矿山酸性废水中和处理工艺优化研究_沈青峰.pdf

矿山酸性废水中和处理工艺优化研究 沈青峰 1， 2 （1. 厦门紫金矿冶技术有限公司， 福建 厦门 361101； 2. 紫金矿业集团股份有限公司低品位难处理黄金资源综合利用 国家重点实验室， 福建 上杭 364200） 摘要采用石灰中和酸性废水的矿山普遍存在氧化钙反应不彻底、 污泥沉降性能不理想问题。为了提高氧 化钙的利用效率、 改善污泥的沉降效果， 以某铜矿环保车间的废水为试样， 进行了氧化钙直接中和废水工艺条件研 究和污泥回流氧化钙中和废水工艺条件研究。结果表明 ①在氧化钙用量为24 g/L、 消化时间为20 min、 搅拌速度 为400 r/min情况下进行氧化钙直接中和试验， 反应75 min的料浆pH＞6。②在污泥 （pH＞6） 回流比例为40、 氧化 钙用量为22.0 g/L情况下进行废水中和， 也可将废水的pH调至6以上， 且废水中金属离子浓度得到大幅度下降， 满 足送尾矿库储存的要求。③污泥的回流不仅可以充分利用其中未反应的氧化钙， 减少新添氧化钙的用量， 还可以 改善污泥的沉降性能、 提高污泥的固含量， 有利于尾矿库回水的澄清。 关键词矿山酸性废水污泥回流氧化钙用量污泥沉降性能 中图分类号X751文献标志码A文章编号1001-1250 （2019） -03-189-05 DOI10.19614/ki.jsks.201903029 Research on Process Optimization of Mining Acid Drainage Neutralization Shen Qingfeng1， 2 （1. Xiamen Zijin Mining and Metallurgy Technology Co.， Ltd.， Xiamen 361101， China； 2. State Key Laboratory of Comprehensive Utilization of Low-Grade Refractory Gold Ores， Zijin mining Group Co.， Ltd.， Shanghang 364200， China） AbstractLime neutralization is a common for the treatment of mine acid drainage， whereas the perance of this process is often not so good as expected due to the problems of incomplete reaction of calcium oxide and poor settling prop- erty of sludge. In order to tackle these problems，the comparison study between direct neutralization by calcium oxide and sludge reflux calcium oxide neutralization was pered on the wastewater from a copper mine. The results show that when the calcium oxide dosage was 24 g/L， calcium oxide slaking time was 20 minutes and stirring rate was 400 r/m， the pH value of sludge could reach over 6 after 75 minutes by direct neutralization. The pH value of wastewater can also reach over 6 when wastewater was neutralized with sludgepH＞6 with reflux ratio of 40 and calcium oxide dosage of 22.0 g/L，the concentra- tion of metal ions was greatly reduced，meeting the requirements of tailing pond storage. The sludge reflux process could not only make good use of the unreacted calcium oxide to reduce the amount of new calcium oxide，but also improve the settling property and solid content of sludge， which are good for the clarification of the backwater of tailings pond. KeywordsMining acid drainage， Sludge reflux， Calcium oxide dosage， Settling property of sludge 收稿日期2019-01-25 基金项目福建省自然科学基金项目 （编号 2018J07006） 。 作者简介沈青峰 （1984） ， 男， 工程师， 硕士。 某铜矿采用浮选技术与生物冶金技术处理含铜 矿石。随着生产规模的扩大， 铜矿石品位的下降， 废 石产出量逐年上升， 在细菌、 大气和雨水的作用下， 含铜、 铁酸性硐坑水量也呈上升趋势， 且湿法冶金萃 取过程也会排放大量酸性萃余液 ［1］。目前， 环保车间 采用传统一段石灰中和工艺处理上述 2 种酸性废 水。从长期的生产实践看， 该工艺存在石灰耗量大、 中和污泥因粒度微细而沉降困难、 处理系统易结垢 等问题。 高浓度泥浆法 （High Density Sludge Process， 简称 HDS） 作为传统石灰中和法的替代工艺， 在国外已广 泛应用。与传统石灰中和工艺相比， 该工艺优势明 显， 主要表现在 ①污泥回流使得中和渣中残留的未 反应的中和药剂再次参与反应， 从而可降低中和药 总第 513 期 2019 年第 3 期 金属矿山 METAL MINE Series No. 513 March 2019 189 ChaoXing 金属矿山2019年第3期总第513期 剂用量； ②污泥的多次循环使中和渣出现粗颗粒化、 晶体化现象， 有利于加速絮体沉降， 提高浓密系统的 处理能力； ③回流底泥中的颗粒物可成为新生成物 附着、 沉积的载体， 从而大大降低设备和管路的结垢 速度 ［2-6］。 本研究将采用HDS工艺处理目前环保车间的酸 性废水， 以期解决现场所存在的一系列问题。 1废水样 试验用废水样取自某铜矿环保车间， pH1.20， 明显超出排放标准 （pH6～9） ， 主要成分见表1。 注 Cu含量的单位为mg/L。 从表1可看出， 废水样中Fe含量较高， 达10.14 g/L； Cu、 Zn含量均超过 GB8978-1996污水综合排放 标准 一级标准要求 （其中Cu 0.5 mg/L， Zn 2.0 mg/L） 。 2试验药剂、 仪器及方法 2. 1试验药剂及仪器 （1） 试验药剂。氧化钙为分析纯试剂， 为西陇化 工股份有限公司产品； 阴离子型絮凝剂爱森05E为工 业品， 分子量约为1 500万， 离子度为5， 为爱森 （中 国） 絮凝剂有限公司产品。 （2） 试验仪器。常熟市双杰测试仪器厂生产的 JJ3000型电子天平， 上海雷磁仪器厂生产的pHS-3D 型pH计， 美国哈希公司生产的HACH2100Q便携式 浊度计， 丹东百特仪器有限公司生产的BT-9300S激 光粒度分布仪， 上海精宏实验设备有限公司生产的 电热恒温鼓风干燥箱， 常州国华电器有限公司生产 的JJ-1精密増力电动搅拌器， 巩义市予华仪器有限 责任公司生产的SHZ-D （Ⅲ） 循环水式真空泵。 2. 2试验方法 （1） 氧化钙中和法造沉淀污泥过程 称取一定质 量的氧化钙， 按质量浓度10的比例称取一定质量的 水， 两者混合后消化一段时间， 得到质量浓度10的 石灰乳。将配制好的石灰乳一次性加入废水样中， 用pH计监测料浆pH值随时间的变化过程； 反应75 min 后， 从中抽取 500 mL 料浆置于量筒中， 加入 10 mg/L絮凝剂并搅拌均匀后进行沉降试验， 记录絮凝 物高度随时间的变化过程。沉降2 h后， 虹吸去除上 清液， 得到沉淀污泥。 （2） 沉淀污泥的回流过程 从沉淀污泥中按一定 比例称取污泥， 在搅拌条件下加入酸性废水中， 反应 一定时间后加入一定质量的石灰 （已先配制成质量 浓度10石灰乳） ， 反应75 min后， 从中抽取500 mL 料浆置于500 mL量筒中， 加入10 mg/L絮凝剂并搅拌 均匀后进行沉降试验。 （3） 重复多次污泥回流， 考察回流次数对污泥沉 降效果及上清液成分的影响。 （4） 测定沉降后上清液的pH及SO 2- 4、 Cu、 Zn、 Fe、 Al含量。 3试验结果及讨论 现场要求中和后的料浆pH≥6后送尾矿库储存， 所对应的现场一级中和搅拌处理时间为16.7 min， 二 级中和搅拌处理时间为56.5 min， 中和处理总时间为 73.2 min。基于此， 本研究模拟工业生产过程， 设计 废水中和处理75 min时的料浆pH＞6， 以此确定工艺 参数。 3. 1氧化钙用量试验 氧化钙用量试验固定氧化钙消化时间为30 min， 搅拌速度为350 r/min， 试验结果见图1。 由图1可以看出 ①石灰乳刚加入时， 料浆pH 急剧升高； 继续延长反应时间， 矿浆pH升高趋缓。 ②氧化钙用量增大， 相同反应时间内料浆pH 值越 高。综合考虑效率与用量因素， 确定氧化钙用量为 24 g/L。 3. 2氧化钙消化时间试验 氧化钙消化时间试验固定氧化钙用量为24 g/L， 搅拌速度为350 r/min， 试验结果见图2。 190 ChaoXing 2019年第3期沈青峰 矿山酸性废水中和处理工艺优化研究 由图2可以看出 随着氧化钙消化时间的延长， 相同中和时间下的料浆pH值上升越快。这主要是 由于消化时间越长， 氧化钙与水反应越充分， 生成的 氢氧化钙越多， 中和酸性废水的反应越充分。若氧 化钙消化时间不足， 未反应的氧化钙颗粒与酸性水 反应时形成的硫酸钙包裹于颗粒表面， 阻碍了颗粒 内部的氧化钙与酸性水的接触反应。综合考虑， 确 定氧化钙的消化时间为20 min。 3. 3搅拌速度试验 搅拌速度试验固定氧化钙用量为24 g/L， 消化时 间为20 min， 试验结果见图3。 由图3可以看出 提高搅拌速度有利于料浆的中 和， 因此， 确定搅拌速度为400 r/min。 3. 4污泥回流试验 3. 4. 1污泥回流比例试验 以氧化钙用量为24 g/L， 消化时间为20 min， 搅 拌速度为400 r/min， 中和处理废水样75 min后再沉淀 2 h， 吸出上清液， 取一定量的污泥回流处理废水样， 污泥回流比例对料浆pH值影响试验结果见图4， 污 泥回流中和75 min情况下的上清液成分分析结果见 表2。 从图4可以看出， 污泥回流比例越大， 相同时间 内料浆的pH值越高， 表明回流污泥中未反应的氧化 钙颗粒继续与废水中的酸反应， 引起料浆pH值的升 高； 污泥回流比例超过40后再增大回流量， 料浆pH 相差很小； 回流污泥与废水中酸的反应主要发生在 前5 min， 5 min后几乎不再影响料浆的pH值。 从表2可以看出， 随着污泥回流比例的增大， 中 和后液中SO42-、 Fe、 Al浓度降低较明显； Cu、 Zn离子浓 度几乎没有变化与其形成沉淀所要求的pH值较高 有关。 污泥中未反应的氧化钙在污泥回流过程中可被 再次利用， 从而提高氧化钙的利用率。但是， 回流比 例过大会增加系统的负荷， 降低系统的处理能力。 综合考虑， 确定污泥的回流比例为40， 反应时间为 5 min。 3. 4. 2污泥回流对氧化钙用量的影响 在污泥回流比例为40、 反应5 min后， 再加入消 化时间为20 min的石灰乳， 在搅拌速度为400 r/min 情况下， 污泥回流对氧化钙用量影响试验结果见图 5。 从图5可以看出， 氧化钙用量越大， 料浆pH上升 速度越快， 相同反应时间内料浆的pH值越高； 当氧 化钙用量为22.2 g/L时， 反应75 min后料浆的pH满足 ＞6的试验设计要求。因此， 确定氧化钙用量为22.8 g/L， 与污泥不回流相比氧化钙用量减少了7.5。 3. 4. 3污泥回流次数对氧化钙用量的影响 以3.4.2节确定条件下的污泥进行回流 （第2次 污泥回流） 试验， 回流比例为40， 反应5 min后， 再 加入消化时间为 20 min 的石灰乳， 在搅拌速度为 注 Cu的含量单位为mg/L。 191 ChaoXing 金属矿山2019年第3期总第513期 400 r/min情况下， 污泥回流对氧化钙用量影响试验 结果见图8； 以此类推进行第3、 4、 5次回流试验， 结果 见图6～9。 从图6～9可以看出， 第2次污泥回流情况下氧 化钙用量为22.0 g/L即可满足反应75 min料浆pH＞6 的要求； 第3～5次污泥回流不再能进一步降低氧化 钙的用量。 3. 5絮凝沉降试验 从上述各确定试验条件下得到的中和料浆中各 取500 mL， 分别加入10 mg/L的絮凝剂爱森05E， 搅拌 均匀后沉降75 min时的污泥及上清液指标见表3， 沉 降曲线见图12。 从图10可以看出， 在初始沉降高度相同的情况 下， 随着沉降时间的延长， 污泥的沉降速度逐渐变 慢； 总体上说， 污泥的回流有利于加速沉降， 污泥回 流1次增至5次， 初期沉降速度反而略有减缓， 但后 期沉降速度略有提高； 随着污泥回流次数的增加， 沉 降终点的污泥体积先明显减少后趋于稳定。 从表3可以看出 ①随着污泥回流次数的增加， 污泥固含量升高， 新生污泥干重稳定但湿重下降， 表 明污泥的沉降性更好， 有利于污泥浓度的提高； 回流 污泥湿重的减少有利于降低后续处理负荷、 提高系 统处理能力。②污泥的回流会导致上清液金属离子 浓度的小幅上升， 但与原废水相比金属离子浓度下 降显著， 不影响中和废水的尾矿库储存。 污泥回流后显著提高了中和反应的沉降颗粒核 心的数量和粒径， 进而提高了絮凝剂与污泥颗粒碰 撞几率， 促进絮凝剂对污泥颗粒的网捕、 桥连作用， 提高单位絮体的质量， 从而提高沉降速度和密实程 度 ［7-8］。 注 新生成污泥湿重或干重中和沉降后污泥湿重或干重-回流污泥湿重或干重。 192 ChaoXing ［1］ ［2］ ［3］ ［4］ ［5］ ［6］ ［7］ ［8］ 污泥回流， 在减少氧化钙用量的同时也减少了 石灰乳添加引入的水量； 另一方面提高了污泥的浓 度， 在新生成污泥干重基本不变情况下， 固含量提高 导致新生成污泥湿重显著减少， 而新生成污泥湿重 的减少又进一步减少了回流污泥的湿重， 。 4结论 （1） 某铜矿环保车间的废水在氧化钙用量为24 g/L、 氧化钙消化时间为20 min、 搅拌速度为400 r/min 情况下中和反应75 min， 料浆的pH＞6， 满足送尾矿 库储存的要求。 （2） 料浆pH＞6情况下的污泥回流比例在40情 况下， 氧化钙用量降至22.0 g/L就可将废水的pH调 至6以上， 满足送尾矿库储存的要求。 （3） 污泥的回流不仅可以充分利用其中未反应 的氧化钙， 减少新添氧化钙的用量， 还可以改善污泥 的沉降性能、 提高污泥的固含量， 有利于尾矿库回水 的澄清。 参 考 文 献 白润才， 李彬， 李三川， 等.矿山酸性废水处理技术现状及进展 ［J］ .长江科学院院报， 2015 （2） 14-19. 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