王水云，李緒忠，夏 傳

（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南長沙410011）

有色金屬冶煉廠硫酸車間凈化工序對冶煉煙氣進行洗滌凈化后，煙氣中的砷、氟、氯、煙塵等雜質進入循環(huán)酸中，當雜質富集到一定程度時即向系統(tǒng)外排出一定量的污酸[1-2]。有色金屬冶煉產生的污酸，其酸度高、重金屬種類多且濃度高，同時含有大量難以去除的砷、氟、氯，現(xiàn)階段主要采用石灰-石膏法、化學沉淀法、石灰-鐵鹽法、硫化法、膜法等方法進行組合處理，處理工藝存在處理費用高、難以穩(wěn)定達標排放、出水鈣離子濃度高、回用困難、石膏渣堆存填埋占用土地資源量大、反滲透膜易堵塞等諸多缺點，難以滿足國家環(huán)保新政策的要求。如何穩(wěn)定地去除砷、氟、氯，且能夠實現(xiàn)污酸回用和有價重金屬回收成為擺在環(huán)境保護研究工作者面前的一道難題。

國內外的科技工作者一直在尋求含重金屬污酸處理的新技術，既能夠消除冶煉廠的廢棄物白煙灰和石膏渣，避免造成二次污染，又能夠在保留污酸酸度的基礎上回用污酸，真正實現(xiàn)零排放，同時回收有價金屬和較純的硫酸鋅。離子交換+旋流電積污酸資源化利用新工藝，在利用污酸酸度的基礎上處理白煙灰，采用離子交換有效除去氟和氯，電積除去砷和鎘等有害雜質，實現(xiàn)了污酸再利用和有價金屬的回收，能夠避免現(xiàn)有工藝產生石膏渣廢棄物的弊端，且具有占地面積小、能耗及成本低等優(yōu)點。

1 技術路線

離子交換+旋流電積污酸處理工藝分為酸浸中和段、凈元電容析除氟氯段、旋流電積除雜段和旋流電積回收鋅段，流程見圖1。

圖1 污酸處理工藝流程

首先在酸浸中和段調節(jié)污酸的酸度，保證通過酸浸能夠完全浸出白煙灰中的重金屬，在回收有價金屬的同時進行酸度中和[3]。酸浸浸出之后進行壓濾，濾渣送至危廢中心處理，濾液用白煙灰進一步中和酸度，同時增加鋅的濃度，為后續(xù)電積回收鋅創(chuàng)造條件。二次中和之后再進行壓濾，濾液采用凈元電容析去離子設備除去氟和氯，旋流電積除雜段除去砷和其他雜質，回收鋅段電積富積鋅。完成上述處理的溶液可以直接回用于冶煉制酸凈化工序，真正實現(xiàn)零排放。

2 工藝條件

2.1 酸浸中和段

有色金屬冶煉產生的污酸濃度較低，ρ(H2SO4)約為8.72 g/L，為了保證白煙灰的酸浸效果，向污酸中補充少量w(H2SO4)98%的濃硫酸。向調酸槽中加入2 m3污酸，用濃硫酸將ρ(H2SO4)提高至100 g/L。然后在酸浸槽內將提高了酸濃度的污酸和白煙灰進行混合，控制液固質量比在5∶1左右，浸出溫度80 ℃，浸出終點pH值在1.0～1.5，加熱攪拌30 min。向浸出液中緩慢加入白煙灰進行中和，控制溶液的pH值為2.5～3.0。整個酸浸中和過程用時2～3 h，漿體進入壓濾機進行壓濾，濾液進入壓濾后液槽后送至凈元電容析除氟氯段進行處理，濾渣進入鉛鉍回收系統(tǒng)。

酸浸中和段白煙灰中不同成分的浸出情況見表1。

表1 酸浸中和段白煙灰不同成分的浸出情況

由表1可見：白煙灰中的Zn，As，Cd，F(xiàn)，Cl可被污酸浸出進入溶液中，Zn的浸出率最高，達到91.42%，As，Cd，F(xiàn)，Cl的浸出率達60%以上，而Pb的浸出率只有0.02%，可實現(xiàn)Zn和Pb分離，為后續(xù)回收純Zn創(chuàng)造了條件。

2.2 凈元電容析除氟氯段

酸浸中和后壓濾液經配置的專用去除一價陰離子的膜凈元電容析設備，將氟和氯除去。氟和氯的去除率試驗數(shù)據(jù)見表2。

由表2可見：酸浸中和后壓濾液中氟的質量濃度由0.40 g/L降低至0.12 g/L，去除率達到70.0%；氯的質量濃度由1.35 g/L降低至0.21 g/L，去除率達到84.4%，凈元電容析除氟氯效果良好。

表2 氟和氯的去除率試驗數(shù)據(jù)

2.3 旋流電積除雜段

除氟氯后液中含有較高濃度的As，Cd等雜質，用輸送泵將除氟氯后液從儲槽送至旋流電解槽內，溶液在旋流電積裝置系統(tǒng)內循環(huán)，在高電流密度1 000～1 500 A/m2和水流量200 L/h條件下，As等雜質通過選擇性電積作用以粉體的形式從電解溶液中分離出來。

不同電積時間重金屬元素的濃度變化見表3。

表3 不同電積時間重金屬元素的濃度變化 ρ： g/L

由表3可見：隨著電積時間的延長，溶液中As，Pb，Cd，Cu的濃度大幅下降。當電積時間為84 h時，As，Pb，Cd，Cu的去除率分別達到99.1%，70.6%，86.4%，80.8%，而Zn的濃度沒有明顯變化。

旋流電積除雜段最為關注的元素為As和Zn，As和Zn的濃度變化曲線見圖2。

圖2 As和Zn的濃度變化曲線

由圖2可知：電積液中As的濃度下降先快后慢，Zn的濃度在小范圍內呈波動性變化，ρ(As)由3.598 0 g/L 降低至 0.031 4 g/L，As的去除率達到99.1%，實現(xiàn)了Zn和As的分離。

2.4 旋流電積回收鋅段

旋流電積除雜后液從儲槽經輸送泵送入旋流電解槽內，溶液在旋流電積裝置系統(tǒng)內循環(huán)，在電流密度560 A/m2的條件下，陰極發(fā)生反應Zn2++2e→Zn↓，陽極發(fā)生反應2OH--2e→H2O+1/2O2↑，實現(xiàn)對Zn的回收。

當Zn質量濃度大于5 g/L時，在電流為140 A左右，電流密度為560 A/m2，電積液循環(huán)流量為9～10 m3/h，pH值為3.0左右時，對旋流電積除雜后液中的鋅進行電積回收。經計算，污酸和白煙灰中Zn的回收率達到85.9%。

3 結語

采用“離子交換+旋流電積”污酸資源化利用新工藝，有效解決了有色金屬冶煉廠產生的污酸和白煙灰的資源化問題，為后續(xù)研究提供參考。該工藝具有以下優(yōu)勢：

1）在污酸ρ(H2SO4)達到100 g/L時，白煙灰中Zn的浸出率達到91.42%，可實現(xiàn)對Zn的基本回收。

2）通過旋流電積除雜，可實現(xiàn)As和Zn的分離，As的去除率達到99.1%。

3）通過旋流電積回收Zn，污酸和白煙灰中Zn的回收率達到85.9%。