高密度泥浆法处理矿山酸性废水

高密度泥浆法处理矿山酸性废水（精选2篇）

高密度泥浆法处理矿山酸性废水 篇1

研究高密度泥浆法处理矿山酸性废水工艺,并实际应用于德兴铜矿工业废水处理工程.结果表明,高密度泥浆法工艺可减少石灰消耗量5%～10%,沉淀污泥含固率达20%～30%,提高处理能力量,降低处理成本,减轻管道的结垢现象,是处理酸性废水的先进实用技术.

作 者：杨晓松 刘峰彪 宋文涛 占幼鸿 YANG Xiao-song LIU Feng-biao SONG Wen-tao ZHAN You-hong 作者单位：杨晓松,刘峰彪,宋文涛,YANG Xiao-song,LIU Feng-biao,SONG Wen-tao(北京矿冶研究总院,北京,100044)

占幼鸿,ZHAN You-hong(江西铜业集团公司德兴铜矿,德兴,334224)

高密度泥浆法处理矿山酸性废水 篇2

AMD中的有价金属元素主要包括Fe,Cu,Zn,Mn[9,11,12],需在沉淀过程中将其有效分离,分别形成不同成分的沉淀渣,如富Fe渣、富Cu渣等,方可实现回收[13]。由于Fe,Cu,Zn,Mn及其他重金属的氢氧化物与硫化物的溶度积差异较大[14],理论上可通过控制废水p H、沉淀剂类型及投加量实现分步沉淀[9,12]。选择性沉淀技术已经成功应用于从工业废水、浸出液和矿井废水中回收一些浓度较高的有价金属元素[15,16,17,18],但对于AMD开展的工作不多,几篇相关报道均为实验性研究[5,11,13,19,20],主要原因是AMD中金属元素成分较复杂[21],简单的回收其中某种金属元素一般没有经济效益[22],需要考虑有价金属的综合回收,从而增大了技术难度。

本工作以广东省大宝山矿槽对坑尾矿库AMD为例,开展了有价金属综合回收的分步沉淀工艺与参数研究,并对沉淀渣的回收利用价值进行了分析,探讨了其经济性,以期为AMD分步沉淀的工程应用提供理论指导。

1 实验部分

1.1 试剂和材料

H2O2,Na OH,Ca(OH)2,Na2S,Al2(SO4)3:分析纯。

实验所用废水样品取自大宝山矿槽对坑尾矿库AMD。大宝山矿是以铁铜为主的大型多金属矿山,废水的主要金属组成见表1。

ρ,mg/L

由表1可见:废水p H为3.20;含量较高的金属元素为Fe,Mn,Cu,具有一定回收价值;其他金属元素主要是Cd,As,Cr,Pb,Zn,Co,Ni。

1.2 实验步骤

分步沉淀法处理AMD的工艺流程见图1。首先在AMD中加入一定量的H2O2,搅拌反应5 min后,以Ca(OH)2调节p H,搅拌反应5 min后静置1 h,过滤后得沉淀富Fe渣;滤液Ⅰ再以Ca(OH)2调节p H并投加一定量Na2S,同时投加一定量混凝剂(Al2(SO4)3),搅拌反应5 min后静置1 h,过滤后得富Cu渣;滤液Ⅱ再投加一定量Na2S,同时投加一定量混凝剂(Al2(SO4)3),搅拌反应5 min后静置1 h,过滤后获得富Zn-Mn渣;滤液Ⅲ以Ca(OH)2调节p H,搅拌反应5 min后静置1 h,过滤后得最终出水。

1.3分析方法

废水p H采用上海仪电科学仪器股份有限公司雷磁E-201型酸度仪,使用的参考缓冲液的p H分别为4.00,6.86,9.18。废水中的常量金属元素及微量金属元素分别采用日本岛津公司AA-6300C型原子吸收仪与美国安捷伦科技公司7700型等离子体质谱仪(ICP-MS),按照美国标准APHA 3111[23]测定。测定前水样经过硝酸处理,p H<2.00。对于沉淀渣试样,先将试样干燥,然后采用美国培安科技公司CEM-MARS型微波消解仪进行消解,再加入硝酸定容后稀释(p H <2.00),然后采用与废水试样相同方法测定金属元素含量。

2 结果与讨论

2.1 废水p H调节剂的选择

Na OH和Ca(OH)2调节废水p H的效果对比见图2。由图2可见:采用Na OH和Ca(OH)2调节废水p H的效果相当,沉淀渣的产生量也没有明显差别。从成本考虑,可选择Ca(OH)2作为废水的p H调节剂。

2.2 H2O2投加量对金属元素去除效果的影响

Fe3+可在p H 3.50左右完全沉淀,但Fe2+的完全沉淀需在p H 6.40以上[24]。为完全去除废水中的Fe2+和Fe3+并达到与废水中其他金属离子(如:Cu2+,Zn2+,Mn2+)完全分离的目的,首先需要对废水进行氧化处理,将Fe2+转变为Fe3+。在H2O2投加量为0.05~0.3 mg/L、废水p H为3.85的条件下,H2O2投加量对金属元素去除率的影响见图3。由图3可见:不投加H2O2时,Fe的去除率仅为48.31%;H2O2投加量为0.05 m L/L时,Fe的去除率增至98.24%;继续增加H2O2投加量,Fe的去除率上升不明显;值得注意的是,H2O2的投加对其他金属的去除率没有明显的影响,故H2O2的投加量控制在0.05m L/L即可。

2.3 沉淀p H对金属元素去除效果的影响

在H2O2投加量为0.05 ml/L、Al2(SO4)3投加量为20 mg/L的条件下,沉淀p H对金属元素去除率的影响见图4。由图4可见: p H为3.85时,Fe去除率即高达98%以上,此时其他金属离子大多残留在废水中;Cu的去除率随着p H的升高逐渐增大,在p H为7.45时其去除率达到87%;p H>6.50时,Zn与Mn的去除率快速上升,p H升至9.50时,两者的去除率均达到85%左右;继续升高至p H 11.00时,Mn的去除率增加不明显,而Zn去除率由于沉淀渣中Zn2+的溶出降至57%。

2.4 小结

根据上述结果,通过投加0.05 m L/L的H2O2作为氧化剂并调节废水p H至4.0左右可实现Fe的选择性沉淀并可获得Fe含量为51.00%(w)的富Fe渣。但Cu,Zn,Mn难以高效分离,且Zn与Mn的去除率较低。调节废水p H至9.50时,废水中残留Mn的质量浓度为2.45 mg/L,高于《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)[25]一级排放标准的要求。因此,仅通过投加Ca(OH)2调节废水p H不能有效去除并回收Cu,Zn,Mn,需要在调节废水p H的基础上投加高效沉淀剂,分步去除并回收Cu,Zn,Mn等有价金属元素。

2.5 Na2S投加量对Cu,Zn,Mn去除率的影响

Cu S,Zn S,Mn S溶度积差别很大,分别为1.3×10-36,2.5×10-22、2×10-13[18]。因此,可通过控制p H并投加Na2S实现废水中Cu,Zn,Mn的分步沉淀。在废水p H为6.30、Al2(SO4)3投加量为20 mg/L的条件下,Na2S投加量对金属元素去除率的影响见图5。由图5可见:Na2S投加量为50 mg/L时,Cu的去除率达到99%以上,而此时Zn与Mn的去除率不到20%;进一步提高Na2S投加量至100mg/L,Zn与Mn的去除率快速增加到80%左右;将Na2S投加量再增加至150 mg/L,Zn与Mn的去除率没有明显增加。因此,投加适量Na2S,可实现Cu与Zn、Mn的分步沉淀,即:先投加50 mg/L的Na2S,去除废水中的Cu,获得富Cu渣;再将Na2S的投加量增至100 mg/L,去除废水中的Zn与Mn,获得富Zn-Mn渣。

2.6 废水中Mn的去除

在p H分别为6.30,7.45,8.40,9.50的条件下,废水中剩余Mn的去除效果见表2。由表2可见,p H为8.40时,Mn的去除率高达97%以上,废水中残留Mn的质量浓度低至0.42 mg/L,远低于《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)[25]一级排放标准对Mn的限值(2.0 mg/L)。

2.7 分步沉淀处理效果

根据上述实验结果,要回收废水样品中含量较高的有价金属元素(Fe,Cu,Zn,Mn),可采用四步沉淀工艺:第一步,按0.05 m L/L的投加量投加H2O2,将Fe2+氧化为Fe3+,再投加Ca(OH)2调节废水p H至4.00左右,使废水中的Fe3+完全沉淀,产生富Fe渣;第二步,投加Ca(OH)2调节废水p H至6.00~6.50,再投加50 mg/L的Na2S,优先沉淀废水中的Cu2+,产生富Cu渣;第三步,再投加50 mg/L的Na2S,去除废水中的Zn2+与Mn2+,获得富Zn-Mn渣;第四步,进一步投加Ca(OH)2调节废水的p H至8.40左右,去除废水中残留的Zn2+、Mn2+及其他重金属,产生混合渣。

按照该流程,对废水进行了全流程分步沉淀实验,各阶段金属去除率及沉淀渣的金属含量分析结果分别见表3及表4。废水经过分步沉淀处理后,出水水质达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)[25]中一级标准的要求。分步沉淀产生的富Fe渣含Fe高达51.00%(w),富Cu渣含Cu高达10.89%(w),基本达到铁精矿与铜精矿品位,可直接出售。第三步沉淀产生的富Zn-Mn渣中的Zn、Mn、Pb的含量分别达到了2.37 %,6.79 %,1.61%(w),也具有利用价值。第四步沉淀产生的混合渣的Mn含量为1.69%(w),其他有价金属含量很低,不具备利用价值,可返回尾库区。

注:各去除率均为累积去除率。

w,%

2.8 经济效益分析

以本实验数据为基础,初步评估了采用分步沉淀工艺处理大宝山矿槽对坑尾矿库外排废水的效益。每立方米废水可生成0.065 kg富Fe渣(w(Fe)=51.00%)与0.069 kg的富Cu渣(w(Cu)=10.89%)。按照近年来的价格(铁精矿约为600 元/t,铜精矿约为45 000 元/t)计算,废水中金属资源的回收价值大约为0.35 元/m3。分步沉淀工艺所需试剂费用约为0.72 元/m3。可见,资源回收产生的效益可抵扣近一半废水处理所需化学品的费用。按照目前大宝山矿槽对坑尾矿库外排废水处理量20 000 m3/d计算,每年可节省费用高达256万元。更为重要的是,通过分步沉淀工艺,可回收有价资源,获得环保与经济的双赢。

3 结论

a)采用分步沉淀工艺可高效回收AMD中Fe,Cu,Zn,Mn等金属元素,通过投加0.05 m L/L的H2O2并调节p H至3.50~4.00可获得含Fe高达51.00%(w)的富Fe渣;通过调节废水p H至6.00~6.50,再投加50 mg/L的Na2S可获得含Cu高达10.89%(w)的富Cu渣;再投加50 mg/L的Na2S可获得Zn,Mn,Pb含量分别为2.37 %,6.79 %,1.61%(w)的富Zn-Mn渣。

b)经过分步沉淀工艺处理后的废水可达标排放,产生的富Fe渣与富Cu渣基本达到铁精矿与铜精矿品位,可直接出售;产生的富Zn-Mn沉淀渣具有利用价值,产生的混合渣可返回尾库区。

c)分步沉淀工艺回收的有价金属元素产生的经济价值可抵扣近一半废水处理所需的药剂费用,大幅度降低废水处理的实际成本,值得工程应用与推广。

摘要：采用分步沉淀工艺处理酸性矿山废水,考察了工艺条件对废水中有价金属元素回收效果的影响。实验结果表明:Ca(OH)_2为适宜的废水pH调节剂;调节废水pH至4.00左右并投加0.05 mL/L的H2O2,可首先去除Fe2+及Fe3+,得到富Fe渣(w(Fe)=51.00%);调节废水pH至6.00~6.50,先投加50 mg/L的Na2S,去除废水中的Cu2+,获得富Cu渣(w(Cu)=10.89%),再将Na2S的投加量增至100 mg/L,去除废水中的Zn与Mn,获得富Zn-Mn渣(w(Cu)=2.37%,w(Mn)=6.79%,w(Pb)=1.61%);进一步调节废水pH至8.40,可去除剩余的Zn、Mn及其他重金属。分步沉淀工艺处理后的废水可达标排放,产生的富Fe渣、富Cu渣及富Zn-Mn渣可直接出售或具有利用价值。分步沉淀工艺可实现有价金属元素的高效回收,大幅度降低废水处理的实际成本,值得工程应用与推广。