鎳鉬礦冶煉廢水的處理

張舞劍,李 姣

(1.湘潭大學化工學院,湖南湘潭 411105;2.湖南省環境保護科學研究院,湖南長沙 410004;3.湖南大學環境科學與工程學院,湖南長沙 410082)

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鎳鉬礦冶煉廢水的處理

張舞劍1,2,李 姣3

(1.湘潭大學化工學院,湖南湘潭 411105;2.湖南省環境保護科學研究院,湖南長沙 410004;3.湖南大學環境科學與工程學院,湖南長沙 410082)

對常用工藝進行比選,采用石灰-亞鐵絮凝共沉淀法處理鎳鉬礦冶煉廢水。針對該廢水的特點,設計了一套污水處理工藝流程。工程實際運行結果表明,廢水經該工藝流程處理后,砷、鎳等主要污染物去除率可達99%以上,出水水質可達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中的一級標準。該工藝運行穩定,操作簡便,處理效率高,出水水質好。

鎳鉬礦;冶煉廢水;石灰-亞鐵法

鎳鉬礦是一種多金屬復合礦產資源,成分比較復雜,除含有金屬Ni、Mo外,同時還有Zn、V、Ag、Se、Cu、Pt等多種有價元素[1]。鎳鉬礦在我國分布廣泛,其中貴州遵義和湖南西北部的鎳鉬礦資源以資源儲量大、貴金屬品位高等特點而聞名[2]。目前,較為普遍的鎳鉬礦處理方法為“鎳鉬原礦—氧化焙燒—堿浸—凈化—銨鹽酸沉—煅燒—鎳鉬合金”,該方法鎳鉬產量低、原料利用率低、成本高、污染物排放量大[3]。鎳鉬礦冶煉過程中產生的冶煉廢水,不僅含有鉬、鎳,還含有砷。砷是有色金屬硫化礦床經常伴生的雜質[4]。砷的毒性強,長期飲用高砷水,會引起皮膚病、黑腳病、神經病、心血管損傷等疾病,其氧化物三氧化二砷(砒霜)為劇毒物質[5,6]。鎳具有較強的毒性,能傷害肺臟,引起肺水腫、急性肺炎,并誘發呼吸系統癌。若該冶煉廢水不經過處理直接排放將對周圍環境及人體健康產生極大的危害[4]。因此,降低廢水中砷、鎳的濃度,對冶煉廢水進行有效處理,是鎳鉬礦冶煉過程中不可缺少的環節。

1 工程概況

湖南某鎳鉬冶煉企業以鎳鉬礦為原料生產有色金屬,生產采用焙燒→浸出→沉鉬→冶煉的工藝,冶煉過程中產生含砷、鎳等重金屬離子廢水,排污節點如圖1所示。

擬新建一套廢水處理設施,去除廢水中砷、鎳等金屬離子,使出水中砷、鎳含量能達到國家排放標準。該廢水處理設施設計進、出水參數列于表1。

表1 工藝設計進、出水參數

2 工藝比選

含砷、鎳的重金屬離子廢水的處理工藝有多種,主要包括沉淀法、離子交換法、吸附法、膜分離技術等[5～9]。離子交換技術處理裝置簡單、使用方便、處理量大,可回收其中的重金屬離子,但對原水質量要求較高,再生麻煩,樹脂易受污染,操作費用高[6]。吸附法簡單易行、經濟適用、處理量大,但含砷吸附材料處置、處理困難[5]。膜分離技術對設備、膜、操作條件的要求都很苛刻,適用于對出水要求特別高的情況,目前利用該技術大規模處理水體砷還不夠成熟[10]。

化學沉淀法是目前重金屬離子廢水處理的常用方法。該法基于砷、鎳與某些金屬或非金屬物質產生不溶性沉淀物以達到脫除的目的[8]。具體主要有以下幾種:

圖1 產排污節點圖

1.硫化法:硫化法是去除廢水中砷、鎳等多種重金屬離子的常見方法。常用的硫化劑有 Na2S、NaHS、H2S等[8]。重金屬與硫化劑生成的硫化物溶度積很小,沉渣含水率低,不易返溶形成硫化物二次污染。但藥劑費用高,殘硫量大,必須增加后續除硫工序;且產生的沉淀物顆粒細,含脫水困難[10]。

2.中和沉淀法:向廢水中添加投加堿中和劑,提高pH值,使廢水中重金屬離子形成溶度積較小的氫氧化物或碳酸鹽沉淀而去除。此法在去除重金屬的同時能中和各種酸,且工藝簡單,處理成本低,沉渣的脫水性能好,但其出水很難達到排放標準,且沉渣量大[8]。

3.絮凝沉淀法:絮凝沉淀法借助加入(或廢水中原有)Fe3+、Fe2+離子,并用石灰調到適當pH值,使其形成氫氧化物膠體,吸附并與廢水中的砷、鎳反應,生成難溶鹽沉淀而將其除去。該方法處理效率高,操作簡單,運行管理簡便,處理成本低,是目前含砷、鎳冶煉廢水最實用的方法[7]。

對以上常用工藝進行比較可知,該鎳鉬礦冶煉廢水的處理宜選用絮凝沉淀法。

3 工藝流程

本設計采用石灰-亞鐵鹽絮凝共沉淀法處理含砷、鎳廢水。首先向廢水中加入Fe2+和堿(石灰乳),調節pH=10;同時鼓風攪拌,使廢水充分混合進行反應,并使三價砷被氧化成五價砷;堿(石灰乳)與Fe2+形成的氫氧化物膠體吸附并與廢水中的砷、鎳反應,使砷、鎳生成難溶鹽沉淀而將其除去[10]。

工藝流程如圖2所示。

圖2 工藝流程圖

3.1 工藝原理

石灰-亞鐵鹽絮凝共沉法處理含砷、鎳等重金屬離子廢水基本原理如下[11]:

鎳、鉬等金屬離子(以Me2+表示)的去除反應:

由上述反應可見,砷在酸性廢水中有兩種形態:三價砷化合物和五價砷化合物,在用石灰中和時,石灰與砷化合物形成三價砷鹽和五價砷鹽,其中五價砷鹽的溶解度比三價砷鹽小。而當廢水中同時含有砷和鐵,且鐵砷比較高時,加入石灰將廢水pH值調至8～10.5之間,可以生成溶解度很小的砷酸鐵沉淀。另外當廢水中存在大量鐵離子時,可與石灰反應生成大量氫氧化鐵、氫氧化亞鐵絮狀物,可通過絮體的吸附、網捕、共沉淀作用,將三氧化二砷、偏亞砷酸鈣、偏亞砷酸鐵等溶解度極小的含砷鐵鹽及其它雜質除去。由于Fe3+的除砷效果優于Fe2+,因此可以通過向水中鼓風攪拌,使水中的鐵主要以Fe3+的形式存在,同時又可以把部分As3+氧化成As5+,從而提高除砷效率[10,11]。

3.2 工藝流程簡介

含鎳、砷等重金屬離子廢水從廠區經管道自流入廢水調節池,經調節池緩沖調節后,被污水提升泵提升至一級反應池。向一級反應池中投加石灰和硫酸亞鐵,同時鼓風攪拌,使廢水中部分的三價砷氧化為五價砷,二價鐵氧化為三價鐵,廢水中的鎳、砷與氫氧根離子和鐵離子發生反應,產生沉淀。含有沉淀的污水混合液自流入初次沉淀池,經初步沉淀去除其中的大部分沉淀物后,自流入二級反應池。向二級反應池中投加硫酸亞鐵,同時鼓風攪拌,進一步沉淀其中的鎳、砷等重金屬離子。含懸浮顆粒物的混合液自流入絮凝反應池,與絮凝劑PHP發生絮凝反應,微小顆粒絮凝形成沉淀性能好的絮狀物。混合液自流入斜管沉淀池,進行固液分離后,自流入中和澄清池,調節其pH值至6～9后,經泵提升后回用于生產或外排。

4 主要構筑物及設備參數

廢水處理設施設計流量為15 m3/h,其主要構筑物及設備參數列于表2。

表2 主要構筑物及設備參數

5 運行效果

根據現場驗收監測結果,污水經該工程處理后,出水水質均達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中一級排放標準,具體數據列于表3。

表3 監測結果

6 結 論

1.含鎳、砷等重金屬離子廢水沉淀不完全,需設置多級沉淀反應,提高鎳、砷重金屬沉淀的去除效率。

2.石灰-亞鐵鹽絮凝共沉淀法對鎳鉬礦冶煉廢水處理效果好,其中砷、鎳等一類污染物的去除率達到99%以上,出水水質達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中的一級標準。

3.在設計過程中,將調節池、中和澄清池、污泥濃縮池及斜管沉淀池等地下和半地下構筑物建在一起;將一級反應池、初次沉淀池、二級反應池、絮凝反應池等地面構筑物建在一起,使整個處理工藝更加緊湊,施工及操作管理方便,占地面積小。

4.該工藝運行穩定,操作簡便,處理效率高,出水水質好,十分適合鎳鉬礦冶煉廢水的處理。

[1] 張剛,趙中偉,霍廣生,等.鎳鉬礦處理工藝的研究現狀[J].稀有金屬與硬質合金,2008,36(4):37-41.

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Treatment of Smelting Industrial Wastewater of Nickel-molybdenum Minerals

ZHANGWu-jian1,2,LI Jiao3

(1.Institute of Chemical Engineering of Xiangtan University,Xiangtan411105,China;2.Hunan Research Academy of Environmental Sciences,Changsha410004,China;3.College of Enviomental Science and Engineering of Hunan University,Changsha410082,China)

Using the lime-ferrous flocculating precipitation to treat wastewater of nickel-molybdenum minerals by comparison of conventional process,a sewage treatment process is designed for the characteristics of wastewater. Engineering operation shows that removal efficiency of arsenic,nickel and other major pollutant are above 99%. After wastewater treated by the process,the effluent quality can achieve the primary standard of“Integrated Wastewater Discharge Standard”(GB8978-1996).The treatment efficiency of the process is high and stable,the operation is easy and simple,and the water quality is good.

nickel-molybdenum minerals;smelting industrial wastewater;lime-ferrous flocculating precipitation

X758

A

1003-5540(2010)05-0042-04

張舞劍(1981-),男,助理工程師,主要從事環境工程工作。

2010-07-26