堿性礦漿中和酸性廢水技術(shù)應(yīng)用

　　金川公司共有七大制酸系統(tǒng)，生產(chǎn)能力2560kt/a，分別處理金川公司冶煉廠閃速爐、頂吹爐、合成爐、回轉(zhuǎn)窯、卡爾多爐、自熱爐產(chǎn)生的冶煉煙氣。制酸系統(tǒng)包含凈化、干吸、轉(zhuǎn)化、尾吸四大工序，其中凈化工序采用洗滌、降溫、除塵效果理想的濕法洗滌技術(shù)。該技術(shù)主要由湍沖塔、洗滌塔、冷卻塔以及電除霧器組成。通過將冶煉產(chǎn)生的高溫煙氣與循環(huán)酸逆流接觸后，除去煙氣中含有的塵、砷、氟等有害物，并且利用電除霧器形成的電場去除酸霧，凈化后的低溫煙氣送至后續(xù)工序制酸。

　　濕法洗滌技術(shù)的關(guān)鍵就在于循環(huán)酸的純凈度，受循環(huán)酸在凈化系統(tǒng)中的循環(huán)利用，導(dǎo)致其中含有的塵、砷等重金屬不斷富集，影響洗滌、降溫效果。必須通過固液分離裝置使循環(huán)酸進一步澄清，清液送至制酸系統(tǒng)繼續(xù)使用，濁液定期外排，送至后續(xù)處理系統(tǒng)。金川公司化工廠制酸系統(tǒng)酸性廢水成分見表1。

　　根據(jù)表1數(shù)據(jù)可以看出：酸水pH值、懸浮物含量均不符合GB25467―2010《銅、鎳、鈷工業(yè)污染物排放標準》。

　　由于酸性廢水為煙氣洗滌、冷卻后的稀硫酸，w(H2SO4)普遍在4%左右，對地下土壤、混凝土及鋼制管道均有一定的破壞作用。目前，在制酸行業(yè)中廣泛使用石灰中和法、堿中和法等，但該法設(shè)備投入大、投資成本和運行費用高，并且石灰中和法將廢水轉(zhuǎn)化為廢渣，對環(huán)境產(chǎn)生了二次破壞。

　　1、對策實施

　　金川公司化工廠各制酸系統(tǒng)設(shè)有除銅除砷系統(tǒng)，以保證酸性廢水中重金屬離子達標。針對該酸性廢水中懸浮物含量過高以及pH值不達標的問題，需采用簡單實用、行之有效的處理技術(shù)進行處理。

　　1.1 深挖固液分離裝置潛力，降低外排酸水懸浮物含量

　　在制酸系統(tǒng)凈化工序中，有一套固液分離裝置，它主要是通過凈化工序中湍沖塔泥漿泵將第一級洗滌、降溫后的循環(huán)酸送至脫氣塔脫氣，然后自流至懸浮分離器進行固液分離，清液返回至凈化工序循環(huán)使用，而含固量較高的濁液則排至渣罐中進一步沉降。經(jīng)一段時間的沉降后，通過罐車拉運至壓濾系統(tǒng)壓濾堆存。工藝流程如圖1所示。

　　通過DCS系統(tǒng)控制懸浮分離器底排自控閥，延長循環(huán)酸在懸浮分離器中的停留時間，提升沉降效果，降低凈化工序循環(huán)酸中懸浮物含量。

　　1.2 堿性礦漿中和酸性廢水實現(xiàn)達標排放

　　1.2.1 方案可行性及反應(yīng)機理

　　金川公司是集采、選、冶、化于一體的企業(yè)，其選礦廠日均產(chǎn)生約50000m3的礦漿，礦漿中w(H2O)65%～70%，密度1400kg/m3，pH值為8～9。礦漿元素成分見表2。

　　從表2可以看出：礦漿中含有堿性氧化物MgO、Fe2O3、Al2O3，w(MgO)高達30%。由于堿性氧化物具有一定的中和作用，可采用堿性礦漿中和酸性廢水的工藝方案。為保證中和效果及方案可靠性，通過試驗進行驗證。

　　試驗條件及結(jié)果如表3所示。

　　根據(jù)實驗結(jié)果可以看出，堿性礦漿具有中和酸水的能力，且中和后pH值達到國家排放標準的最低值6以上。金川公司化工廠現(xiàn)行生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生酸水約150m3/h，選礦廠堿性礦漿平均流量為1900m3/h，泥水質(zhì)量比為12∶1左右，根據(jù)表3中數(shù)據(jù)可以看出反應(yīng)20min，物料pH值達到6以上，且穩(wěn)定。因此，堿性礦漿中和酸性廢水的反應(yīng)機理可行、可靠。

　　堿性礦漿中含有的重金屬離子，其反應(yīng)原理如下：

　　根據(jù)上述反應(yīng)原理可以看出，堿性礦漿與酸性廢水中和反應(yīng)后的生成物主要為硫酸鹽類混合物，且性質(zhì)穩(wěn)定。同時為了確保外排廢水重金屬達標，分別在一級反應(yīng)釜、二級反應(yīng)釜、三級反應(yīng)釜、四級反應(yīng)釜中加入Na2S、FeSO4、PAM(聚丙烯酰胺)及NaOH。其反應(yīng)原理如下：

　　Na2S反應(yīng)原理如下：

　　FeSO4反應(yīng)原理如下：以FeSO4做還原劑，空氣為氧化劑，使得形成重金屬氫氧化物沉淀和不溶性鹽類被鐵的氫氧化物絮狀沉降物吸附共沉淀，反應(yīng)環(huán)境為堿性。

　　廢水中的As主要以正亞砷酸和偏亞砷酸及鹽類存在，加入FeSO4后于AsO33-和AsO43-形成穩(wěn)定絡(luò)合物，并被Fe(OH)3所吸附。

　　PAM反應(yīng)原理如下：聚丙烯酰胺(PAM)加速沉降。PAM中含有酰胺基-CONH-、羧基-COO-，可以吸附懸浮絮體，使高分子鏈互聯(lián)，增大絮體顆粒。為了保證反應(yīng)物料的pH值達到國家排放標準6～9，在四級反應(yīng)釜上安裝堿液管道作為應(yīng)急及保證物料堿性環(huán)境的條件。

　　1.2.2 工藝流程及特點

　　堿性礦漿中和酸性廢水的工藝方案如下圖2所示。

　　來自選礦廠的堿性礦漿與酸性廢水分別進入一級反應(yīng)釜、二級反應(yīng)釜、三級反應(yīng)釜、四級反應(yīng)釜、渣漿罐中，在攪拌槳的作用下充分反應(yīng)，反應(yīng)后的物料通過渣漿泵達標排放。同時，分別在一級反應(yīng)釜、二級反應(yīng)釜、三級反應(yīng)釜、四級反應(yīng)釜中加入硫化鈉、硫酸亞鐵、絮凝劑去除物料中含有的重金屬離子。反應(yīng)過程中產(chǎn)生的H2S以及酸水中的SO2通過脫氣管道經(jīng)由耐酸風機送至堿液吸收系統(tǒng)吸收，實現(xiàn)廢氣的達標排放。

　　該工藝方案具有以下優(yōu)點：

　　1)針對堿性礦漿密度較高、黏度大、含固量高的特點，采用水處理行業(yè)內(nèi)常用的自流方式，利用逐級反應(yīng)釜的高位差，在攪拌槳攪動的作用下，增加物料的流動速度，保證物料反應(yīng)充分的同時，防止局部沉降。

　　2)負壓堿液吸收系統(tǒng)可將反應(yīng)過程中產(chǎn)生的H2S以及酸水中的SO2有效地吸收并去除，避免有毒有害氣體對周邊環(huán)境造成傷害。

　　3)溢流管道安裝有pH值監(jiān)測，對反應(yīng)過程實時監(jiān)控，保證反應(yīng)后物料的pH值達到6～9，實現(xiàn)達標排放。

　　4)鋼襯陶瓷管、堆焊耐磨管在工藝管線中的使用，提高了工藝管線對物料的適應(yīng)性，避免了管道因腐蝕、磨損而帶來的后續(xù)檢修更換工作。

　　5)將堿性礦漿應(yīng)用到中和酸性廢水達到“以廢治廢”的目的。

　　2、應(yīng)用實踐

　　2013年9月份，金川公司化工廠鎳銅冶煉酸性廢水綜合治理項目組建成尾礦中和工序并順利投入運行。該工序根據(jù)堿性礦漿與酸水的最佳反應(yīng)時間采取四級反應(yīng)釜，逐級加入水治理過程中使用的硫化鈉、硫酸亞鐵、絮凝劑以達到廢水達標排放的目的。罐體采用鋼襯膠襯磚，同時配置攪拌槳防止物料沉降，溢流管選取耐酸耐堿耐磨的鋼襯陶瓷管，泵出口采用堆焊耐磨管，大大加強了工藝管道對物料的適應(yīng)能力。

　　該工序自投入運行以來，工藝設(shè)備運行情況良好，外排廢水各項指標達到國家排放標準。尾礦中和工序pH值監(jiān)測情況見表4，尾礦中和工序生成物重金屬監(jiān)測情況見表5。

　　由表4可以看出：通過反應(yīng)釜頂部取樣口取樣，用pH試紙檢測發(fā)現(xiàn)反應(yīng)釜內(nèi)物料pH值明顯提升，并且與連通管上安裝的pH計在線監(jiān)測所測數(shù)值相符。

　　由表5可以看出：通過檢測中心對反應(yīng)后的物料進行檢測，其重金屬離子均在國家排放標準以下，滿足工業(yè)污水排放標準。

　　3、結(jié)語

　　堿性礦漿中和酸性廢水的治理技術(shù)與傳統(tǒng)的石灰石、堿液法相比，在設(shè)備投資、運行費用等方面占有一定的優(yōu)勢，且不會對環(huán)境產(chǎn)生二次污染。經(jīng)過實踐應(yīng)用證明該技術(shù)方案可靠，治理效果理想，具有一定的推廣價值。(來源：金川集團化工新材料有限責任公司)