第 8 章 化学沉淀

Chemical Precipitation

1 、化学沉淀法定义

化学沉淀法是向污水中投加某种化学物质，使它与污水中的溶解物质发生化学反应，生成难溶于水的沉淀物，以降低污水中溶解物质的方法。

主要针对废水中的阴、阳离子。

第一节 化学沉淀基本知识

2 、处理对象

(1) 废水中的重金属离子及放射性元素：如Cr3+ 、 Cd3+ 、 Hg2+ 、 Zn2+ 、 Ni2+ 、 Cu2+ 、 Pb2+ 、Fe3+等。

(2) 给水处理中去除钙，镁硬度。

(3) 某些非金属元素：如 S2- 、 F-等。

第一节 化学沉淀基本知识

3 、沉淀的条件 (1) 难溶盐溶度积

在一定条件下，在含有难溶盐 MnNn

（固体）的饱和溶液中，各种离子浓度的乘积为一常数，称为溶度积常数，记为 LMnNn。

第一节 化学沉淀基本知识

MmNn == mM n+ + nNm-

溶度积常数 : LMmNn=[Mn+]m•[Nm-]n

式中： [Mn+]— 表示金属阳离子摩尔浓度，（ mol/L ）；

[Nm-]— 表示阴离子摩尔浓度（ mol/L ）。

第一节 化学沉淀基本知识

根据溶度积原理判断溶液中是否有沉淀产生： A 、离子积 [Mn+]m•[Nm-]n < LMmNn时，

溶液未饱和，全溶，无沉淀。 B 、离子积 [Mn+]m•[Nm-]n = LMmNn时，

溶液正好饱和，无沉淀。 C 、离子积 [Mn+]m•[Nm-]n > LMmNn时，

形成 MmNn 沉淀。

第一节 化学沉淀基本知识

根据以上原理，可用它来去除废水中的金属离子 Mn+ 。为了去除废水中的 Mn+ 离子，向其中投加具有 Nm- 离子的某种化合物，使得[Mn+]m•[Nm-]n > LMmNn，形成 MmNn 沉淀，从而降低废水中的 Mn+离子。具有这种作用的化学物质为沉淀剂。

第一节 化学沉淀基本知识

(2) 溶解度与溶度积常数的关系 难溶盐在溶液中的溶解度用 S( 或SMmNn) 表示，是沉淀溶解平衡时某物质的体积摩尔浓度，即 S ＝ c 饱和，单位是 mol·dm －

3。

MmNn == mM n+ + nNm-

mS nS

第一节 化学沉淀基本知识

由 LMmNn=[Mn+]m•[Nm-]n

有 LMmNn =(mS)m•(nS)n

= mm•nn•Sm+n

nmnm

NMNM nm

LS nm

nm

第一节 化学沉淀基本知识

(3) 分级沉淀 当溶液中有多种离子能与同一种离子生成沉淀时，可通过溶度积原理来判断生成沉淀的顺序称为分级沉淀。

如：溶液中同时存在 Ba2+ 、 CrO42- 、 SO4

2-, 何种离子首先发生沉淀析出？

Ba2+ + SO42- == BaSO4↓ LBaSO4 = 1.1×10-10

Ba2+ + CrO42- == BaCrO4↓ LBaCrO4= 2.3×10-10

判断分级沉淀的先后，要以离子浓度乘积与溶度积 L 的关系为指标，看是否满足沉淀的条件。

第一节 化学沉淀基本知识

1 、化学沉淀法的工艺流程

第二节 常用化学沉淀法

混 合 分 离 排水排水

沉淀剂

处理与利用

2 、常用的化学沉淀方法 ① 氢氧化物沉淀法 ② 硫化物沉淀法 ③ 碳酸盐沉淀法 ④ 卤化物沉淀法 ⑤ 还原沉淀法

第二节 常用化学沉淀法

① 氢氧化物沉淀法 氢氧化物沉淀法在一定的 pH 条件下，重金属离子生成难溶于水的氢氧化物沉淀而得到分离。 设氢氧化物 M(OH)n ， M(OH)n == Mn+ + n OH

有： LM(OH)n = [Mn+]•[OH-]n

第二节 常用化学沉淀法

14_ 10]][[: OHHKw同时水的离子积

a 金属离子浓度相同时，溶度积小的开始沉淀析出的 pH越低。 b 同一金属离子，浓度越大，开始沉淀析出的pH越低。 沉淀剂： NaOH、 石灰、 Na2CO3、 NaHCO3等。

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nOHM

nOHMn

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L

npH

LnpHnM

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得：

同时水的离子积

第二节 常用化学沉淀法

例题： 已知 [Fe3+]= 0.01mol/L ，要使有 Fe(OH)3

沉淀析出， pH 应多大？ （ Fe(OH)3 的 LFe(OH)3=3.8×10-38。）

解：据溶度积原理，要是某一金属离子（ Mn+）生成氢氧化物沉淀，则需要满足： [Mn+]•[OH-]n >LM(OH)n

即 [Fe3+]•[OH-]3 > 3.8×10-38

有 pOH <11.8 即 pH > 2.2 ， 即：要使 0.01mol/L 的 Fe3+ 析出 Fe(OH)3 沉淀，溶液 pH 应大于 2.2 。

第二节 常用化学沉淀法

② 硫化物沉淀法 向废水中加入硫化氢、硫化钠或硫化钾等沉淀剂，与待处理物质反应生成难溶硫化物沉淀。 硫化物沉淀法能用于处理大多数含重金属的废水。 LHgS =4×10―53

LCuS =8×10―37

LPbS =3.2×10―28

LCdS =1.6×10―28

第二节 常用化学沉淀法

根据溶度积大小，硫化物沉淀析出的顺序是： As5+ > Hg2+ > Ag+ >As3+ > Bi3+ > Cu2+ >Pb2+

> Cd2+ > Sn2+ > Co2+ >Zn2+ >Ni2+ >Fe2+ > Mn2+

常用的沉淀剂： Na2S 、 NaHS 、 K2S 、 H2S 等。

缺点：生成的难溶盐的颗粒粒径很小，分离困难，可投加混凝剂进行共沉。

第二节 常用化学沉淀法

例： (1) 对于无机汞 2Hg+ + S2- → Hg2S↓ → HgS +Hg 适宜 pH 8-10

Hg2+ + S2-→ HgS↓

（ 2 ）对于有机汞化合物，经氯化处理后，也可用硫化钠除汞。 注意：用硫化物沉淀法处理含汞废水时， S2-量不能过量太多，因过量 S2- 与 HgS 生成 HgS2

2- 络离子而溶解，影响汞的去除。

第二节 常用化学沉淀法

③碳酸盐沉淀法

金属离子碳酸盐的溶度积很小，对于高浓度的重金属废水，可投加碳酸盐进行回收。 此法可去除或回收 Mn2+ 、 Zn2+ 、 Pb2+ 、 Cu2+、 Ca2+ 、 Mg2+( 水软化 ) 。 沉 淀 剂 ：Na2CO3 、 NaHCO3 、 NH4HCO3 、 CaCO3等。

第二节 常用化学沉淀法

④卤化物沉淀法

利用 AgCl 沉淀回收银： Ag++ Cl- = AgCl↓ (Ksp = 1.56×10-10)

利用 CaF2沉淀去除 F-： Ca2+ +2F-=CaF2 ↓ (Ksp= 4×10-11)

第二节 常用化学沉淀法

⑤ 还原沉淀法 制革行业含铬废水的处理，六价铬须先还原成三价铬，然后再用石灰沉淀。去除效率高 (98-99%) 。 a 、 pH 调整： 将含铬废水用硫酸将 pH 调至 2-3 ，在此 pH 值下 Cr6+可以有效地被还原为 Cr3+。

第二节 常用化学沉淀法

b 、还原处理 含铬废水处理常用的还原剂有：硫酸亚铁、焦亚硫酸钠、硫化钠，也可用工业废气中的 SO2作还原剂。 还原效率与 pH 、反应时间及还原剂的性质有关。 Cr6+ + Fe2+ + H+ → Cr3+ + Fe3+

Cr6+ + SO2 + H+ → Cr3+ + SO42-

第二节 常用化学沉淀法

c 、沉淀分离 可加入石灰或其它碱。 Cr3+ + OH- → Cr(OH)3 ↓

其它除六价铬方法： 根据 BaCrO4 和 BaCO3溶度积大小的不同，也可采用 BaCO3法除六价铬：BaCO3+K2Cr2O7=2BaCrO4+K2CO3+ CO2↑

第二节 常用化学沉淀法

⑥其他沉淀过程 有机试剂沉淀 有机试剂沉淀主要利用有机试剂和废水中的无机或有机污染物发生反应，形成沉淀从而分离。如：含酚的有机废水，可用甲醛沉淀剂将苯酚缩合成酚醛树脂沉淀析出。

该过程去除污染物的效果好，但试剂往往价格昂贵，同时为避免二次污染，有机试剂的用量必须较为准确的计算。

磷酸铵镁沉淀（鸟粪石沉淀） 磷酸铵镁化学沉淀过程去除废水中的氨氮具有处理效果好、工艺简单等优点；可用于无法应用生物法处理的强毒性废水中的氨氮的去除。

Mg2+ + NH4+ + PO4

3- + 6H2O→ MgNH4PO4•6H2O↓

习题： 用氢氧化物沉淀法处理含镉废水，若使镉达到排放标准 <0.1mg/L ，出水 pH 值最低应为多少？ （ 25℃ 时， Cd(OH)3 的溶度积为 2.2×10-1

4）