金冶煉酸性含砷廢水處理工藝研究

林鴻漢

（廈門紫金礦冶技術有限公司，福建 廈門 361101）

焙燒氧化法是一種傳統的難處理金礦石氧化方法，工藝成熟，應用普遍。焙燒氧化法是通過沸騰焙燒使包裹金的硫化礦物分解為多孔的氧化物，產出有利于浸出金的疏松、多孔狀焙砂，然后用稀硫酸浸出銅后再過濾洗滌—氰化浸出金［1－3］。隨著易選冶礦石的日漸枯竭，礦石中含砷含銅含炭愈加普遍。含砷礦物主要有砷黝銅礦（3Cu2S·As2S3）、硫砷銅礦（CuAsS4）、砷黃鐵礦（FeAsS）和雌（雄）黃（As2S2）。礦石焙燒過程中，其中的砷絕大部分以As2O3形式進入煙氣，通過除塵、凈化、干燥、轉化、吸收等工序制成硫酸；但煙氣中的As2O3部分在凈化水洗工序進入廢水，形成高酸含砷廢水。這種含砷廢水中酸質量濃度較高（150～175g／L），通常用于浸出焙燒渣。浸出液通過凈化—萃取—電積工藝提取銅，而萃余液中的砷濃度較高，不能直接排放，必須經過處理。國家污水綜合排放標準規定砷為I類污染物，其最高允許排放質量濃度為0．5mg／L。

目前，處理含砷廢水的方法主要有石灰－鐵鹽法［4－5］、硫化法［6］、離子交換法［7］、電滲析法［8］、微生物法［9］、膜分離法等。我國大多數冶煉廠的含砷酸性廢水都采用石灰－硫酸亞鐵法處理，但該放法需要二次中和、二次沉降及過濾［10－12］。針對某金冶煉廠含砷廢水的性質和現有設備，提出一次中和、一次沉降（或過濾）新工藝，處理后的廢水可達標排放。

1 試驗部分

1．1 試驗原料

試驗用含砷廢水為某冶煉廠的萃余液，主要成分見表1。

表1 酸性含砷廢水的主要成分 g／L

石灰乳液：工業品，CaO質量分數73．5%，石灰加自來水攪拌消解而成，濃度20%；漂白粉：工業純；硫酸亞鐵（綠礬）溶液：FeSO4·7H2O，工業純，質量濃度100g／L；聚合硫酸鐵（聚鐵）溶液：工業純，質量濃度20g／L；聚丙烯酰胺（PAM）溶液：工業品，質量濃度2g／L。

1．2 試驗原理與方法

酸性含砷廢水用石灰乳調pH為9～10，加入漂白液攪拌一定時間（需要時），按一定m（Fe）／m（As）加入硫酸亞鐵（或聚鐵和PAM）溶液，保持pH為9～10，持續攪拌一定時間后過濾，濾液曝氣處理（或靜置沉降）后測定砷質量濃度。

2 試驗結果及討論

2．1 石灰－漂白粉－硫酸亞鐵法

2．1．1 漂白粉用量的影響

試驗條件：用石灰乳調pH至9左右，加入不同量漂白粉并充氣攪拌10min，再按m（Fe）／m（As）＝2／1加入硫酸亞鐵溶液，保持pH穩定，并持續充氣攪拌反應1h，之后過濾，濾液曝氣處理24h后取樣測定砷質量濃度。試驗結果見表2。

表2 漂白粉用量對廢水處理的影響

從表2看出：漂白粉用量為2．0kg／m3時，曝氣處理后的廢水即達標。因此，漂白粉用量選用2．0kg／m3。

2．1．2 充氣攪拌反應時間的影響

試驗條件：用石灰乳調pH至9左右，按2．0 kg／m3加入漂白粉并充氣攪拌10min，再按m（Fe）／m（As）＝2／1加入硫酸亞鐵溶液，保持pH為9～10，充氣攪拌一定時間后過濾，濾液曝氣24h后測定砷質量濃度。試驗結果見表3。可以看出：加入硫酸亞鐵攪拌反應0．5h，曝氣后的廢水即可達標；更長的反應時間反而對砷的去除不利。

表3 充氣攪拌時間對廢水處理的影響

2．1．3 m（Fe）／m（As）的影響

試驗條件：用石灰乳調廢水pH至9左右，按2．0kg／m3用量加漂白粉并充氣攪拌10min，再按不同m（Fe）／m（As）加入硫酸亞鐵溶液，保持pH為9～10，持續充氣攪拌反應0．5h后過濾，濾液再曝氣處理24h后測定砷質量濃度。試驗結果見表4。

表4 m（Fe）／m（As）對廢水處理的影響

從表4看出：m（Fe）／m（As）為2／1時，廢水處理效果最好；當m（Fe）／m（As）超過2／1后，濾液中砷質量濃度有所提高。

2．1．4 漂白粉加入順序的影響

其他條件不變，漂白粉加入順序對廢水處理效果的影響試驗結果見表5。

表5 漂白粉加入順序對廢水處理效果的影響

從表5看出，漂白粉和石灰乳液同時加入，處理效果明顯差于兩者分開加入時的效果。但調pH前加入漂白粉，反應過程中會產生大量刺激性氣味氣體，因此，漂白粉的加入時間選擇在調pH后。

2．1．5 曝氣時間的影響

其他試驗條件不變，曝氣時間對處理效果的影響試驗結果見表6。

表6 曝氣時間對廢水處理效果的影響

從表6看出：延長曝氣時間有利于砷的去除；曝氣時間為8h時，處理后的廢水中砷質量濃度達到外排標準。故確定適宜的曝氣時間為8h。

2．2 石灰－聚鐵－PAM 法

2．2．1 聚合硫酸鐵用量的影響

試驗條件：用石灰乳調pH至9左右，按12 g／m3加入PAM 溶液，按一定m（聚鐵）／m（As）比值加入聚鐵，攪拌15min，自然沉降2h后取上清液分析其中砷質量濃度。試驗結果見表9。

表9 聚合硫酸鐵用量對去除砷的影響

從表9看出：隨m（聚鐵）／m（As）增大，處理后的溶液中砷質量濃度呈下降趨勢；當m（聚鐵）／m（As）為15／1時，處理后的溶液可達標排放。因此，確定適宜的m（聚鐵）／m（As）為15／1。

2．2．2 絮凝劑PAM用量的影響

試驗條件：用石灰乳調pH至9左右，按m（聚鐵）／m（As）＝15／1加入聚鐵，同時加入不同量PAM溶液，攪拌反應15min，自然沉降2h后取上清液分析砷質量濃度。試驗結果見表10。

表10 絮凝劑PAM用量對去除砷的影響

從表10看出：隨絮凝劑PAM用量增大，溶液中砷質量濃度逐漸降低；當絮凝劑用量為12 g／m3時，處理后的廢水可達標排放。因此，確定絮凝劑PAM適宜用量為12g／m3。

2．2．3 攪拌時間的影響

試驗條件：用石灰乳調pH至9左右，按m（聚鐵）／m（As）＝15／1加入聚鐵，按12g／m3加入PAM溶液，攪拌一定時間后自然沉降2h。攪拌時間對去除砷的影響試驗結果見表11。

表11 反應時間對去除砷的影響

從表11看出：隨反應時間延長，溶液中砷質量濃度逐漸下降，但變化不甚明顯；反應5min后，溶液中砷質量濃度已符合排放標準，但此條件下，溶液上層產生較多漂浮物，影響沉降效果。因此，反應時間宜選擇10min。

2．2．4 沉降時間的影響

試驗條件：用石灰乳調pH至9左右，按m（聚鐵）／m（As）＝15／1加入聚鐵，按12g／m3加入PAM溶液，攪拌10min，然后沉降一段時間后取上清液分析其中砷質量濃度。試驗結果見表12。

表12 沉降時間對砷去除效果的影響

從表12看出：沉降1．5h后，不需要再過濾處理，溶液中砷質量濃度即已達排放標準，且沉降時間越長，砷去除效果越好。因此，適宜的沉降時間以1．5～2．0h為宜。

綜上所述，含砷廢水采用石灰－聚合硫酸鐵－有機絮凝劑法處理，在m（聚鐵）／m（As）＝15／1、PAM添加量12g／m3、攪拌時間10min、沉降時間1．5～2．0h條件下，廢水中砷質量濃度大幅度下降，可達標排放。

2．3 成本分析

兩種處理含砷廢水工藝的成本分析結果見表13。

表13 成本分析比較結果

從表13看出：兩種工藝的試劑成本主要是石灰中和成本；相比而言，石灰－聚鐵－PAM法的總試劑成本為4．91元／m3，經濟優勢更明顯。

3 結論

采用石灰－漂白粉－硫酸亞鐵法和石灰－聚鐵－PAM法處理酸性含砷廢水均可使廢水實現達標排放；但石灰－聚鐵－PAM法試劑成本更低，且該法具有流程簡單、操作容易、環境良好、工藝指標穩定等優點，有推廣價值。

酸性含砷廢水單位處理費用與廢水中硫酸酸度、含砷濃度有密切關系，需針對具體的廢水具體評估。

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