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氧化钙和酸性污水的反应

1、氧化钙(CaO )俗称生石灰,工业上由碳酸钙(俗称石灰石,大理石)灼烧生成,方程式:32CaCO CaO+CO 高温,是碱金属氧化物,属强电解质,
只在熔融状态下导电,电离出离子态(又叫中间态,活性最高)的2Ca +和2O -离子,方程式:22CaO Ca O +-+高温。

在熔融状态的氧化钙中通入HCL 气体,可
生成2CaCL 和2H O ,反应过程:222222HCL H CL Ca CL CaCL O H H O
+-
+--+=++=+=,总反应式:
222()CaO HCL g CaCL H O ++高温。

2、氧化钙在酸性溶液中首先发生水化反应,和水反应生成强电解质2Ca(OH )(俗称熟石灰、消石灰)
,放出大量的热,其反应式为:22CaO+H O=Ca(OH ),2
Ca(OH )电离出的-OH 离子再和+H 离子发生中和反应生成2H O ,反应式:2H OH H O +-+=。

在氢氧化钙悬浊液(石灰乳)中存在如
下溶解平衡:2+2Ca(OH s Ca ()2()aq OH aq -+)()
;但在澄清的石灰水中,氢氧化钙处于溶解状态,完全电离出2Ca +和-OH :2+2
Ca(OH =Ca ()2()aq OH aq -+)(aq )。

其总反应式:22s 2(aq)=aq CaO HCL CaCL H O ++()()。

氧化钙有很多微孔,发生水化反应时,酸性污水中的固体颗粒堵塞了氧化钙的微孔,有机物吸附在氧化钙颗粒表面,使水不能进入或缓慢进入颗粒内部,延迟了水化反应,发生“抗水化效应”,新生的氢氧化钙微粒又进一步堵塞了微孔,使块状氧化钙的水化反应速度更慢,“抗水化效应”加剧。

3、酸性污水中含有3+2+2+Fe Fe Mg 、、等高价金属离子时将消耗更多的氧化钙。

因为Fe 3+离子变成3Fe OH ()沉淀的初始PH 值为2.1~2.7,完全沉淀时
的PH 值为3.2~3.7;Fe 2+离子变成2Fe OH ()沉淀的初始PH 值为7.2~7.6,完
全沉淀时的PH 值为9.3~9.7。

因此,当加氧化钙中和使酸性污水的PH 值上
升到2.5左右时,会出现所谓的PH 值的“平台期”,即在一段时间内PH 值上升幅度很小,反应速度缓慢。

“平台期”的出现是由于酸性污水中Fe 3+离子
被沉淀为3Fe OH ()时消耗了大量的-OH 离子,
从而抑制了酸碱反应的进一步进行,以便提供更多的-OH 离子,满足Fe 3+沉淀反应的需要。

同时3Fe OH ()沉淀是一种聚状多孔凝胶体,它拥有巨大的吸附表面,几乎能吸附所有的其它重金属离子与之发生共沉淀。

当其它金属离子发生水解反应变成氢氧化物沉淀被吸附时,相应地就有一定数量的H +离子被释放出来(n++2n M +nH O M OH +nH (),相当于OH -
离子被吸附),使得污水的PH 值下降。

随着氧化钙的持续加入,污水中有更多的OH -离子中和H +离子后,PH 值就会逐渐上升,可以调整到需要的PH 值范围。

同时,氢氧化钙电离出来的Ca 2+起电性中和作用,可作絮凝剂净化污水(注:形成的矾花轻、松散易碎,可加助凝剂增大矾花,加大沉降速度)。

4、工业上酸性污水的处理一般采用石灰石—石灰乳二段中和法,与传统的石灰乳中和工艺相比,可以降低处理成本和减少沉渣的产生量。

为加快反应速度和材料的利用率,第一阶段:一般将磨成粉状的石灰石调成糊状和污水混流,达到较充分搅拌,调PH 值到2.5(注:当反应进行到PH 值达2.5左右时反应速度迅速下降,当PH 值达到3.5左右时,酸碱中和反应基本中止,PH 值不再提高)。

第二阶段:加入适量的石灰乳,沉淀重金属离子,使PH 值继续升高,达到7.5~8.5要求。

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