田 君,尹敬群,諶開紅

(江西省科學(xué)院應(yīng)用化學(xué)研究所,江西南昌 330029)

硫化-石膏沉淀法處理銅冶煉廢水試驗研究

田 君,尹敬群,諶開紅

(江西省科學(xué)院應(yīng)用化學(xué)研究所,江西南昌 330029)

針對某銅冶煉廠重金屬、氟、砷等有毒、有害元素含量較高的酸性廢水,研究了先硫化、后石膏化沉淀處理工藝。在優(yōu)化沉淀條件下,先硫化后用石灰石沉淀得到石膏產(chǎn)品,其質(zhì)量達(dá)到用戶要求;處理后的水質(zhì)達(dá)國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。該工藝可有效治理冶煉含酸廢水。

銅冶煉;酸性廢水;硫化;石膏化;處理

某銅冶煉廠有粗銅冶煉裝置,配套生產(chǎn)硫酸,同時產(chǎn)生大量含酸廢水[1]。這類廢水中含較高濃度的酸及氟、砷、銅、隔、鉛、鋅等多種有毒、有害雜質(zhì)[2-3],一般采用石灰-鐵鹽法將有毒、有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為含砷中和渣[4]后使含酸廢水達(dá)標(biāo)排放[5-7]。針對這種組成復(fù)雜的含酸廢水,我們曾研究了先石膏化、后硫化、再進(jìn)一步以石灰乳中和處理工藝,取得了較好效果[8]。為了獲得更好效果,又研究了先硫化、后石膏化處理工藝。在優(yōu)化沉淀工藝條件下,硫化后的濾液以石灰乳沉淀可得質(zhì)量達(dá)用戶要求的石膏產(chǎn)品[9],處理后的水質(zhì)達(dá)國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)[10]。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

試驗采用某銅冶煉廠的廢酸原液,其化學(xué)組成見表1。其中,殘酸質(zhì)量濃度高達(dá)13.78 g/L,重金屬銅、鎘、鉛、鋅及氟、砷等有毒有害物質(zhì)質(zhì)量濃度也較高,也含有少量固體懸浮物[11]。

表1 廢酸原液化學(xué)組成mg/L

1.2 試驗原理

銅冶煉廢酸原液中的硫酸、重金屬及氟、砷等有毒、有害物質(zhì)和固體懸浮物對后續(xù)石膏化反應(yīng)生成的石膏產(chǎn)品質(zhì)量有直接影響,所以應(yīng)先進(jìn)硫化沉淀預(yù)先除去[12]。主要反應(yīng)式如下：

重金屬離子與S2-反應(yīng)生成溶度積很小的硫化物沉淀。常見的重金屬硫化物溶度積見表2[12]。

表2 部分重金屬硫化物的溶度積

去除重金屬離子后,用石灰石中和其中的硫酸,生成石膏。主要反應(yīng)為：

1.3 分析方法

石膏產(chǎn)品和水質(zhì)分析均采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法分析,具體見表3。

表3 石膏產(chǎn)品及水質(zhì)分析方法

1.4 工藝流程

銅冶煉廢酸先硫化、后石膏化、再石灰石中和沉淀工藝流程如圖1所示。

圖1 銅冶煉廢酸先硫化、后石膏化沉淀工藝流程

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 廢酸原液硫化反應(yīng)

2.1.1 pH對廢酸原液硫化反應(yīng)的影響

從硫化反應(yīng)式來看,酸度對重金屬離子沉淀率有很大關(guān)系。對不同p H的酸液直接加入硫化鈉溶液,在反應(yīng)溫度30℃、反應(yīng)時間15 min條件下進(jìn)行硫化反應(yīng)。主要雜質(zhì)隨p H的變化如圖2所示;不同p H條件下,硫化反應(yīng)濾餅分析結(jié)果見表4。

圖2 主要雜質(zhì)隨硫化反應(yīng)pH的變化

表4 不同pH條件下,硫化反應(yīng)濾餅的化學(xué)組成

從圖2和表4看出：硫化反應(yīng)后,主要雜質(zhì)沉淀率隨酸液p H升高而增大;當(dāng)p H＞1.6后,變化不明顯;p H=1.6時,廢酸原液經(jīng)硫化反應(yīng)后,砷等雜質(zhì)幾乎除凈。因此,硫化繁育酸度以p H=1.6為宜。

2.1.2 溫度對硫化反應(yīng)的影響

廢酸原液p H=1.6,不同溫度下硫化反應(yīng)濾液的分析結(jié)果見表5。不同溫度條件下反應(yīng)15 min,廢酸原液硫化反應(yīng)濾餅分析結(jié)果見表6。

表5 不同溫度下廢酸原液硫化反應(yīng)濾液的化學(xué)組成

表6 不同溫度下廢酸原液硫化反應(yīng)濾餅的化學(xué)組成

從表6看出,廢酸原液硫化反應(yīng)在30～60℃范圍內(nèi)均能達(dá)到良好除雜效果。試驗中發(fā)現(xiàn),50℃時溶液的過濾效果更好。

2.2 硫化反應(yīng)后濾液的石膏化反應(yīng)

2.2.1 酸度對石膏化反應(yīng)的影響

廢酸原液硫化后,濾液中除氟含量較高外,其他有害、有毒雜質(zhì)含量均較低。為了除去殘存的氟,并中和掉一部分殘存的硫酸,可加石灰乳處理。不同p H條件下,石膏化反應(yīng)后,濾液中ρ(Cu)＜0.01 mg/L,ρ(As)＜0.01 mg/L。石膏化反應(yīng)脫氟率與酸度的關(guān)系如圖3所示,反應(yīng)所得石膏產(chǎn)品質(zhì)量分析結(jié)果見表7。

圖3 溶液酸度對石膏化反應(yīng)脫氟率的影響

表7 不同pH下濾液石膏化反應(yīng)產(chǎn)品的化學(xué)組成

從圖3看出：脫氟率隨溶液p H升高而增大;p H升高到4.1時,酸度對氟沉淀的影響不明顯。因此,石膏化反應(yīng)的酸度確定為4.1。從表7可見：廢酸原液先硫化后石膏化反應(yīng)后,所得石膏產(chǎn)品質(zhì)量較好,有害、有毒元素含量均很低,達(dá)到水泥廠要求。

2.2.2 溫度對硫化濾液石膏化反應(yīng)的影響

硫化濾液p H=4.1,不同溫度下石膏化反應(yīng)15 min,過濾后濾液中ρ(Cu)＜0.01 mg/L,ρ(As)＜0.01 mg/L。脫氟率與反應(yīng)溫度之間的關(guān)系如圖4所示?？梢钥闯?反應(yīng)溫度在40～50℃之間時,濾液中的氟質(zhì)量濃度最低,有毒、有害雜質(zhì)含量相對較少。石膏產(chǎn)品質(zhì)量分析結(jié)果見表8。

圖4 溫度對石膏化反應(yīng)濾液中氟質(zhì)量濃度的影響

表8 不同溫度下石膏化反應(yīng)所得石膏產(chǎn)品的化學(xué)組成

2.3 排水水質(zhì)分析

銅冶煉含酸廢水經(jīng)上述硫化-石膏化沉淀工藝處理后的排水基本上達(dá)到了國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)[13-14],見表9。

表9 排水水質(zhì)及廢水國家排放標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)論

銅冶煉廢酸溶液采用先硫化-后石膏化工藝處理,在優(yōu)化硫化沉淀條件和石膏化沉淀條件下,得到的石膏產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到用戶要求,處理后的水質(zhì)達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)化條件及試驗結(jié)果為：硫化反應(yīng)以p H=1.6,反應(yīng)溫度50℃,反應(yīng)時間15 min;硫化濾液石膏反應(yīng)酸度為p H=4.1,反應(yīng)溫度40℃,反應(yīng)時間15 min。

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Abstract:A novel process is put forward for treating acidic wastewater containing heavy metal ions、F-、arsenic in a copper-smelting plant by sulfide-gypsification precipitation process.The precipitation conditions are optimized.The results show that the gypsum product quality satisfies with consumer’s requirement after sulfidation reaction precipitation,the water product can meet with the national primary discharge standard.

Key words:copper-smelting;acidic wastewater;sulfidation;gypsification;treatment

Treatment of Acidic Wastewater in Copper-smelting by Sulfide-gypsification Process

TIAN Jun,YIN Jing-qun,CHEN Kai-hong
(Institute of Applied Chemistry,Jiangxi Academy of Sciences,Nanchang,Jiangxi330029,China)

X756

A

1009-2617(2011)01-0074-04

2010-04-12

田君(1963-),男,江西瑞昌人,碩士,研究員,主要研究方向為濕法冶金。