社会责任 史玉柱:水处理专辑：海水除铁技术与铁离子测定

已有技术
一般情况下，地下水含铁浓度14mg/l；溶解氧浓度7～8mg/l；滤速10m/h。
（1）锰砂除铁过滤器

锰砂过滤器：既起催化除铁作用，又起机械过滤作用。
连续运行周期长，自耗水量小，运行费用低，年补充锰砂≯3%。出水总铁≤0.01mg/L。

天然锰砂滤料是采用优质天然锰矿石经破碎筛选加工而成，外观呈褐色，具有良好的除铁除锰功能，是给水排水行业最理想的产品。天然锰砂是一种很强的氧化剂，能对水中的二价铁起氧化作用，天然锰砂中含有 MnO2，它是 Fe2+ 氧化成 Fe3+ 的天然锰砂滤料，含锰量（以MnO2计）不小于35%的既可以用于地下水除铁，也可用于地下水除锰；含锰量为 20% ~ 30% 的天然锰砂滤料，只宜用于地下水除铁，含量低于20%的则不宜使用。

技术指标：
项目     鉴定数据             项目   鉴定数据
MnO2:35-46%;                密度：3.6g/cm3；
容重: 2.3g/cm3；             破碎率：≤1.0%;
磨损率:≤3%；                含泥量：≤ 2.5%
商品：粒径为0.6—1.2mm、0.6—1.5mm的除铁除锰滤料和粒径为2—4mm、4—8mm、8—16mm、16—32mm、32—64mm的滤料支承层。

地下水除铁除锰过滤器
该装置适用于城市及农村中小型供水工程，亦可用于自备地下水源的工矿企业，作为软化水的预处理设备。是地下水处理工艺中的主要设备。 原 理主要采用曝气氧化原理，原水曝气后,使水中的二价铁氧化三价铁,并生成氢氧化物沉淀，再经滤料层得以去除净化。 性 能 参 数 处理效果 (mg/L) 进水水质 Fe2+< 1-10 Fe2+<1-10 Mn2+<2 出水水质 Fe2+<0.3 Fe2+<0.3 Mn2+<0.1 滤速(m/hr) 5-10 5-8 反冲洗强度(L/s.m2) 16-22（天然锰砂） 16-22（石英砂） 洗洗历时(min) 10-15（天然锰砂） 7（石英砂）水头损失(m) 1.0-2.0 2-3.5 订 货 说 明 1. 订货时应注明详细型号规格及供货范围。 2. 如需配套管、泵、阀及滤料应注明。 3. 特殊规格可另行设计制作。 4. 表中处理量：当原水含铁量≤3mg/L时,取高值；当原水含铁量在4-10mg/L时，取低值。 5. 除铁工艺有两种曝气方式，而除铁、除锰装置仅为压缩空气曝气。

二价铁与三价铁的鉴别
（2）双氧水电泳法
利用双氧水的氧化性将二价铁转化为氢氧化铁胶体带有正电荷，可通过电泳去除。

单晶硫酸亚铁
（3）高效去除制丝用水中铁离子的工艺
1.除铁工作原理
接触氧化式水－气射流泵高效曝气压力过滤除铁装置的除铁工作原理：利用射流泵将空气送入运转中的深井泵，水和空气在深井泵叶轮的高速旋转搅动中得以充分混合而变成溶氧水，含溶解氧的地下水在深井泵的压送下，经过滤器的虑层进行过滤时，水中的二价铁被滤料吸附，从而氧化水解，逐渐生成具有催化作用的铁质活性“滤膜”，在滤膜的催化作用下，铁的氧化速度大大加快，进而被滤料除去，这种除铁方法称为曝气接触氧化法。这种除铁装置最大的优点式可以根据水源的水质状况，调节地下水的溶氧量，以达到最佳除铁效果。
2．影响除铁的主要因素
我国的缫丝厂分布较广，各地的地下水中所含的矿物质不尽相同，所以，设计这套除铁装置必须结合本企业水源的实际状况，也就是说，必须考虑以下的一些因素。
2．1铁和锰在处理过程中的干扰
在实践中，如果地下水中铁和锰的含量都较高时，一般应先除铁后除锰，当原水含铁、含锰量均较低时，铁和锰可用在同一滤层中去除的方法。
2．2水中可溶性硅酸对除铁的影响
地下水中都不同程度地含有可溶性硅酸，一般在15－30mg/L之间，少数地区高达60－80mg/L据国外文献报道，水中可溶性硅酸超过30－50mg/L，将明显阻碍铁的空气氧化。当硅酸含量高的水曝气后PH值提高7.0以上，正二价铁离子迅速被氧化成正三价时，所生成的正三价－硅酸复合物会大量穿透滤层，致使滤后水质不合格。
可溶性硅酸含量较高的水源，可以采用曝气接触氧化法，适当控制曝气程度，曝气后水的PH值在7.0以下，并迅速进入过滤器，使正二价铁离子的氧化和正三价铁离子的凝聚沉淀过程基本上在滤层中完成，这样可以获得较好的除铁效果
但是，上述情况也有例外，这是因为含铁、含锰地下水不仅仅受硅酸含量的影响，而且还受其他水质因素的影响。
2．3碱度、PH值的影响
从除铁的化学反应方程式得知，水的PH值越高，越有利于铁的氧化反应。因此，接触氧化铁，要求原水的PH值在6.0以上。
调查及试验结果表明，碱度对除铁的影响更甚于是溶解硅酸，从有关资料得知，某些水源硅酸含量在45mg/L以上，但由于原水碱度在268mg/L以上，甚至高达1062mg/L,而曝气后的水PH值虽达7.1以上，甚至高达7.5－8.0并未发生铁穿透滤层的现象。有些水源的硅酸含量虽不高，但原水碱度低于98mg/l，在生产和试验中却发现，这类水一经曝气，当PH值接近或超过7.0，便有高铁大量穿透滤层的现象发生。
由上可见，充分曝气后高铁是否穿透滤层，并不完全取决于硅酸的含量，而主要是取决于原水碱度的高低。经验表明，原水碱度低于122mg/L,尤其是低于92mg/L时，将明显影响除铁的效果。
3．除铁工艺流程和气水比的合理选择
3.1原水含铁量较低时的工艺流程
当原水含铁量低于5mg/L时，可以采用以单级过滤装置为主体的除铁工艺系统，这种工艺流程可将曝气装置与反应池组成一体，当原水含铁量超过5mg/L不多时，可适当降低滤速，或适当增加滤层厚度。
3.2原水含铁量较高时的工艺流程
（1） 当原水含铁量高于5mg/L，且水中含锰量高于1.5mg/L时，可以采用双级滤池为主体的除铁系统，这种工艺流程一级过滤主要是除铁，二级过滤主要是除锰。曝气装置的位置视原水水质及其他条件而定，一般设于二次过滤之前
（2）当原水含铁量高于5mg/L,且水中可溶性硅酸（以SiO2计）含量较高（30－50mg/L）,而碱度较低（低于73－122mg/l）时，可在一级过滤前采用简单曝气形式，在一级过滤后采用强烈曝气形式。
曝气时的气水比（参与曝气的空气体积和水体积之比），对曝气效果有重要影响。在曝气溶氧过程中，由于氧在水中的溶解度很小，参与曝气的空气中的氧不可能全部溶于水中，选用过大的气水比是不必要的，一般不大于0.1－0.2。在曝气散除二氧化碳过程中，由于参与曝气的空气量有限，只能散除水中部分二氧化碳，随着气水比的增大，二氧化碳的去除率不断升高，所以只有选用较大的气水比，才能获得好的曝气效果，气水比一般不小于3－5。

铁离子的测定
1.仪器：紫外光分光光度计
水中的总铁离子（二价铁和三价铁）可按国标法，用分光光度计来测，所需试剂有二氮杂菲、盐酸（1+1）、盐酸羟胺、乙酸铵缓冲溶液等。由于过程中需要加热，所以耗时比较长，实验之前还需要做标准曲线，要采购标准溶液。
2.操作方法
1.二氮杂菲分光光度法测水样中总铁含量
1.1 测定范围 :本法最低检测量为2.5μg,若取50mL水样测定,则最低检测浓度为0.05mg/L。 钴,铜超过5 mg/L,镍超过2 mg/L,锌超过铁的10倍时对本法均有干扰,铋、镉、汞、钼、银可与二氮杂菲产生浑浊。测定总铁的水样加酸煮沸以溶解铁的难溶化合物,同时消除氰化物、亚硝酸盐、多磷酸盐的干扰。加入盐酸羟胺将铁还原为亚铁,消除氧化剂的干扰。
1.2 方法提要: 在pH3～9的条件下,亚铁离子与二氮杂菲生成稳定的橙红色络合物,在510nm波长处有最大吸收。当二氮杂菲过量时,控制溶液pH为2.9～3.5,显色较快。
1.3 试剂:
1.3.1 盐酸(1+1)。
1.3.2 盐酸羟胺溶液(100g/L):称取10g盐酸羟胺(NH2OH?HCl),溶于水,并稀释至100mL。
1.3.3 二氮杂菲溶液(1g/L):称取0.1g二氮杂菲(C12H8N2?H2O),溶解于加有2滴浓盐酸的纯水,并稀释至100mL(当水中含铁量少于100μg时,加入1mL试剂已足够)。
1.3.4 乙酸铵缓冲溶液(pH4.2):称取250g乙酸铵(CH3COONH4),溶解于150mL水中,再加入700mL冰乙酸混匀,用纯水稀释至1000mL。
1.3.5铁标准使用溶液（1mg/L）：定量吸取铁标准液于容量瓶中，加纯水至刻度线，摇匀。
1.4 仪器
1.4.1 100mL三角瓶。
1.4.2 50mL具塞比色管
1.4.3 100ml容量瓶
1.4.4分光光度计
1.5分析步骤
1.5.1取9个三角瓶，分别加入铁标准使用液0，0.5,1.0,2.0,4.0,6.0,8.0,10.0ml，量取50.0mL的待测水样(含铁量超过50μg时,可取适量的水样,加纯水稀释至50.0mL)于50mL三角瓶中，并在标准系列中各加纯水至50ml。
1.5.2 向各样品三角瓶中加入4mL(1+1)盐酸和1mL盐酸羟胺溶液,文火煮沸至约剩下30mL时取下,冷却至室温,然后移入50mL比色管中,并用纯水稀释至50mL。
1.5.3 向各样品三角瓶中加入2mL二氮杂菲溶液、10.0mL乙酸铵缓冲液,各加纯水至50mL。充分混匀,放置10～15min。
1.5.4 于510nm波长,用2cm比色皿,以纯水为参比,测定样品和标准系列溶液的吸光度。绘制好的标准曲线，算出样品管中铁的含量。
1.6 计算
ρ(Fe)=  KA
式中: ρ(Fe)--样品中铁的质量浓度,mg/L; K-从标准曲线上得知水样中铁的标准校准系数, A为所测得的吸光度 。

撖榄石
英文名称peridot 镁铁的简单硅酸盐。化学式为(mg，fe)2sio4。斜方晶系。晶体呈短柱状或长柱状，但完整晶体少撖榄石见，多呈不规则(他形)粒状。常呈绿色、黄绿、棕绿和暗绿色；颜色源自其主要组分的亚铁离子，故为白色矿物，颜色变化不大。玻璃光泽。透明或半透明。

铁的磁性
（一）磁铁为什么可以吸引铁
物质大都是由分子组成的，分子是由原子组成的，原子又是由原子核和电子组成的。在原子内部，电子不停地自转，并绕原子核旋转。电子的这两种运动都会产生磁性。但是在大多数物质中，电子运动的方向各不相同、杂乱无章，磁效应相互抵消。因此，大多数物质在正常情况下，并不呈现磁性。     铁、钴、镍或铁氧体等铁磁类物质有所不同，它内部的电子自旋可以在小范围内自发地排列起来，形成一个自发磁化区，这种自发磁化区就叫磁畴。铁磁类物质磁化后，内部的磁畴整整齐齐、方向一致地排列起来，使磁性加强，就构成磁铁了。磁铁的吸铁过程就是对铁块的磁化过程，磁化了的铁块和磁铁不同极性间产生吸引力，铁块就牢牢地与磁铁“粘”在一起了。我们就说磁铁有磁性了。

氯化亚铁
（二）除了铁之外，磁铁还可以吸引什么
有许多物质也能受强大的磁力的作用，虽然不如铁那样显著。金属当中的镍、钴、锰、铂、金、银、铝都能被磁铁吸引，只是被吸引的力比较小。还有一些所谓反磁性的物质，例如锌、铅、硫、铋，性质尤其特别：它们能被强大的磁铁所排斥。
液体和气体也有被磁铁吸引或排斥的性质，不过作用十分微弱，必须是非常强大的磁铁，才能显示出对这些物质的作用。例如纯净的氧气就有顺磁性，就是说，磁铁能够吸引它。如果我们在肥皂泡里装满氧气，然后把它放在强大的电磁铁两极中间，这时候肥皂泡就会受那看不见的磁力的牵引，在两极中间伸长开来。放在强大的磁铁两极中间的烛光会改变自己通常的形状，明显地告诉我们它对磁力的敏感性。
（三）磁铁可以吸引不锈钢吗？为什么
人们经常用磁铁来判断某物质是否为不锈钢，认为磁铁能吸上的就是不锈铁，吸不上的是不锈钢。看来人们对不锈钢的认识还有误区。其实这只是区别了奥氏体类不锈钢和其他类不锈钢。
一般来说，奥氏体不锈钢和奥氏体沉淀硬化不锈钢无磁性（磁铁不能吸住），其他不锈钢中都有铁素体，有铁磁性（磁铁能吸住）。因此不锈钢不能仅仅用有无磁性来判别。对于不锈钢来说，不管磁铁吸得上与否，只要符合其质量标准，都是不锈钢。
如果往钢水里加入了铬和较多的镍等，炼成的奥氏体钢就是磁铁吸不上的不锈钢。如果钢水里主要合金元素是铬、铁、碳和少量镍（或不加镍），炼成的钢就是磁铁吸得上的不锈钢，也叫铁素体不锈钢或马氏体不锈钢。除了奥氏体不锈钢磁铁吸不上外，铁素体、马氏体不锈钢都具有磁性。由于镍元素在世界上储藏量很少，价格比较昂贵，因此，镍含量高的不锈钢在市场上价格也较高，而且磁铁还吸不上。目前由于奥氏体不锈钢在不锈钢中所占的比例仍很大，因此使人们产生了所有不锈钢都无磁性的错误概念。
其实，还有一种不锈钢磁铁是吸不上的,那就是高含锰或氮而低镍或不含镍的不锈钢，即铬锰奥氏体不锈钢。所以不能根据有无磁性来判断是否为不锈钢。
（四）磁铁可以吸引铁离子吗
不可以，因为磁场的形成原理是磁性物质的分子环形电流产生磁场，而原子或离子的核外电子的运动方向是随机的，因而大量原子的合成电流为零，产生不了磁场，像氯化铁、硫酸铁等溶液中的铁离子就是这样的情况，没有磁性，也就不会受磁场力的作用。所以铁离子在磁铁的作用下不会产生定向运动，也就是说磁铁不能吸引铁离子。
（五）磁铁的磁力大小和哪些因素有关
常用的磁铁有永久磁铁和电磁铁两类。影响这两类磁铁磁性强弱的因素不同。
对于永久磁铁，影响其磁性强弱的因素主要是磁性材料的性质。任何一种磁性材料，都有一个表征其磁性特征的曲线，叫做磁滞回线。如果这种物质的磁滞回线包围的面积大，这种材料的矫顽力就大，剩磁也大，充磁后能保留很强的磁性。如果这种物质的磁滞回线是细长条状，则这种材料充磁后容易退磁，不易保留磁性。
对于电磁铁，影响其磁性强弱的因素主要是铁芯外线圈的匝数和通过的电流强度。线圈的匝数越多，通过的电流强度越大，电磁铁的磁性越强。
（六）如何比较磁铁的磁力大小
第一种方法：拿各种不同的磁铁去吸回形针，看它隔多远能吸住。第二种方法把磁铁放在装铁钉的盒子里，看哪一种吸的铁钉最多。第三种方法是把磁铁上都吸上铁块，然后用比较灵敏的弹簧秤来拉铁块，看拉动铁块时弹簧秤的示数。第四种方法把回形针先放一点点在纸板上，把磁铁放在纸板下吸，回形针就到处乱跑，然后往纸上加放回形针，这时有一些回形针就动的不那么快、不灵活；后来回形针越来越多，它移动得越来越不灵活了，到最后磁铁就吸不动了，比较磁铁不动时回形针的数量，数量越大，磁铁的磁性越强。第五种，把小铁钉放在纸上，拿磁铁在纸下试一下，慢慢地增加纸的厚度，直到磁铁吸不住为止，再数数纸的张数有多少。
（ 七 ）我们能否防御磁力的作用
当然可以，其实不能透过磁性的物质，就是容易磁化的铁本身。一个放在铁制的环里的罗盘，它的指针不会被放在环外的磁铁吸引，就是明证。假如你把一个金表放在一个强力的蹄形磁铁的磁极上，那么所有钢制机件，首先是那摆轮上的游丝，就会磁化，使表停止不走。即使把磁铁拿走以后，表也不能恢复到原来状态，因为钢制机件都保留着磁性。
可是，如果你有一个紧密地盖着铁壳或钢壳的表，就可以大胆地去做这个实验，铁壳可以保护表里的钢制机件不受磁力的影响。你如果把这样的表拿近强大的发电机的线圈附近，它的精确度一点也不会受到影响。所以对一个电气技工来说，这样便宜的表倒是最理想的表；至于金表和银表，很快就会因为磁场的作用而停摆。

1.概述
磁选管又名戴维斯管。它适用于选煤、矿山、冶金、地质等实验室。用来测定强磁性矿石的磁性成分含量，为矿石的分选提供参考数据。
CXG-08SD磁选管是在CXG型磁选管的基础上的改进产品，采用了新型可控电源及激磁控制,使其磁场强度数字直接显示，磁场强度无级线性调节，并对关键零部件作了重大改进，使其结构更加合理、操作方便、测量准确、运行可靠。为了保证测量的准确性，每一台磁选管均做了磁场强度的标定。完全符合《选煤用磁铁矿粉实验方法》（GB/T18711-2002第七节）对实验设备的要求。
2.主要技术参数：
2.1磁场参数
a. 磁极距离: 52 mm
b. 磁场强度: 0-350 mT   （数字显示无级调节）
2.2玻璃管参数
a. 直   径: 50 mm
b. 摆动频率: 70次／分
c. 移动行程: 40 mm
2.3试样粒度：<0.5 mm
2.4电 机
a. 电   压: 220V/380V
2.5整机重量: 258 kg
2.6总体尺寸: 1000×580×1300 mm(包括支架和水箱)
3.工作原理及结构：
3.1工作原理：
CXG-08SD型磁选管是在C形电磁铁的两极之间，装有玻璃管，作往复移动和旋摆。被分选的试样，在通过磁场区域时，磁性物附着于管壁，非磁性物在机械运动中被水冲刷而排出。
3.2结构简介：
CXG-08SD型磁选管的组成，如图1所示：
a.支座(1)安装在底座(2)上，用来支撑C形铁芯(3)和激磁绕组(4)。
b.在铁芯上磁极端装有连接环箍(5)，用来连接传动支架(6)。松开环箍上两边螺母，可调节玻璃管安装角度，一般为30度，调整完后，拧紧连接环箍上两边螺母。注意不要拧得过紧，以传动机架不能转动为止。
c.玻璃管(9)被嵌在铜套(8)中，通过支架架在两磁极之间。用手先拿住玻璃管，松开调节螺栓(10)，可以调节玻璃管位置，调好后拧紧螺栓(10)。
d.电机(20)通过曲柄(11)使玻璃管作旋摆运动。玻璃管与水平线角度调节范围O度～40度。玻璃管行程40mm，旋摆45度。
金属离子有磁性吗？
解答：
如果要对离子状铁的磁性进行分析，就必须具体到离子的本身，因为铁的离子常常以配合物（以前称为络合物）的形式存在，配合物分为中心原子和配体，配合物的磁性决定于中心原子的电子构型，若存在单电子则有磁性，具体的磁性大小可以用磁矩天平测量，然而中心原子的电子构型决定于配体，所以是不能给你一个确切的答案的。金属化合物中绝大多数都是顺磁性的。强磁体也很多如Fe2O3、Fe3O4、CrO2等(这些都曾用做过制作磁带的材料）特殊的有纳米TiO2等
不过可以告诉你水合亚铁离子和水合铁离子都是顺磁性的，所以有磁性，但是这个磁性不像磁铁的磁性，可见晶体引起的此现象大大超过离子的此现象。
另外有一个现象，是O2（存在两个单电子）是顺磁性的，可是空气中的O2由于分子速率过快无法被磁铁吸引，但是如果液化就可以看到非常明显的被磁铁吸引。
具有磁性的细菌
俄罗斯科学院生物化学与微生物学研究所经过多年研究发现，某些细菌能在自己内部形成含有钴和铬离子的磁性物质，这些内部物质的磁性只起一种辅助作用，可保护细菌，防止其金属溶液中毒。
实际上，科学研究早已证明，许多细菌具有从周围环境中吸附金属离子的性能，比如，人们发现的内含铁离子的细菌，但能使金属离子结构化形成磁性的细菌却很少见，现在俄科研人员则在特定的介质中培养出了内部含有钴和铬离子的细菌。据报道，在电子显微镜下观察这些细菌发现，这些细菌的细胞质内形成了大小从20纳米到250纳米之间的含有钴和铬离子的球形物质。同时，这些磁性物质还能够在外部磁场中移动：当把含有这些悬浮物的试管靠近磁铁时，这些悬浮物将向试管壁靠近。如果将磁铁沿试管壁移动，悬浮物也将沿磁铁移动。
科研人员认为，含有铁离子的细菌完成着重要的生理功能，它能促使无氧细菌向周围的磁铁移动，并在移动过程中使细菌进入到对于自己有利的无氧区域。在这里，某些细菌可能利用这里的化合物作为培养基，但钴和铬在外界环境中遇到的比铁少，钴和铬离子的磁性不是这些细菌的主要生理特性，只起一种次要作用，它的功能是保护细菌，以及防止无氧细胞被氧化。

花生黄化病的发生
花生是对铁元素比较敏感的作物之一。正常情况下，土壤中铁的含量较高，一般不会出现缺铁现象。但由于近期雨水较大，土壤中未被固定的有效铁，也会随着暴雨产生的径流流失或随土壤中的水分向下流失。7～8月土壤中的铁离子形成难以被作物根系吸收的氢氧化铁和磷酸盐沉淀，使土壤中的有效铁含量严重降低。而此时是花生生长发育最旺盛的时期，花生植株根系因无法吸收到足量的铁，而出现生理性缺铁现象。 花生缺铁时，首先表现为上部嫩叶失绿，而下部老叶及叶脉仍保持绿色；严重缺铁时，叶脉失绿进而黄化，上部新叶全部变白，久而久之叶片出现褐斑并坏死，后干枯脱落。目前最常用的是叶面喷施铁索。一般可用0.1%～0.2%的硫酸亚铁(俗称黑矾、绿矾)溶液叶面喷施，每隔5～7天喷施1次，连喷3～4次。由于花生叶片比较光滑，离水性强，所以在喷施硫酸亚铁溶液时，可加入0.1%的中性洗衣粉，以增强其附着力，提高喷施效果。