.将所得湿固体加入到由10% NaCN和1%NaOH组成的混合液中,加热至80℃,充分搅拌下进行解吸金.过滤或离心脱水,所得滤液即为含金返洗液,将活性炭加入到去离子水中,充分搅拌,脱水,反复三次.所得滤液并人含金返洗液中,活性炭经干燥后可以重新使用.返洗液中金的含量已经大大提高.可用电解或还原的方法将返洗液中的金提取出来.
用活性炭处理含金氰化废水时,废液中[Au( CN)2]-被活性炭的吸附一般认为是物理吸附过程.活性炭孔隙度的大小直接影响其活性的大小,炭的活性愈强对金的吸附能力愈大.常用活性炭的粒度为10—20目和20 -40目两种.活性炭对金吸附容量可达29. 74g/kg,金的被吸附率达97%.南非专利认为,先用臭氧、空气或氧处理废氰化液,再用活性炭吸附可取得更好效果.此外,解吸剂可选用能溶于水的醇类及其水溶液,也可选用能溶于强碱的酮类及其水溶液.这类解吸剂的(体积百分数)组成为:H20 (0~60%),CH3OH或CH3CH2OH( 40%~100%), NaOH(≥0.llg/L);或者CH30H(75%~100%),水(0~25%),NaOH (20.lg/L).
④离子变换法 由于含金氰化废水中金以[Au(CN)2]阴离子的形式存在,因此可以选用适当的阴离子交换树脂从含金废液中离子交换金,再用适当的溶液将[Au( CN)2]一阴离子从树脂上冼提下来.将阴离子交换树脂装柱,先用去离子水试验柱的流速,调节合适后将经过过滤的含金废液通过离子交换柱,定时检测流出液含金量.当流出液的含金量超出规定标准时停止通入含金氰化废水.用硫脲盐酸溶液或盐酸丙酮溶液反复洗提金,使树脂再生.洗提液含金量大大提高,用电解或还原的方法将洗提液中的金提取出来.
⑤溶剂萃取法其基本原理是利用含金氰化废水中的金氰配合物在某些有机溶剂中的溶解度大于在水相中的溶解度而将含金配合物萃取到有机相中进行富集,处理有机相得到粗金.试验表明,可用于萃取金的有机溶剂有许多,如乙酸乙酯、醚、二丁基卡必醇、甲基异丁基酮( MIBK)、磷酸三丁酯(TBP)、三正辛基氧化膦(TOPO)和三辛基甲基胺盐等都可以从含金溶液中萃取金.萃取作业时,含金废液的萃取道次一般控制在3~8次,如萃取剂选择适当,萃取回收率一般都能达到95%以上.

   

重铬酸钾法（CODCr）

概述

1原理

在强酸性溶液中，一定量的重铬酸钾氧化水样中还原性物质，过量的重铬酸钾以试亚铁灵作指示剂、用硫酸亚铁铵溶液回滴。根据用量算出水样中还原性物质消耗的氧。

2干扰及其消除

酸性重铬酸钾氧化性很强，可氧化大部分有机物，加入硫酸银作催化剂时，直链脂肪族化合物可完全被氧化，而芳香族有机物却不易被氧化，吡啶不被氧化，挥发性直链脂肪族化合物、苯等有机物存在于蒸气相，不能与氧化剂液体接触，氧化不明显。氯离子能被重铬酸盐氧化，并且能与硫酸银作用产生沉淀，影响测定结果，故在回流前向水样中加入硫酸汞，使成为络合物以消除干扰。氯离子含量高于2000mg/L的样品应先作定量稀释、使含量降低至2000mg/L一下，再行测定。

3访法的适用范围

用0.25mol/L浓度的重铬酸钾溶液可测定大于50mg/L的COD值。用0.25mol/L浓度的重铬酸钾溶液可测定5—50mg/L的COD值，但准确度较差。

仪器

（1）回流装置：带250ml锥形瓶的全玻璃回流装置（如取样量在30ml以上，采用500ml锥形瓶的全玻璃回流装置）。

（2）加热装置：电热板或变组电炉。

（3）50ml酸式滴定剂。

试剂

（1） 重铬酸钾标准溶液（1/6 ＝0.2500mol／L：）称取预先在120℃烘干2h的基准或优级纯重铬酸钾12.258g溶于水中，移入1000ml容量瓶，稀释至标线，摇匀。

（2） 试亚铁灵指示液：称取1.485g邻菲啰啉，0.695g硫酸亚铁溶于水中，稀释至100ml，贮于棕色瓶内。

（3） 硫酸亚铁铵标准溶液：称取39.5g硫酸亚铁铵溶于水，边搅拌便缓慢加入20ml浓硫酸，冷却后移入1000ml容量瓶中，加水稀释至标线，摇匀。临用前，用重铬酸钾标准溶液标定。

标定方法：准确西艘10.00ml重铬酸钾标准溶液与500ml锥形瓶中，加水稀释至110ml左右，缓慢加入30ml浓硫酸，混匀。冷却后，加入三滴试亚铁灵指示液（约0.15ml）用硫酸亚铁铵滴定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色及为终点。

式中，c—硫酸亚铁铵标准溶液的浓度（mol/L）;V—硫酸亚铁铵标准滴定溶液的用量（ml）。

（4）硫酸－硫酸银溶液：与2500ml浓硫酸中加入25g硫酸银。放置1-2d，不时摇动使其溶解（如无2500ml容器，可在500ml浓硫酸中加入5g硫酸银）。

（5）硫酸汞：结晶或粉末。

精密度和准确度

六个实验室分析COD为150mg／L的邻笨二甲酸氢钾统一分发标准溶液，实验室内相对标准偏差为4.3％；实验室间相对标准偏差为5.3％。

注意事项

（1）使用0.4g硫酸汞络合氯离子的最高量可达40mL，如取用20.00mL水样，即最高可络合2000mg/L氯离子浓度的水样。若氯离子浓度较低，亦可少加硫酸汞，是保持硫酸汞：氯离子＝10:1（W／W）。如出现少量氯化汞沉淀，并不影响测定。

（2）水样去用体积可在10.00-50.00mL范围之间，但试剂用量及浓度按相应调整，也可得到满意结果。

（3）对于化学需氧量小于50mol/L的水样，应该为0.0250mol/L重铬酸钾标准溶液。回滴时用0.01/L硫酸亚铁铵标准溶液。

（4）水样加热回流后，溶液中重铬酸钾剩余量应为加入少量的1／5－4／5为宜。

（5）用邻笨二甲酸氢钾标准溶液检测试剂的质量和操作技术时，由于每克邻笨二甲酸氢钾的理论CODCr为1.167g，所以溶解0.4251L邻笨二甲酸氢钾与重蒸馏水中，转入1000mL容量瓶，用重蒸馏水稀释至标线，使之成为500mg/L的CODCr标准溶液。用时新配。

（6）CODCr的测定结果应保留三位有效数字。

（7）每次实验时，应对硫酸亚铁铵标准滴定溶液进行标定，室温较高时尤其注意其浓度的变化