某高濃度黃金冶煉廢水分步多級沉淀工藝研究

王 虎

（青海昆侖黃金有限公司）

我國冶金工業的持續發展帶來了大量的冶煉廢水。冶煉廢水含有大量的金屬離子（銅、鉛、鋅等）和重金屬離子以外的其他有害物質，如不加以處理，將會對環境造成嚴重污染。因此，對冶煉廢水進行處理和綜合回收具有重要意義［1］。

針對某黃金冶煉廢水，開展了氫氧化物沉淀、硫化物沉淀等廢水處理工藝研究，旨在尋找一種高效、可持續的金冶煉廢水綜合處理與回收技術。

1 實施背景

某黃金冶煉廠精煉原料為鋅粉置換金泥，金泥冶煉為控電氯化提金工藝，主要生產流程為酸浸除雜—氯化分金—金液還原—熔煉鑄錠。

冶煉廢水來源主要有二：一是酸浸除雜階段，根據金銀與其他賤金屬雜質的性質和電位差異，在鹽酸體系下通過控制電位對氰化金泥進行預浸，將其所含銅鉛鋅等雜質部分或全部溶解進入液相而除去，金不溶解，銀以單質或部分轉化成不溶的氯化銀固體，過濾后含銅鉛鋅等雜質的預浸液經過藥劑還原處理后的廢水。二是預浸后的金泥在鹽酸體系下通過控制電位，將金及少量雜質溶入液相，銀全部轉化成氯化銀，然后過濾提金，液體經深度還原，含有微量金及大部分雜質的廢液及工藝生產中處理廢銀電解液、置換后液等產生的廢水。

生產過程中產生的大量廢水具有pH 值低、重金屬離子（Cu、Pb、Zn 等）濃度高等特點［2］。由于采用的是生產水零排放工藝，全部循環利用，目前冶煉廢水經過堿中和后直接返回氰化流程。冶煉廢水中的計價金屬未得到有效回收，一方面不符合資源綜合利用的宗旨，另一方面廢水中的重金屬離子返回氰化流程，給氰化工藝指標帶來了不利影響。

2 冶煉廢水主要處理工藝

含重金屬離子的廢水處理方法主要有氫氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、還原—沉淀法、溶劑萃取分離法、吸附法、膜分離法、電滲析法、隔膜電解法等［3］。

2.1 氫氧化物沉淀法

采用氫氧化物為沉淀劑，使工業廢水中的多種重金屬離子生成氫氧化物沉淀而得以去除，這種方法稱為氫氧化物沉淀法。

2.2 硫化物沉淀法

工業廢水中的許多重金屬離子可以形成硫化物沉淀而得以去除。由于大多數金屬硫化物的溶解度比其氫氧化物小得多，因此生成硫化物可較完全地去除重金屬離子。硫化物沉淀法的優點是所產生的泥渣金屬品位高，有利于回收利用；此外沉淀的pH范圍寬，可在酸性條件下把多種金屬離子和砷去除［4］。

2.3 還原—沉淀法

還原—沉淀法的原理是用還原劑將重金屬廢水中的重金屬離子還原為金屬單質或者低價態的金屬離子，先通過過濾收集金屬，再通過添加石灰乳使還原態的重金屬離子以氫氧化物的形式沉淀下來。這種方法可以回收利用銅和汞等，也可用于含鉻廢水的處理。該工藝的常用還原劑有硫酸亞鐵、亞硫酸氫鈉、鐵粉等。

根據廢水回收回用處理原則，結合公司實際生產情況及工藝流程，針對冶煉廢水的水質特點，確定采用分步多級沉淀工藝［5］。

3 分步多級沉淀工藝

3.1 試驗原理

水中的難溶鹽類服從溶度積原則，即在一定溫度下、在含難溶鹽的飽和溶液中，各種離子濃度的乘積為一常數，稱為溶度積常數。為了去除廢水中的金屬離子，可以向其中投加特定的化合物（通常稱具有這種作用的化學物質為沉淀劑），使其形成沉淀，從而降低廢水中金屬離子的濃度。

金屬氫氧化物的生成與否與溶液的pH 值關系密切，而冶煉廢水中金屬離子較多，性質較復雜，實際pH 值需要通過試驗確定［6］。在金屬離子中，除少數堿金屬外，大多數金屬的氫氧化物都屬難溶物。

基于大多數金屬硫化物的溶解度比其氫氧化物的溶解度要低幾個數量級，即金屬硫化物即使在酸性溶液中也不易溶解，因此，硫化沉淀比氫氧化物沉淀更完全。

在分步多級沉淀工藝中，沉淀劑的選擇是影響沉降效果和后續處理工藝的關鍵因素。綜合生產實際情況，試驗采用工業氫氧化鈉為pH 調整劑、硫化鈉為沉淀劑。

3.2 pH值條件試驗

冶煉廢水的水質分析結果見表1。取150 mL 廢水置于燒杯內，向燒杯內加入氫氧化鈉溶液，分別控制中和液終點的pH 值為2.5、4.5、5、6、7，反應1 h 后進行固液分離，對分離后的液體進行成分分析，結果見表2。

從表2 可以看出，試驗過程中，隨著氫氧化鈉的加入，生成了金屬氫氧化物沉淀；pH=5 時，體系中的銅沉淀比較完全；pH=7 時，體系中的鉛、鋅沉淀比較完全。從成本和去除率情況考慮，反應過程中需精確控制體系的pH值。

由于公司生產用水實行零排放制度，冶煉廢水處理完后返回氰化流程循環利用，因此，為節省藥劑成本，最終出水水質允許存在部分金屬離子。

3.3 硫化鈉用量試驗

由于廢水水質較復雜，干擾因素較多，pH值試驗沉淀金屬離子不夠完全。根據金屬硫化物溶度積比其氫氧化物小得多的特點，采用硫化物沉淀可使金屬離子得到更完全的沉淀。由于本試驗的鉛離子濃度較低，且最終氫氧化物沉淀也比較完全，而鐵離子沉淀的pH=8.5～9.5，因此，硫化鈉用量試驗暫不考慮對這2種離子的影響。

調節冶煉廢水的pH=5 和7，分別加入沉淀銅、鋅理論值0.8 倍、1.0 倍、1.2 倍的硫化鈉，攪拌后靜置30 min，然后進行固液分離，分別化驗各濾液及濾渣的Cu、Pb、Zn含量，結果見表3。

從表3可以看出，硫化鈉的添加量達到理論值的1 倍時，廢水中的金屬離子即可達到較高的回收率，其中分離出的含銅渣銅品位達到14.75%，可作為銅精礦銷售，含鋅渣鋅品位14.22%，可與公司的鉛鋅精礦配礦銷售。

4 工藝流程

根據公司冶煉廢水水質特點，采用分步多級沉淀工藝，分別調節廢水的pH 為5 和7 后添加硫化鈉，廢水中的金屬離子得到較完全的沉淀，一方面實現了廢水的循環利用，另一方面綜合回收了廢水中的有價金屬，進一步提高了資源的回收率和企業的經濟效益。工藝流程見圖1。

5 結論

（1）對于不同的重金屬離子廢水，金屬離子的去除應控制適宜的pH 值；多種金屬離子同時存在時，金屬離子的濃度不同、水質不同均會影響金屬離子沉淀的pH 值及沉淀效果。所以，要達到預期效果，應根據不同金屬離子去除的要求進行分步、分段實施。多工藝聯合應用能夠取得更好的處理效果及經濟效益。

（2）本研究的有價金屬回收率達90%以上，為廢水循環利用創造了理想的效果。