鉛鋅冶煉酸性廢水治理新工藝研究

李迪漢

（1.株洲冶煉集團股份有限公司，湖南株洲 412004；2.鉛鋅聯合冶金湖南省重點實驗室，湖南株洲 412004）

鉛鋅冶煉酸性廢水治理新工藝研究

李迪漢1，2

（1.株洲冶煉集團股份有限公司，湖南株洲 412004；2.鉛鋅聯合冶金湖南省重點實驗室，湖南株洲 412004）

介紹了目前我國鉛鋅冶煉行業酸性廢水概況及處理工藝現狀，重點介紹了國外的一種新的高分子材料JS－3處理鉛鋅冶煉酸性廢水技術，并采用JS－3試劑在株洲冶煉集團股份有限公司處理酸性廢水的工藝研究試驗，得出了JS－3試劑能較好地處理鉛鋅冶煉酸性廢水的結論。

鉛鋅冶煉；酸性廢水；JS－3試劑；重金屬離子

鉛鋅冶煉包括火法冶煉、濕法冶煉、全濕法冶煉三種工藝，目前我國應用最廣泛的是濕法冶煉［1］。鉛鋅濕法冶煉過程中會產生很多酸性廢水，該酸性廢水主要包括煙氣制酸洗滌廢水、揮發窯尾氣脫硫酸性廢水、電解車間廢水等。廢水有酸度大、含有害重金屬離子、成分波動大等特點，該酸性廢水處理一直是整個行業的難題。

1 鉛鋅冶煉酸性廢水水質及處理工藝

鉛鋅冶煉酸性廢水水質受冶煉工藝和鋅精礦的伴生礦影響較大，一般來說伴生礦種類越多，冶煉工藝越落后，其酸性廢水越復雜，波動越大。表1為有代表性的兩家鉛鋅冶煉廢水水質。

表1 某鉛鋅冶煉企業酸性廢水成分數據表mg／L

目前國內鉛鋅冶煉重金屬酸性廢水的處理方法較多，下面對各種工藝進行分析評估，具體見表2。

我國以石灰中和法用的最多，但該方法存在如下缺點：一是產生大量的中和危廢渣，二是處理后的水因含鈣量高，難以回用［2］。近年來，有學者對吸附法、萃取法和鐵碳微電解法等處理污酸廢水進行了研究，并初步進行了應用，但都存在一定的缺陷［3］，工業應用都不成熟。硫化＋蒸發法產生的渣量、廢水量很少，國內已經有幾家企業在使用，但該工藝處理成本是傳統工藝的二三十倍，一般企業難以承受。

表2 鉛鋅冶煉酸性廢水處理工藝分析

2 新鉛鋅冶煉酸性廢水處理工藝JS－3法簡介

JS－3試劑是美國的一家公司研發的一種20～100μm的超細粉體材料，吸附量是活性炭的近60倍，集納米材料、高分子以及反應協同效應為一體的新型納米材料。能有效去除廢水、廢氣中的有害重金屬如：汞、鉛、砷、銅、鎳、鋅、銀、鉻、錳、鎘、鉈等，JS－3試劑法的工作原理是通過高分子基團與廢水中重金屬絡合同時吸附重金屬離子，形成沉淀去除。整個工藝流程簡單、處理效果好、項目投資少。JS－3試劑法處理重金屬廢水在國外已經得到較好的應用，如果該技術能應用于國內鉛鋅冶煉酸性廢水治理，那么對整個鉛鋅冶煉行業有重大意義。

3 JS－3試劑的小試試驗

3.1 工藝流程

試驗原料：采用株冶集團（株洲冶煉集團股份有限公司）鋅系統污酸和鉛鋅系統均化污酸兩種、化學純氫氧化鈉、JS－3試劑以及絮凝劑、pH試紙。試驗設備為電動攪拌以及常用玻璃試驗用品。化驗單位為株冶集團分析測試中心。

試驗主要對JS－3處理鉛鋅冶煉酸性廢水的條件探索，通過初步試驗確定反應時間、溫度、添加比例等，試驗流程如圖1所示。

圖1 JS－3試劑法處理鉛鋅冶煉酸性廢水條件試驗流程圖

取樣送化驗中心分析。主要化驗元素為汞，其次為鎘、砷、鉛、鋅、鈣、銅以及氟、氯。銅、鋅、鉛、鎘的測定采用原子吸收分光光度法，汞的測定采用冷原子吸收分光光度法，砷采用二乙基二硫代氨基甲酸銀分光光度法。

3.2 pH對廢水處理效果影響

JS－3法處理鉛鋅冶煉酸性廢水pH試驗數據見表3，pH對廢水處理效果影響如圖2所示。

表3 JS－3法處理鉛鋅冶煉酸性廢水pH試驗數據mg／L

圖2 JS－3試劑法pH條件試驗數據圖

從試驗數據圖可以看到JS－3試劑在酸性條件下能有效脫除汞，在pH到5時能脫除大部分重金屬，pH到7時能做到廢水達標排放。pH到9時能做到處理效果更好，但考慮到生產成本，只需要將pH調到7就能滿足環保需要。所以JS－3試劑法最佳反應pH為7。

3.3 反應溫度影響

控制相同的反應條件，進行溫度試驗，試驗數據見表4。從表4中可知，常溫下采用JS－3試劑法能將酸性廢水中重金屬處理到鉛、鋅工業污染物排放標準GB25466－2010水平，加溫到60℃后，處理效率有所提升，但考慮到工業運行成本，所以JS－3試劑法采用常溫條件下最好。

表4 溫度試驗條件數據mg／L

3.4 反應時間影響

JS－3試劑為固體粉末，在酸性廢水中與重金屬作用受到反應時間的影響如圖3所示，試驗數據見表5。

圖3 時間條件試驗數據圖

表5 JS－3試劑法處理酸性廢水小試時間條件試驗數據

從圖3分析，JS－3試劑處理鉛鋅冶煉酸性廢水的反應周期比較長，普通的藥劑如硫化反應、中和化學反應通常在0.5 h內完成，這就說明了JS－3試劑是主要以物理吸附為主，在前1 h內，對重金屬脫除有一個快速反應過程，處理速度較快，但沒有處理到外排達標水準，到2 h后反應基本完成，到8 h后反應重金屬脫除效率已經很低了，所以從環保需要及生產成本出發，JS－3試劑法處理重金屬廢水的最佳反應時間為2 h。

4 工業擴大試驗

4.1 工業擴大試驗工藝流程及控制

目前在我國鉛鋅冶煉酸性廢水治理使用中最多的是中和法工藝，JS－3試劑法如果要進行工業應用，只需在中和法的基礎上添加一套加藥裝置和一臺壓濾機即可，不需要再進行大的項目改造和投資。具體工藝如圖4所示。

圖4 JS－3試劑法處理鉛鋅冶煉酸性廢水擴大試驗工藝圖

酸性廢水經過精石灰預處理后，終點pH為7，壓濾分離，慮渣集中處理，濾液進入JS－3反應槽，JS－3的初次投加量為廢水的重金屬總含量的10倍，控制攪拌反應2 h后進行壓濾分離，濾渣可取樣檢測重金屬含量，當重金屬含量低于30%時可以回用到JS－3反應槽，再補充少量的JS－3試劑，等到重金屬含量超過30%時，渣可根據企業需要進行JS－3再生或外售，系統需要再次投加廢水的重金屬總含量的10倍量JS－3材料，依次循環。

4.2 擴大試驗效果

經過為期3周的現場擴大試驗，表6為JS－3試劑法處理鉛鋅冶煉酸性廢水效果數據。

表6 JS－3試劑法擴大試驗數據統計表

從數據表中可以得出下列結論：

1.JS－3試劑法對鉛鋅冶煉酸性廢水處理的效果較好，處理后凈化水達到鉛、鋅工業污染物排放標準GB25466－2010。同比國內現有的幾種工藝對重金屬的處理效果要好［4］。

2.JS－3試劑法在酸性條件下可以對廢水中的汞進行處理，處理后水含汞低于0.03 mg／L的外排標準。

3.JS－3試劑法可以對廢水中鈣及氟有較好的脫除效果，脫除率分別為96.4%和92.3%可以達到鉛鋅冶煉回用水標準。

5 結 論

經過實驗室小試及工業擴大試驗，JS－3試劑法處理鉛鋅冶煉酸性廢水有較好的效果：

1.試驗研究表明在一定條件下，JS－3試劑法能將酸性廢水中鈣處理到20～80 mg／L，氟處理到40～70 mg／L，Hg凈化后主要分布范圍0.001～0.03 mg／L，其它重金屬指標也遠低于排放標準，在國內鉛鋅冶煉酸性廢水技術中有較大的優勢。

2.JS－3試劑法處理鉛鋅冶煉酸性廢水工藝簡單，操作簡單，不需要大的改造費用，只需在原工藝的基礎上建造一個配藥槽和一個加藥槽。

3.JS－3試劑藥劑使用成本同比硫化鈉、生物制劑等除汞藥劑相差不大、但減少了石灰用量，減少了渣量，同時實現汞回收資源化，所以總運行成本反而降低。

4.采用精石灰－JS－3試劑法不需要將pH調節到10，可以減少大量的中和渣，減少企業危廢渣處理成本。

5.JS－3試劑法對鉛鋅冶煉酸性廢水中的氯沒有很好的效果，如果要零排放的話需要與其它除氯工藝相配合。工藝需要進一步研發改進。

［1］ 《鉛鋅冶金學》編委會.鉛鋅冶金學［M］.北京：科學出版社，2003.

［2］ 彭長宏，顏蓉，唐謨堂，等.石灰處理共沉淀廢水的研究［J］.工業水處理，2002，22（5）：21－33.

［3］ 劉三平，王海北，蔣開喜，等.中國濕法煉鋅的新進展［J］.礦冶.2009.18（4）：25－27.

［4］ 張圣南.鉛鋅冶煉煙氣制酸凈化工藝的污酸處理［J］.世界有色金屬，2010，（3）：44－45.

Study on the New Technology of Lead-zinc Acid W astewater Treatment

LIDi-han1，2
（1.Zhuzhou Smelter Group Co.，Ltd.，Zhuzhou 412004，China；2.Hunan Key Laboratory of Lead-Zinc Metallurgy，Zhuzhou 412004，China）

This paper analyzes the present situation of acid wastewater and its treatment technology in China，Introduces a new polymer material processing JS-3 lead-zinc smelting technology of acidic wastewater，and the research on the treatmentof acid wastewater by JS-3 reagent.It is concluded that the JS-3 reagent can be used to treat the acid wastewater from lead-zinc smelting.

lead zinc smelting；acid wastewater；JS-3 reagent；heavymetal ion

X758

A

1003－5540（2017）04－0054－04

2017－06－11

李迪漢（1976－），男，工程師，主要從事鉛鋅冶煉工藝及環保研究工作。