钙盐沉淀法除氟：实验步骤与关键要点解析

钙盐沉淀法除氟：实验步骤与关键要点解析

钙盐沉淀法是一种常用的处理含氟工业废水的方法，通过向废水中投加氢氧化钙和氯化钙等钙盐，形成氟化钙沉淀从而去除氟离子。本文详细解析了钙盐沉淀法除氟实验的操作步骤，包括实验材料准备、钙盐沉淀段以及高效除氟段的具体流程，旨在帮助读者掌握这一实用的废水处理技术。

钙盐沉淀法除氟的基本原理是利用钙离子（Ca²⁺）与氟离子（F⁻）反应生成难溶的氟化钙（CaF₂）沉淀。氟化钙的溶解度较低，在一定条件下能够有效去除水中的氟离子。化学反应方程式如下：

Ca²⁺ + 2F⁻ → CaF₂↓

通过控制钙盐的投加量、pH值和反应条件，可以实现高效除氟。

1. 试剂和仪器准备

• 试剂：

  • 氟化钠（NaF，分析纯）
  • 稀硫酸
  • 氢氧化钠（NaOH，分析纯）
  • 10%（质量分数）氢氧化钙溶液
  • 30%氯化钙溶液（CaCl₂，分析纯）
  • 10%聚合氯化铝PAC（28）溶液（有效成分Al₂(SO₄)₃质量分数为28%）
  • 10%复合除氟剂（DAMW-03）
  • 0.1%聚合丙烯酰胺PAM

• 仪器：

  • 上海雷磁PF-1-01氟离子电极
  • 上海雷磁232-01参比电极
  • 上海雷磁PHB-4便携式pH计
  • JJ-4A数显六联电动搅拌器
  • 台湾衡欣AZ-86031水质检测仪
  • 250mL玻璃烧杯

2. 一级钙盐反应实验

• 取200mL试验水样放于250mL玻璃烧杯中。
• 根据理论钙氟物质的量比n（Ca²⁺）∶n（F⁻）=0.5，计算所需钙盐的投加量。投加钙盐后调节pH至9。
• 以250r/min的速度搅拌30min，使反应充分进行。
• 添加500mg/L的10%PAC，继续以250r/min的速度搅拌5min。
• 投加1mg/L的0.1%PAM，降低搅拌速度至50r/min，搅拌2min。
• 静置5min，待沉淀完全后，用氟离子电极测量上清液的氟离子质量浓度。

3. 二级混凝实验

• 收集一级钙盐反应后的澄清出水，取200mL试验水样放于250mL玻璃烧杯中。
• 投加混凝剂和1mg/L的0.1%PAM，调节pH至适宜值。
• 以50r/min的速度搅拌2min，促进混凝反应。
• 静置5min，待沉淀完全后，再次测量上清液的氟离子质量浓度。

1. 钙氟物质的量比

理论上的最佳投加比例为n（Ca²⁺）∶n（F⁻）=0.5。但在实际操作中，为了确保氟离子完全沉淀，通常需要适当过量投加钙盐。研究表明，当钙源为CaCl₂时，Ca²⁺/F⁻（0.5）的1.25倍以上的投加量即可实现ρ（F⁻）<10mg/L。

2. pH值控制

pH值对除氟效果有显著影响。在碱性条件下（pH=9左右），氟化钙的溶解度最低，有利于沉淀形成。因此，需要通过添加氢氧化钠或氢氧化钙来调节pH值。

3. 搅拌和静置时间

搅拌速度和时间会影响沉淀效果。高速搅拌有助于反应物充分混合，而低速搅拌则有利于沉淀物的形成。静置时间应足够长，以确保沉淀完全。

1. 安全防护：实验过程中需穿戴防护服、手套和护目镜，避免接触腐蚀性物质。
2. 药品配制：药品应按需配制，避免长时间存放导致失效。配制时需注意搅拌均匀。
3. 结果检测：使用氟离子电极检测氟离子浓度时，需确保电极清洁并正确校准。
4. 废液处理：实验产生的废液应按照相关规定进行处理，避免直接排放造成环境污染。

通过以上步骤和要点，可以有效地利用钙盐沉淀法去除废水中的氟离子，达到环保排放标准。这种方法具有操作简单、除氟效果好、处理费用低等优点，适合处理含氟工业废水。