廢水渣再利用技術(shù)研究與應(yīng)用

摘要：針對銅鹽廢水含砷渣(危廢)回收利用的問題，本文研究提出了采用鐵基藥劑作為除砷的處理劑處理高含砷廢水同時減少廢水渣含量的思路，實現(xiàn)處理后危廢的減量化及綜合利用。通過對廢水渣減量的系列試驗研究和創(chuàng)新應(yīng)用，實現(xiàn)危廢減量化和綜合利用，消除環(huán)境風(fēng)險，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

1.概述

銅冶煉銅鹽車間現(xiàn)有廢水處理站主要是處理車間生產(chǎn)系統(tǒng)排出的廢水，同時回收廢水中的鎳、銅、鈷等有價金屬，廢水中不但含有Cu、Ni等重金屬，還含砷有毒有害元素，產(chǎn)生廢渣為危廢，目前采用上交形式處置，因廢渣產(chǎn)生量較大上交費用高，造成成本較高。本研究提出通過技術(shù)改造，實現(xiàn)重金屬渣與廢水渣的有效分離和危廢減量化，節(jié)約危廢上交費用及材料費用，同時為后序重金屬渣及廢水渣的回收利用提供有力的保障。

2.廢水渣再利用技術(shù)研究與應(yīng)用

銅鹽車間在采用活性鐵試劑法處理廢水工藝處理含砷廢水改造后，銅鹽車間廢水處理站產(chǎn)出廢水渣含鐵約為24%，含砷約為8%，含水份約為60%。該廢水渣因含砷較高，只能以危廢的形式上交。另外，車間在對浸出液進(jìn)行化學(xué)除雜時，需加入硫酸亞鐵進(jìn)行除雜，該除雜渣命名為洗后銅料，該洗后銅料因含砷較高約為6%-8%，也是以危廢的形式上交。

針對以上情況，車間提出減少砷渣的實物量，節(jié)約上交危廢的費用及材料費用。根據(jù)銅鹽車間現(xiàn)有的浸出液除砷的技術(shù)條件，進(jìn)行硫酸亞鐵及廢水渣除砷效果對比，另外考察利用廢水渣代替硫酸亞鐵除砷，其洗后銅料及現(xiàn)有處理方式產(chǎn)生的渣量效果對比。

2.1工藝原理

浸出液中的砷主要是以3價形態(tài)(亞砷酸鹽形態(tài))存在于硫酸銅溶液中，As(Ⅲ)單純用中和水解法難以除去，但當(dāng)As(Ⅲ)被氧化為As(Ⅴ)后，在有Fe(Ⅲ)存在下生成FeAsO4沉淀，沉砷反應(yīng)如下：

FeAsO4+3H+Fe3+ +H3AsO4

在pH﹤4，As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的氧化水解凈化沿著HAsO2，F(xiàn)e2+→H3AsO4，F(xiàn)e3+→ FeAsO4途徑進(jìn)行，據(jù)此可以采用氧化中和水解法除去溶解液中的砷。其反應(yīng)式為：

Fe2++[O]+2H+→Fe3++H2O

AsO2-+[O]+ 3H+→H3AsO4

H3AsO4+ Fe3+→FeAsO4↓+3H+

2NaOH+H2SO4→Na2SO4+2H2O

2.2試驗工藝流程和試驗方法

將浸出工序的漿化浸出液壓濾后，在除雜工序加入廢水渣，加入碳酸鈉調(diào)節(jié)pH值，使鐵、砷沉淀除去，為萃取工序提供合格的萃取料液。工藝流程圖見圖1。

根據(jù)硫酸亞鐵除砷技術(shù)條件及廢水渣的成分，考察浸出液的除砷效果。另外在廢水渣的加入量、氯酸鈉用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、終點pH值、洗后銅料的洗滌條件等方面針對廢水渣除砷的技術(shù)條件進(jìn)行優(yōu)化。對除砷后液產(chǎn)生的洗后銅料進(jìn)行檢斤計量，對采用硫酸亞鐵除砷后及廢水渣除砷后洗后銅料的產(chǎn)生量進(jìn)行對比。

2.3試驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

2.3.1小試試驗情況，見表2-1。

表2-1 實驗室小試試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計及銅平衡表

通過小試試驗，得出以下結(jié)論：

(1)通過本次試驗可以看出使用廢水渣進(jìn)行除砷試驗，除砷效果可以達(dá)到生產(chǎn)要求，可以使除后液中砷降至0.1g/L以下，含鐵小于0.05g/L。

(2)通過渣量對比，使用廢水渣除砷，外排渣量為234.5g，而目前實際外排渣量為183.5g+131g=314.5g，減少量為80g，約占目前總量的25%。

(3)從試驗結(jié)果可以看出，廢水渣洗后銅料中含銅為3.22%，相當(dāng)于1L浸出液中的銅損失量為2.25g，占總量的5.9%。

2.3.2 工業(yè)試驗情況

廢水渣的產(chǎn)生量為3包/天，約為2.25噸濕量，含水為60%，含鐵20%，現(xiàn)場試驗條件為：反應(yīng)溫度50-70℃，反應(yīng)終點pH值3.0-3.5，反應(yīng)時間為30min，加入硫酸亞鐵的量為75Kg/每槽，加入氯酸鈉的量為0.1m3·45%/槽，洗滌酸為pH值1-1.5的硫酸溶液，根據(jù)計算加入廢水渣的濕量為0.25包/槽，約為187.5kg/槽，因廢水渣中的鐵元素都已被氧化至高價態(tài)，除砷前液在浸出過程中屬氧化浸出，除砷前液中砷也屬高價態(tài)，所以在使用廢水渣除砷時無需加入氯酸鈉。見表2-2。

表2-2 現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計及銅平衡表

通過本次試驗，得出以下結(jié)論：

(1)使用廢水渣進(jìn)行除砷試驗，除砷效果可以達(dá)到生產(chǎn)要求，可以使溶液中砷降至0.5g/L以下，含鐵小于0.1g/L。

(2)通過現(xiàn)場工業(yè)實驗可以看出，兩種方法洗后銅料中含銅分別為4.1%和3.55%，渣含銅完全達(dá)到5%以下。

(3)通過渣量對比，使用廢水渣除砷，外排渣量為1.88t/2.5包，而使用硫酸亞鐵除砷，外排渣量為1.5t/2包+0.75t/包=2.25t/3包，減少量為0.37t，每天減少外排渣量約為1.1t。

(4)因使用廢水渣后，可以不使用氯酸鈉，每天可節(jié)約氯酸鈉用量約為600Kg，硫酸亞鐵用量約為900Kg。

(5)從試驗結(jié)果可以看出，廢水渣除砷洗后銅料中含銅達(dá)到3.55%，完全達(dá)到指標(biāo)要求。

(6)實施過程中，未進(jìn)行工藝變動，只將廢水渣替代硫酸亞鐵進(jìn)行試驗，所以未發(fā)生任何工業(yè)試驗費用。

2.4 效果分析

(1)實現(xiàn)危廢的減量化處置，2018年共減少外排渣量約為200噸，可以減少上交危廢費用約為100萬元(上交每噸危廢按5000元計);

(2)減少了除雜過程氯酸鈉、硫酸亞鐵消耗，節(jié)約材料費用。2018年共節(jié)約108噸氯酸鈉，節(jié)約費用約38萬元(每噸氯酸鈉按3500元計);共節(jié)約162噸硫酸亞鐵(每噸硫酸亞鐵按1600元計)，節(jié)約費用約26萬元;合計節(jié)約成本64萬元。

3.結(jié)論

采用鐵基藥劑作為除砷的處理劑，具有大于傳統(tǒng)材料10000倍以上的比表面積和界面反應(yīng)活性，通過鐵基藥劑的特殊結(jié)構(gòu)能同步還原、吸附多種重金屬及有機(jī)物，從而使重金屬、砷從廢水中分離出來。活性鐵基藥劑反應(yīng)所需時間短，藥劑無毒、無害、無污染，系綠色水處理劑，操作過程中現(xiàn)場環(huán)境不受任何污染。該工藝較傳統(tǒng)的除砷及重金屬的工藝簡單，廢水渣再利用技術(shù)改造投資費用少，同時產(chǎn)生的廢水渣量少，處理成本較低，降低浸出液除雜過程材料消耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

編輯：王媛媛