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

(江西省科學院應用化學研究所,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

(江西省科學院應用化學研究所,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。在優化沉淀條件下,先硫化后用石灰石沉淀得到石膏產品,其質量達到用戶要求;處理后的水質達國家一級排放標準。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,配套生產硫酸,同時產生大量含酸廢水[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[2-3],一般采用石灰-鐵鹽法將有毒、有害物質轉化為含砷中和渣[4]后使含酸廢水達標排放[5-7]。針對這種組成復雜的含酸廢水,我們曾研究了先石膏化、后硫化、再進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。在優化沉淀工藝條件下,硫化后的濾液以石灰乳沉淀可得質量達用戶要求的石膏產品[9],處理后的水質達國家一級排放標準[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,其化學組成見表1。其中,殘酸質量濃度高達13.78 g/L,重金屬銅、鎘、鉛、鋅及氟、砷等有毒有害物質質量濃度也較高,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、有害物質和固體懸浮物對后續石膏化反應生成的石膏產品質量有直接影響,所以應先進硫化沉淀預先除去[12]。主要反應式如下：

重金屬離子與S2-反應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。主要反應為：

1.3 分析方法

石膏產品和水質分析均采用國家標準方法分析,具體見表3。

表3 石膏產品及水質分析方法

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 試驗結果與討論

2.1 廢酸原液硫化反應

2.1.1 pH對廢酸原液硫化反應的影響

從硫化反應式來看,酸度對重金屬離子沉淀率有很大關系。對不同p H的酸液直接加入硫化鈉溶液,在反應溫度30℃、反應時間15 min條件下進行硫化反應。主要雜質隨p H的變化如圖2所示;不同p H條件下,硫化反應濾餅分析結果見表4。

圖2 主要雜質隨硫化反應pH的變化

表4 不同pH條件下,硫化反應濾餅的化學組成

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

2.1.2 溫度對硫化反應的影響

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

表5 不同溫度下廢酸原液硫化反應濾液的化學組成

表6 不同溫度下廢酸原液硫化反應濾餅的化學組成

從表6看出,廢酸原液硫化反應在30～60℃范圍內均能達到良好除雜效果。試驗中發現,50℃時溶液的過濾效果更好。

2.2 硫化反應后濾液的石膏化反應

2.2.1 酸度對石膏化反應的影響

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,石膏化反應后,濾液中ρ(Cu)＜0.01 mg/L,ρ(As)＜0.01 mg/L。石膏化反應脫氟率與酸度的關系如圖3所示,反應所得石膏產品質量分析結果見表7。

圖3 溶液酸度對石膏化反應脫氟率的影響

表7 不同pH下濾液石膏化反應產品的化學組成

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后,所得石膏產品質量較好,有害、有毒元素含量均很低,達到水泥廠要求。

2.2.2 溫度對硫化濾液石膏化反應的影響

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

圖4 溫度對石膏化反應濾液中氟質量濃度的影響

表8 不同溫度下石膏化反應所得石膏產品的化學組成

2.3 排水水質分析

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

表9 排水水質及廢水國家排放標準

3 結論

銅冶煉廢酸溶液采用先硫化-后石膏化工藝處理,在優化硫化沉淀條件和石膏化沉淀條件下,得到的石膏產品質量達到用戶要求,處理后的水質達到國家一級排放標準。優化條件及試驗結果為：硫化反應以p H=1.6,反應溫度50℃,反應時間15 min;硫化濾液石膏反應酸度為p H=4.1,反應溫度40℃,反應時間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。