稀土廢水處理技術的發展現狀

黎 新 武艷如 吳楠

（延安大學西安創新學院土木工程學院 陜西省西安市 710100）

1 稀土資源

稀土元素（Rare Earth）是化學元素周期表中第三副族中原子序數從57～71的15種鑭系元素以及鈧與釔共17種元素的統稱，簡稱稀土。18世紀末，稀土元素才開始被發現，當時人們把不溶于水的固體氧化物稱為土，稀土通常是以氧化物狀態被提煉出來的，十分稀少，因此得名為稀土。我國是世界上稀土資源最富裕的國家，是世界公認的稀土生產大國和出口大國，亦被稱為“稀土之都”。我國的主要稀土礦有：內蒙古白云鄂博礦、四川氟碳鈰礦、南方離子型稀土礦及山東稀土礦。

2 稀土廢水生產工藝及廢水類型

2.1 稀土廢水生產工藝

在稀土產業鏈中的最前期，主要包含稀土礦的開發、采礦、選礦及冶煉分離等工藝[3]，而稀土廢水則主要是在稀土冶煉過程中產生的。以包頭混合稀土礦的處理工藝[4～5]為例，目前，90%以上包頭稀土礦都采用的是酸法工藝處理，主要生產過程是將稀土精礦與濃硫酸混合在回轉窯中于700～800℃下焙燒，然后將焙燒的礦用水浸出，往浸出液中加入碳酸氫銨，再將產生的碳酸鹽進行固液分離，得到混合碳酸稀土；再經混合碳酸稀土[6]與濃鹽酸混合溶解，得到氯化稀土溶液，該溶液經過除雜，萃取分離，濃縮結晶而制成氯化稀土產品[7～8]。

稀土冶煉廢水的特點表現為[10]：廢水中成分比較復雜，污染物種類多、含量高、濃度大，污染嚴重；污染物主要集中在強酸、強堿溶液中，其存在形態極易發生變化；廢水具有腐蝕性，治理難度大，成本高，回用工藝復雜。

2.2 稀土生產工藝廢水排放種類

稀土通過冶煉后產生的廢水主要有三種[11]：含氟酸性廢水、銨鹽硫酸銨廢水、銨鹽氯化銨廢水。三種廢水的主要特點表現為：酸性強；氨氮濃度高；鹽分高；常規污水處理工藝難以解決。

3 稀土廢水處理方法

稀土冶煉中會產生多種廢水，污染物種類也頗多，其中主要污染物包括酸堿物質、氨氮、氟離子等，各種廢水的處理方法也各不相同，以下主要是針對硫銨廢水的處理方法。

3.1 硫銨廢水處理方法

目前，常用的氨氮廢水處理方法有物理法、物化法和生物法，但由于稀土廢水中氨氮存在形式、氨氮濃度等受限，可行的處理方法只能是物理法或物化法，可供選擇的工藝有直接蒸發濃縮法、電滲析-蒸發濃縮法和堿性蒸發法。

3.1.1 直接蒸發濃縮法

該法是通過直接蒸發濃縮結晶的方法提取廢水中的銨鹽，經過該法處理基本可以實現“零排放”。該方法工藝簡單、流程短，但是廢水中銨鹽濃度較低，從而導致運行費用極高。

3.1.2 電滲析-蒸發濃縮法

該方法是對直接蒸發濃縮法的改進，處理后雖然可以達到很高的水質要求，但電滲析處理對水質的要求較高，如要采用此方法處理鈣鎂雜質含量大的稀土廢水，在進入電滲析前期需要去除廢水中的鈣鎂離子，否則將會造成膜堵塞。有關實驗證明，通過選用合適的銨離子選擇性透過膜，可以將銨離子含量控制在200mg·L-1以下，此種廢水可以循環使用，處理后的廢水，再經過蒸發、濃縮、結晶將銨鹽進行回收。

3.1.3 堿性蒸氨法

該法是將廢水中固定的銨鹽轉化為游離氨，再利用汽提方法將氨分離，得到氨水。此法適用于大中小企業，尤其適合處理濃度較高、排量較大的銨鹽廢水。

4 稀土廢水處理中存在的問題

稀土廢水中主要污染物為硫酸（鹽酸）、氫氟酸（氟硅酸、氟化鹽）、氨鹽類等物質，主要可以歸結為兩類：一類是酸性廢水，一類是氨氮廢水。目前，針對廢水中的酸性物質和氟化物，通常采用的是石灰中和法，對于氨鹽和氨氮廢水可采用電滲析或反滲透加濃縮工藝。采用石灰中和法處理時會產生大量泥渣，同時能夠減少廢水中硫酸鹽含量，但由于廢水量非常大，因此會消耗大量石灰，同時，產生的大量泥渣還需定期清運，中和后的廢水中仍含有大量硫酸鹽。此外，廢水中氨氮超標是造成水體富營養化的主要因素，這將嚴重威脅到水體環境的健康發展。

可見，廢水中的“三高”-酸性高、硫酸鹽高、氨氮含量高是其難以處理的重要原因，氨氮的處理也已經成為重中之重。