處理鋅電解沖洗廢水的新工藝

陳 陽,林文軍

(株洲冶煉集團股份有限公司,湖南株洲 412004)

處理鋅電解沖洗廢水的新工藝

陳 陽,林文軍

(株洲冶煉集團股份有限公司,湖南株洲 412004)

針對株洲冶煉集團股份有限公司濕法煉鋅每年約產生15萬m3含鋅濃度8～15 g/L的鋅電解沖洗廢水,并根據(jù)鋅電解沖洗廢水和長株潭“兩型”社會建設的特點,從工藝技術角度提出了處理該廠鋅電解沖洗廢水的新工藝即溶劑萃取處理沖洗廢水,并進行了實驗室試驗和連續(xù)擴大試驗,得到含鋅濃度80 g/L以上的反萃液,反萃液經活性炭吸附進入鋅浸出系統(tǒng),而萃余液經脫有機相處理直接返回系統(tǒng)使用。新工藝處理該公司鋅電解沖洗廢水具有顯著的經濟效益和環(huán)保效益。

處理;鋅電解廢水;新工藝;“兩型”社會;溶劑萃取

隨著長株潭城市群于2007年12月被國務院批為“全國資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會建設綜合配套改革試驗區(qū)”(簡稱“兩型”社會),對此地區(qū)的資源節(jié)約和環(huán)境保護被提上了新議程。株洲清水塘循環(huán)經濟工業(yè)區(qū)作為株洲“兩型”社會建設的突破口,正加快推進循環(huán)經濟建設。株洲冶煉集團股份有限公司(簡稱株冶)坐落在清水塘工業(yè)區(qū),作為該區(qū)的企業(yè)老大,同時作為國家首批循環(huán)經濟試點單位,一直以來積極響應“兩型”社會建設的號召,從廢水、廢氣、廢渣入手,努力構建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型企業(yè)。

據(jù)統(tǒng)計,株冶每年產生的電解沖洗廢水總量達15萬m3,該廢水含鋅8～15 g/L,Mn 1～2 g/L, H2SO410～30 g/L,其他雜質含量極微。但由于鋅濃度較低,若直接返回浸出系統(tǒng)使用,將導致系統(tǒng)體積膨脹,影響生產正常運行。因此,目前只好將其直接排至工廠廢水綜合處理系統(tǒng),采用石灰乳中和沉淀的方法處理,處理后廢水外排,廢水中的鋅則進入中和沉淀得到的石膏渣中。這樣不僅廢水處理成本高,而且因中和渣量大、固含量低,其中的鋅無法得到經濟有效的回收,處理后廢水外排,造成了鋅金屬和水資源的白白流失。

本文從工藝技術角度入手,根據(jù)株冶建設循環(huán)經濟實施方案,電解沖洗廢水必須循環(huán)利用的特點,提出了處理株冶鋅電解沖洗廢水的新工藝即溶劑萃取處理沖洗廢水,不僅使廢水中的有價金屬鋅得到最大程度的回收,而且回收鋅后的廢水可達到循環(huán)使用的目的,進而推動株冶循環(huán)經濟和“兩型”社會建設,具有顯著的經濟效益和環(huán)保效益。

1 株冶電解廢水成分分析

通過對鋅一電解、鋅二電解和鋅電解七系列電解廢水池廢水取樣分析,主要成分見表1。

表1 鋅電解廢水主要成分

2 實驗原理及工藝流程

2.1 實驗原理

2.1.1 堿中和及除雜

由于電解廢水中酸度較高,且三價鐵離子的濃度也較高,在進行萃取前需經堿中和及除雜步驟,常用氨水或石灰乳調節(jié)電解廢水的pH值至4.5,此時絕大部分鐵以沉淀的方式被除去,可能發(fā)生的反應如下:

2.1.2 萃取機理

溶劑萃取法是利用有機溶劑從基本上與其不相混溶的溶液中把某種物質提取出來的方法。本試驗研究選用已經實現(xiàn)工業(yè)化應用的萃取劑P204,P204是一種酸性磷酸型萃取劑,通常以二聚體存在。由于其水溶性小、穩(wěn)定,具有合適的結構,它與被萃取金屬生成的萃合物,在稀釋劑中有較大的溶解度,而且價廉易得,故在提取冶金中,應用最為廣泛。

萃取時有機相為P204和磺化煤油的混合物,其萃取金屬鋅反應為陽離子交換反應: Zn2+(A)+2(HA)2(O)=2H++Zn(HA2)2(O)為了能使P204再生循環(huán)使用,必須用再生劑進行預處理。

2.2 工藝流程

確定的工藝流程見圖1。

圖1 鋅電解沖洗廢水溶劑萃取處理循環(huán)利用工藝流程

3 實驗室試驗結果與分析

3.1 堿中和及除雜

往從鋅一電解、鋅二電解和鋅電解七系列電解廢水池取來的廢水分別緩慢地加入適量石灰乳,控制終點pH值至4.5。主要成分見表2。

表2 鋅電解沖洗廢水經堿中和及除雜后的主要成分

3.2 萃 取

經過多次萃取條件試驗,得到最佳萃取試驗條件為:(1)萃取級數(shù):三級逆流;(2)有機相濃度:40% P204+60%200#煤油;(3)萃取相比:O/A=1.2∶1; (4)pH(料液):4.5;(5)混合時間:3～5 min;(6)平衡時間:8 min;(7)溫度:35～40℃。

以40%的P204煤油溶液分別萃取上述三種經堿中和及除雜后的電解廢水中的鋅,三次試驗萃取情況見表3。

表3 萃余液分析結果

從表3可以看出:用40%的P204為萃取劑,在最佳萃取條件下鋅的萃取率高達98%。

3.3 反 萃

用廢電解液對洗滌后的有機相進行反萃取,鋅的反萃率在99%以上,而鐵和其它進入有機相的雜質離子反萃率極低。反應式如下:

經過多次反萃條件試驗,得到最佳反萃試驗條件為:(1)反萃級數(shù):三級逆流;(2)反萃劑濃度:廢電解液;(3)萃取相比:O/A=4∶1;(4)混合時間:5 min;(5)平衡時間:15 min;(6)溫度:35～40℃。

以廢電解液分別反萃上述三次萃取試驗得到的鋅的負載有機相,三次試驗的反萃情況見表4。

表4 廢電解液和反萃液分析結果

從表4可以看出:用廢電解液為反萃劑,在最佳反萃條件下,鋅的反萃率高達99%以上。

3.4 小 結

實驗研究結果表明,用40%P204為萃取劑和廢電解液為反萃劑分別對電解廢水和負載有機相進行萃取和反萃,鋅的萃取率和反萃率分別達98%和99%以上,并得到了最佳萃取和反萃條件。在P204萃取鋅的過程中,雜質Cu、Cd、Ni、As和Mg基本上不被萃取進入有機相,雜質Fe、Co和Ca僅有極少量進入有機相。

4 擴大連續(xù)試驗

4.1 試驗原料

根據(jù)實驗室條件試驗結果,并考慮現(xiàn)場情況,擴大連續(xù)試驗采用P204作萃取劑,用200#煤油作稀釋溶劑,試驗中有機相組成為40%P204+60%煤油。電解廢水采用廢電解液做反萃劑,酸洗劑采用廢電解液與純水按1∶2比例配制的溶液,其成分組成見表5。

表5 試驗原料組成成分

4.2 試驗操作條件及其運行

4.2.1 試驗設備

擴試采用小型的多級箱式萃取槽,單級混合室尺寸為60 mm×60 mm×70 mm,容積252 mL,單級澄清室尺寸為60 mm×120 mm×305 mm,除去調整井占用空間,容積2 300 mL;為便于觀察,槽體全部采用有機玻璃制作。另外配套設備有恒流泵、聚丙烯塑料儲槽、量筒、容量瓶、取樣用注射器、秒表、溫度計及多種規(guī)格的塑料桶若干。

4.2.2 試驗條件

基于實驗室條件試驗結果,并考慮擴大連續(xù)試驗原料組成的特點,確定萃取工藝條件見表6。

4.2.3 試驗操作方法

試驗按照給出的連續(xù)逆流萃取試驗操作規(guī)程進行。試驗中,填槽是混合澄清萃取操作的重要步驟,試驗開始時首先進行填槽,其中試驗的萃取段,即1～3級的一半體積用純凈水填充;酸洗段,即4～6級的一半體積用酸洗劑填充;反萃段,即7～9級的一半體積用反萃劑填充;整個萃取槽有效體積的一半,即1～9級的一半體積用有機相40%P204-200#煤油填充。

表6 連續(xù)試驗的工藝條件

4.3 連續(xù)試驗結果

按照上述擴大連續(xù)試驗條件,得到連續(xù)試驗結果見表7和表8。

表7 連續(xù)萃取物料成分分析結果

表8 萃取平衡后鋅金屬投入產出平衡表

從表7和表8可以看出,用40%P204為萃取劑和廢電解液為反萃劑分別對電解廢水和負載有機相進行了萃取和反萃擴大連續(xù)試驗,鋅的萃取率和反萃率分別可達92%和99%,其效果較為理想。

4.4 小 結

擴大連續(xù)試驗的萃取率與前面實驗室試驗相比結果偏低,可能是以下方面原因造成:(1)試驗溫度偏低,前面實驗室搖瓶試驗已證實了溫度是影響鋅萃取率的一個主要因素,最適宜的溫度應該在35～40℃;(2)擴大連續(xù)試驗受現(xiàn)場條件限制。

5 結 論

1.鋅電解沖洗廢水含鋅濃度適中、其他雜質含量極微,適宜于采用溶劑萃取工藝回收其中的鋅,含鋅10.65 g/L的沖洗廢水用生石灰中和至pH值4.5,過濾后濾液進行連續(xù)萃取試驗,鋅的萃取實際回收率達90%以上;用含鋅40%左右的廢電解液作反萃劑,反萃后液含Zn達80 g/L左右、H2SO4140 g/L左右,很適于鋅電解配液使用。

2.與現(xiàn)有技術相比,鋅電解沖洗廢水溶劑萃取處理工藝具有以下優(yōu)點:既有效回收了其中的金屬鋅資源,又消除和減少了環(huán)境污染,實現(xiàn)了廢水的循環(huán)利用;與現(xiàn)有濕法煉鋅系統(tǒng)可很好銜接,沖洗廢水、廢電解液、萃余液、有機萃取劑等物料在整個工藝中循環(huán)使用,既保證了主系統(tǒng)體積平衡,沖洗廢水循環(huán)利用處理系統(tǒng)又有較強的靈活性;工藝簡單、成本低、能廣泛適用于各濕法煉鋅廠鋅電解沖洗廢水的處理。

3.株冶電解沖洗廢水溶劑萃取處理循環(huán)利用項目,是名副其實的循環(huán)經濟項目,也是建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型企業(yè)的重要項目。據(jù)數(shù)字統(tǒng)計每年可回收鋅1 200 t,經濟效益達1500萬元,而且有良好的環(huán)保效益。

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Abstract:In Zhuzhou semlter,about 150,000 m3per year of zinc concentration of 8～15 g/L zinc-electrolytic rinse waste-water were produced.According to the features of zinc-electrolytic rinse waste-water and Changsha, Zhuzhou,Xiangtan“two types”of community-building,it proposed a new process to deal with the zinc-electrolytic rinse waste-water,which is solvent extraction method.Laboratory tests and continuous extension of the trial were carried out,and the zinc concentration of above 80 g/L the stripping fluid wasobtained,the stripping fluid by activated carbon adsorption entered into the zinc leaching system,and stripping off the organic liquid phase directly returned to the system.The new process to deal with Zhuzhou smelter zinc-electrolytic rinse waste-water has significant economic and environmental benefits.

Key words:deal with;zinc-electrolytic rinse waste-water;new process;two types of community;solvent extraction

The New Process to Deal with Zinc-electrolytic Rinse Waste-water

CHEN Yang,LIN Wen-jun
(Zhuzhou S melter Group Co.Ltd.,Zhuzhou412004,China)

X703

A

1003-5540(2012)04-0058-04

2012-06-10

陳陽(1976-),男,工程師,主要從事有色金屬冶煉技術和生產管理工作。