第六章 化学沉淀Chemical Precipitation

第一节 化学沉淀基本知识 1 、化学沉淀法定义 (P301) 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。

2 、化学沉淀法的处理对象 ( 主要针对废水中的阴、阳离子。 )

（ 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。

3 、沉淀的条件 ①水中难溶盐服从溶度积原则，即在一定条件下，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： MmNn == mM n+ + nNm-

溶度积常数 LMmNn=[Mn+]m•[Nm-]n

]N[M

][N][MK电离常数

nm

nmmn

溶度积常数 LMmNn=[Mn+]m•[Nm-]n=k•[MmNn]= 常数

其中 [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） 难溶盐的溶度积常数均可在化学手册中查到。 见书 P302表 16-1，给出的溶度积简表。

LMmNn=[Mn+]m•[Nm-]n=k•[MmNn]=常数

根据溶度积原理，可以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。 可见，要降低 [Mn+] 可考虑增大 [Nm-] 的值，具有这种作用的化学物质为沉淀剂。

② 在饱和溶液中，可根据溶度积常数计算难溶盐在溶液中的溶解度 SMmNn

由于 [Mn+]= m SMmNn

[Nm-]=nSMmNn

有 LMmNn=[mSMmNn]m•[n Ｓ MmNn]

n

得 nm

nm

NMNM nm

LS nm

nm

③分级沉淀： 当溶液中有多种离子都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+ + SO4

2- == BaSO4↓ LBaSO4 = 1.1×10-

10

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

10

判断分级沉淀的先后，不要单纯的通过溶度积常数（或溶解度）的大小来判定，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。

第二节 常用的化学沉淀方法

1 、化学沉淀法工艺过程 （ 1 ）投加化学沉淀剂，生成难溶的化学物质，使污染物沉淀析出。 （ 2 ）通过凝聚、沉降、浮选、过滤、离心、吸附等方法，进行固液分离。 （ 3 ）泥渣的处理和回收利用。

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

3 氢氧化物沉淀法： 氢氧化物沉淀法是基于重金属离子在一定的pH条件下，生成难溶于水的氢氧化物沉淀而得到分离。工业废水中的许多金属离子可以生成氢氧化物沉淀而得以去除。设氢氧化物 M(OH)n， M(OH)n == Mn+ + n OH-

有： LM(OH)n = [Mn+]•[OH]n

沉淀与否主要取决因素为 pH 。

由上式可知： 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。

可供选用沉淀剂： NaOH、 石灰、 Na2CO3 、 NaHCO3等。

][lg1

14

lg14]lg[

10]][[:

)(

)(

14_

n

nOHM

nOHMn

M

L

npH

LnpHnM

OHHKw

得：

同时水的离子积

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 注意单位换算 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。

4 硫化物沉淀法 向废液中加入硫化氢、硫酸铵或碱金属的硫化物，与处理物质反应生成难溶硫化物沉淀，已达到分离净化的目的。 硫化物沉淀法能用于处理大多数含重金属的废水。（溶度积均很小） LHgS =4×10―53

LCuS =8×10―37

LPbS =3.2×10―28

LCdS =1.6×10―28

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。

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 HgS22-

络离子而溶解，影响汞的去除。

4 、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。

5 卤化物沉淀法

如利用 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)

6 还原沉淀法

例如：制革行业含铬废水的处理，六价铬必须先还原成三价铬，然后再用石灰沉淀。这种方法称为还原沉淀法。 此法已广泛应用于含铬废水的处理，经济上合算，去除效率高 (98-99%) ，同时处理水可以回用。

操作步骤：

① 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+；也可以应用从其它厂排放出的酸性废水混合，以减少处理费用。 ②还原处理

② 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。由于铬的还原在 pH偏酸性条件下最有效，所以具有酸性的还原剂最理想。 Cr6+ + Fe2+ + H+ → Cr3+ + Fe3+

Cr6+ + SO2 + H+ → Cr3+ + SO4

2-

③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↑

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-

14）

注意单位换算