李迪漢

（1.株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司，湖南株洲 412004；2.鉛鋅聯(lián)合冶金湖南省重點實驗室，湖南株洲 412004）

鉛鋅冶煉酸性廢水治理新工藝研究

李迪漢1，2

（1.株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司，湖南株洲 412004；2.鉛鋅聯(lián)合冶金湖南省重點實驗室，湖南株洲 412004）

介紹了目前我國鉛鋅冶煉行業(yè)酸性廢水概況及處理工藝現(xiàn)狀，重點介紹了國外的一種新的高分子材料JS－3處理鉛鋅冶煉酸性廢水技術(shù)，并采用JS－3試劑在株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司處理酸性廢水的工藝研究試驗，得出了JS－3試劑能較好地處理鉛鋅冶煉酸性廢水的結(jié)論。

鉛鋅冶煉；酸性廢水；JS－3試劑；重金屬離子

鉛鋅冶煉包括火法冶煉、濕法冶煉、全濕法冶煉三種工藝，目前我國應(yīng)用最廣泛的是濕法冶煉［1］。鉛鋅濕法冶煉過程中會產(chǎn)生很多酸性廢水，該酸性廢水主要包括煙氣制酸洗滌廢水、揮發(fā)窯尾氣脫硫酸性廢水、電解車間廢水等。廢水有酸度大、含有害重金屬離子、成分波動大等特點，該酸性廢水處理一直是整個行業(yè)的難題。

1 鉛鋅冶煉酸性廢水水質(zhì)及處理工藝

鉛鋅冶煉酸性廢水水質(zhì)受冶煉工藝和鋅精礦的伴生礦影響較大，一般來說伴生礦種類越多，冶煉工藝越落后，其酸性廢水越復(fù)雜，波動越大。表1為有代表性的兩家鉛鋅冶煉廢水水質(zhì)。

表1 某鉛鋅冶煉企業(yè)酸性廢水成分?jǐn)?shù)據(jù)表mg／L

目前國內(nèi)鉛鋅冶煉重金屬酸性廢水的處理方法較多，下面對各種工藝進(jìn)行分析評估，具體見表2。

我國以石灰中和法用的最多，但該方法存在如下缺點：一是產(chǎn)生大量的中和危廢渣，二是處理后的水因含鈣量高，難以回用［2］。近年來，有學(xué)者對吸附法、萃取法和鐵碳微電解法等處理污酸廢水進(jìn)行了研究，并初步進(jìn)行了應(yīng)用，但都存在一定的缺陷［3］，工業(yè)應(yīng)用都不成熟。硫化＋蒸發(fā)法產(chǎn)生的渣量、廢水量很少，國內(nèi)已經(jīng)有幾家企業(yè)在使用，但該工藝處理成本是傳統(tǒng)工藝的二三十倍，一般企業(yè)難以承受。

表2 鉛鋅冶煉酸性廢水處理工藝分析

2 新鉛鋅冶煉酸性廢水處理工藝JS－3法簡介

JS－3試劑是美國的一家公司研發(fā)的一種20～100μm的超細(xì)粉體材料，吸附量是活性炭的近60倍，集納米材料、高分子以及反應(yīng)協(xié)同效應(yīng)為一體的新型納米材料。能有效去除廢水、廢氣中的有害重金屬如：汞、鉛、砷、銅、鎳、鋅、銀、鉻、錳、鎘、鉈等，JS－3試劑法的工作原理是通過高分子基團(tuán)與廢水中重金屬絡(luò)合同時吸附重金屬離子，形成沉淀去除。整個工藝流程簡單、處理效果好、項目投資少。JS－3試劑法處理重金屬廢水在國外已經(jīng)得到較好的應(yīng)用，如果該技術(shù)能應(yīng)用于國內(nèi)鉛鋅冶煉酸性廢水治理，那么對整個鉛鋅冶煉行業(yè)有重大意義。

3 JS－3試劑的小試試驗

3.1 工藝流程

試驗原料：采用株冶集團(tuán)（株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司）鋅系統(tǒng)污酸和鉛鋅系統(tǒng)均化污酸兩種、化學(xué)純氫氧化鈉、JS－3試劑以及絮凝劑、pH試紙。試驗設(shè)備為電動攪拌以及常用玻璃試驗用品?；瀱挝粸橹暌奔瘓F(tuán)分析測試中心。

試驗主要對JS－3處理鉛鋅冶煉酸性廢水的條件探索，通過初步試驗確定反應(yīng)時間、溫度、添加比例等，試驗流程如圖1所示。

圖1 JS－3試劑法處理鉛鋅冶煉酸性廢水條件試驗流程圖

取樣送化驗中心分析。主要化驗元素為汞，其次為鎘、砷、鉛、鋅、鈣、銅以及氟、氯。銅、鋅、鉛、鎘的測定采用原子吸收分光光度法，汞的測定采用冷原子吸收分光光度法，砷采用二乙基二硫代氨基甲酸銀分光光度法。

3.2 pH對廢水處理效果影響

JS－3法處理鉛鋅冶煉酸性廢水pH試驗數(shù)據(jù)見表3，pH對廢水處理效果影響如圖2所示。

表3 JS－3法處理鉛鋅冶煉酸性廢水pH試驗數(shù)據(jù)mg／L

圖2 JS－3試劑法pH條件試驗數(shù)據(jù)圖

從試驗數(shù)據(jù)圖可以看到JS－3試劑在酸性條件下能有效脫除汞，在pH到5時能脫除大部分重金屬，pH到7時能做到廢水達(dá)標(biāo)排放。pH到9時能做到處理效果更好，但考慮到生產(chǎn)成本，只需要將pH調(diào)到7就能滿足環(huán)保需要。所以JS－3試劑法最佳反應(yīng)pH為7。

3.3 反應(yīng)溫度影響

控制相同的反應(yīng)條件，進(jìn)行溫度試驗，試驗數(shù)據(jù)見表4。從表4中可知，常溫下采用JS－3試劑法能將酸性廢水中重金屬處理到鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB25466－2010水平，加溫到60℃后，處理效率有所提升，但考慮到工業(yè)運行成本，所以JS－3試劑法采用常溫條件下最好。

表4 溫度試驗條件數(shù)據(jù)mg／L

3.4 反應(yīng)時間影響

JS－3試劑為固體粉末，在酸性廢水中與重金屬作用受到反應(yīng)時間的影響如圖3所示，試驗數(shù)據(jù)見表5。

圖3 時間條件試驗數(shù)據(jù)圖

表5 JS－3試劑法處理酸性廢水小試時間條件試驗數(shù)據(jù)

從圖3分析，JS－3試劑處理鉛鋅冶煉酸性廢水的反應(yīng)周期比較長，普通的藥劑如硫化反應(yīng)、中和化學(xué)反應(yīng)通常在0.5 h內(nèi)完成，這就說明了JS－3試劑是主要以物理吸附為主，在前1 h內(nèi)，對重金屬脫除有一個快速反應(yīng)過程，處理速度較快，但沒有處理到外排達(dá)標(biāo)水準(zhǔn)，到2 h后反應(yīng)基本完成，到8 h后反應(yīng)重金屬脫除效率已經(jīng)很低了，所以從環(huán)保需要及生產(chǎn)成本出發(fā)，JS－3試劑法處理重金屬廢水的最佳反應(yīng)時間為2 h。

4 工業(yè)擴(kuò)大試驗

4.1 工業(yè)擴(kuò)大試驗工藝流程及控制

目前在我國鉛鋅冶煉酸性廢水治理使用中最多的是中和法工藝，JS－3試劑法如果要進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用，只需在中和法的基礎(chǔ)上添加一套加藥裝置和一臺壓濾機(jī)即可，不需要再進(jìn)行大的項目改造和投資。具體工藝如圖4所示。

圖4 JS－3試劑法處理鉛鋅冶煉酸性廢水?dāng)U大試驗工藝圖

酸性廢水經(jīng)過精石灰預(yù)處理后，終點pH為7，壓濾分離，慮渣集中處理，濾液進(jìn)入JS－3反應(yīng)槽，JS－3的初次投加量為廢水的重金屬總含量的10倍，控制攪拌反應(yīng)2 h后進(jìn)行壓濾分離，濾渣可取樣檢測重金屬含量，當(dāng)重金屬含量低于30%時可以回用到JS－3反應(yīng)槽，再補(bǔ)充少量的JS－3試劑，等到重金屬含量超過30%時，渣可根據(jù)企業(yè)需要進(jìn)行JS－3再生或外售，系統(tǒng)需要再次投加廢水的重金屬總含量的10倍量JS－3材料，依次循環(huán)。

4.2 擴(kuò)大試驗效果

經(jīng)過為期3周的現(xiàn)場擴(kuò)大試驗，表6為JS－3試劑法處理鉛鋅冶煉酸性廢水效果數(shù)據(jù)。

表6 JS－3試劑法擴(kuò)大試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

從數(shù)據(jù)表中可以得出下列結(jié)論：

1.JS－3試劑法對鉛鋅冶煉酸性廢水處理的效果較好，處理后凈化水達(dá)到鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB25466－2010。同比國內(nèi)現(xiàn)有的幾種工藝對重金屬的處理效果要好［4］。

2.JS－3試劑法在酸性條件下可以對廢水中的汞進(jìn)行處理，處理后水含汞低于0.03 mg／L的外排標(biāo)準(zhǔn)。

3.JS－3試劑法可以對廢水中鈣及氟有較好的脫除效果，脫除率分別為96.4%和92.3%可以達(dá)到鉛鋅冶煉回用水標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié) 論

經(jīng)過實驗室小試及工業(yè)擴(kuò)大試驗，JS－3試劑法處理鉛鋅冶煉酸性廢水有較好的效果：

1.試驗研究表明在一定條件下，JS－3試劑法能將酸性廢水中鈣處理到20～80 mg／L，氟處理到40～70 mg／L，Hg凈化后主要分布范圍0.001～0.03 mg／L，其它重金屬指標(biāo)也遠(yuǎn)低于排放標(biāo)準(zhǔn)，在國內(nèi)鉛鋅冶煉酸性廢水技術(shù)中有較大的優(yōu)勢。

2.JS－3試劑法處理鉛鋅冶煉酸性廢水工藝簡單，操作簡單，不需要大的改造費用，只需在原工藝的基礎(chǔ)上建造一個配藥槽和一個加藥槽。

3.JS－3試劑藥劑使用成本同比硫化鈉、生物制劑等除汞藥劑相差不大、但減少了石灰用量，減少了渣量，同時實現(xiàn)汞回收資源化，所以總運行成本反而降低。

4.采用精石灰－JS－3試劑法不需要將pH調(diào)節(jié)到10，可以減少大量的中和渣，減少企業(yè)危廢渣處理成本。

5.JS－3試劑法對鉛鋅冶煉酸性廢水中的氯沒有很好的效果，如果要零排放的話需要與其它除氯工藝相配合。工藝需要進(jìn)一步研發(fā)改進(jìn)。

［1］ 《鉛鋅冶金學(xué)》編委會.鉛鋅冶金學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社，2003.

［2］ 彭長宏，顏蓉，唐謨堂，等.石灰處理共沉淀廢水的研究［J］.工業(yè)水處理，2002，22（5）：21－33.

［3］ 劉三平，王海北，蔣開喜，等.中國濕法煉鋅的新進(jìn)展［J］.礦冶.2009.18（4）：25－27.

［4］ 張圣南.鉛鋅冶煉煙氣制酸凈化工藝的污酸處理［J］.世界有色金屬，2010，（3）：44－45.

Study on the New Technology of Lead-zinc Acid W astewater Treatment

LIDi-han1，2
（1.Zhuzhou Smelter Group Co.，Ltd.，Zhuzhou 412004，China；2.Hunan Key Laboratory of Lead-Zinc Metallurgy，Zhuzhou 412004，China）

This paper analyzes the present situation of acid wastewater and its treatment technology in China，Introduces a new polymer material processing JS-3 lead-zinc smelting technology of acidic wastewater，and the research on the treatmentof acid wastewater by JS-3 reagent.It is concluded that the JS-3 reagent can be used to treat the acid wastewater from lead-zinc smelting.

lead zinc smelting；acid wastewater；JS-3 reagent；heavymetal ion

X758

A

1003－5540（2017）04－0054－04

2017－06－11

李迪漢（1976－），男，工程師，主要從事鉛鋅冶煉工藝及環(huán)保研究工作。