降低砷濾餅渣量的研究

葉碧軼，姚建虎

（江西銅業鉛鋅金屬有限公司，江西 九江 332500）

1 引言

隨著有色冶金和化工等行業發展以及貧礦的開發，砷伴隨主要元素被開發出來，在冶煉過程進入廢水中的砷量大。江西銅業鉛鋅金屬有限公司是鉛、鋅聯合冶煉企業［1］,硫酸分廠負責處理冶煉過程中產生的煙氣及制酸生產中產生的廢酸。隨著公司冶煉產能不斷提升，鉛、鋅冶煉大量使用高砷國產精礦，制酸廢酸中砷含量不斷上升，高含砷廢液先送往硫化工序進行處理，產生危廢渣砷濾餅。2015年廢酸增加稀貴銦工段萃余液，砷含量高，產出的砷濾餅含砷又較低，極大地增加了砷濾餅渣量，同時也增加了排放水中砷的處理難度。2016年共產生砷濾餅約670t，均委托有處理資質的單位進行處理，費用高。因此，如何優化完善現有廢酸處理工藝流程，減少砷濾餅渣量，對降低危險廢物處置費、保護生態環境、提高公司整體效益十分必要。

2 除砷工藝現狀

2.1 廢酸廢水除砷工藝介紹

廢酸處理原液主要由硫酸廢液和稀貴廢液組成，其中硫酸廢液處理量約360m3/d，稀貴廢液處理量約60m3/d。主要采用先硫化法工藝去除廢液中大部分的砷［2］，后通過中和法工藝進行中和沉淀去除達標。

廢酸中砷含量最高達3261 mg/L，最低84 mg/L； 鋅含量最高達524 mg/L，最低＜0.5 mg/L。

表1 2016年硫酸廢酸主要成分（平均值）

表2 2016年稀貴廢液主要成分（平均值）

稀貴廢液中砷含量最高達24524 mg/L，最低1118 mg/L；鋅含量最高達20744 mg/L，最低1681 mg/L；鎘最高達34420mg/L，最低1475 mg/L。

表3 2016年砷濾餅成分（平均值）

圖1 硫酸分廠廢酸廢水處理工藝流程圖

2.2 處理砷過程中的難題

在處理砷的過程中存在諸多如下問題：

（1）廢酸原液中含砷高。公司鉛、鋅冶煉不斷提升產能，尤其是鉛、鋅冶煉大量使用高砷國產精礦，煙氣制酸產生的廢酸中砷含量持續上升，2016年廢酸中砷含量最高達到3261 mg/L，增加了砷濾餅的產量。

（2）銦萃取工序產生的廢酸含砷高，難沉降。銦工序，每天集中處理約60m3的萃余液，廢液中砷含量最高達到24524 mg/L，平均值也有14771 mg/L，鎘、鋅等重金屬含量異常高，超出了硫化工序的設計最大處理能力，增加了砷濾餅的產量；萃余液中經常含大量的油等有機物，增加了除砷難度，排放水達標率難以保證。

（3）砷濾餅含砷低。目前砷濾餅渣中砷含量偏低，2016年的砷平均含量左右21.23%。

（4）反應酸度低，工藝參數難控制。送往硫化工序廢酸酸度較低，導致硫化鈉添加難以控制，硫化效果持續不夠理想［3］。

3 探索性工藝實驗

銦工序產出萃余液（約60m3/d）是一次性送至硫化工序，與廢酸原液混合集中進行硫化處理，因萃余液中的雜質含量高，是廢酸原液的5～10倍，并且含有少量煤油等有機物，渣層厚且顆粒細，懸浮物多，無法快速沉降，極易導致廢水無法達標排放。

3.1 原料成份情況

取萃余液和廢酸原液為原料（其化學成分見表4），模擬硫酸分廠廢酸處理工藝實驗，解決硫酸分廠硫化砷渣漂浮的問題。

表4 萃余液和廢酸原液化學成分mg·L-1

3.2 硫化處理—電石渣中和—硫酸亞鐵沉砷［4］

以表4中的萃余液和廢酸原液為原料，按照硫酸分廠硫化處理工藝條件開展硫化實驗，硫化鈉濃度為實際生產中使用的濃度（濃度約10%）。表5為五組對比實驗條件，表6為5組實驗對應的硫化濾液化學成分，圖2為5組硫化實驗的實物照片。

表5 硫化反應條件

硫化實驗結果發現：

（1）廢酸原液渣量少并且沉降速度快，沉降效果好，上清液清澈，5min沉降效果見1#燒杯照片；

（2）萃余液直接硫化處理后渣量特別大，沉降時間長而且沉降效果不理想，上清液渾濁，10min沉降效果見2#燒杯照片；

（3）將萃余液用廢酸原液稀釋6、10、15倍后進行硫化處理，5min的沉降效果分別見3#、4#、5#燒杯照片，發現當稀釋倍數達到10以上時，就能夠達到良好沉降效果。

表6 硫化濾液化學成分mg·L-1

分別以表6中的1#～4#硫化濾液為原料，按硫酸分廠電石渣中和、硫酸亞鐵沉砷工藝條件處理，表7為外排水主要化學成分，砷的含量都低于0.3 mg/L，達到了廢水排放標準。

表7 外排水主要化學成分mg·L-1

圖2 硫化實驗實物圖

3.3 稀貴分廠中浸液直接送硫酸分廠處理的可行性分析

表8中的混和液為萃余液∶中浸液= 2∶1（體積比）的均勻混和液，以混合液和廢酸原液為原料，按不同的體積比（如表9所示），采用硫酸分廠硫化處理工藝條件開展硫化實驗，表10為6組硫化濾液化學成分，其中砷的含量都低于10mg/L，達到了硫化處理工藝技術要求。圖3為硫化實驗實物圖（10min沉降效果照片）。

硫化實驗結果發現：

以萃余液∶中浸液= 2∶1的混和液為原料，當混和液用廢酸原液稀釋倍數達到10以上，能夠達到良好沉降和脫砷效果。

表8 廢液化學成分 mg·L-1

表9 硫化反應條件

表10 硫化濾液化學成分mg·L-1

圖3 硫化實驗實物圖

4 硫化工藝試驗結果及工藝流程調整和優化效果

根據工藝實驗結果，針對硫化工序處理存在硫化渣漂浮的問題，提出如下決方案：

萃余液和中浸液先集中收集至儲槽，再用計量泵均勻配入廢酸原液儲槽與廢酸充分混合，控制混合液的稀釋倍數在10以上，有效克服了萃余液中的少量有機物導致的砷沉淀無法下沉的現象，可以提高砷濾餅中砷含量。

4.1 工藝流程調整及生產效果

在硫化工序增加100m3的玻璃鋼儲槽，以儲存銦工序間斷送過來的萃余液；增加2臺10m3/h的計量泵、相應的管道及流量計，以保障24h輸送萃余液至硫化原液槽與廢酸進行相應比例混合。

硫化工藝流程調整投入使用，通過近半年的生產，結果表明：稀貴萃余液以1.5m3/h與制酸廢酸混合，可以有效地穩定原液槽中廢酸的砷含量，減少硫化渣無法沉降的難題，減少了砷濾餅的產量，提高砷濾餅中砷含量，保障了排放水中砷穩定達標。

4.2 調整工藝參數、改進操作方法，提高砷濾餅砷含量及降低水分

通過半年來的生產摸索情況，對工藝控制參數指標及操作流程進行了調整：

（1）在硫化原液槽上增加混酸器，通過向廢酸中混合添加濃硫酸以提高反應液的酸度，通過實際生產發現，當廢酸的酸度在80～120g/L，時，在保障排放水砷達標的同時，硫化鈉的消耗可以大幅降低，反應充分，可以大大降低砷濾餅的產量；

（2）及時調整硫化反應的ORP值，避免硫化鈉的過量添加，當硫化鈉的濃度控制在10%左右，硫化鈉可以穩定添加；

（3）在硫化壓濾機吹風管道增加蒸汽伴熱，并對現有壓濾機操作規程進行修改［5］，提高壓榨、吹風時間，降低砷濾餅的水分。

4.3 研究實踐結果

通過降低砷濾餅渣量的研究，砷濾餅含砷等變化如表11所示，硫酸排放水砷含量月平均值降低至0.021mg/L，遠優于國家環保標準［6］，研究取得明顯的效果。

表11 研究前、后砷濾餅成份及量變化

4.4 效益分析

減少了危險廢物產生，提升了排放水砷指標，改善了生態環境，對公司的可持續發展提供了堅實保障。

5 結語

通過對降低砷濾餅渣量的研究，優化了工藝流程，調整了工藝參數及操作規程，提高了現有生產設施效率，減少了危廢砷濾餅渣量，提升了環保指標，投資少，見效快，是目前較為理想的處理工藝。