降低砷濾餅渣量的研究

葉碧軼，姚建虎

（江西銅業(yè)鉛鋅金屬有限公司，江西 九江 332500）

1 引言

隨著有色冶金和化工等行業(yè)發(fā)展以及貧礦的開(kāi)發(fā)，砷伴隨主要元素被開(kāi)發(fā)出來(lái)，在冶煉過(guò)程進(jìn)入廢水中的砷量大。江西銅業(yè)鉛鋅金屬有限公司是鉛、鋅聯(lián)合冶煉企業(yè)［1］,硫酸分廠負(fù)責(zé)處理冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣及制酸生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢酸。隨著公司冶煉產(chǎn)能不斷提升，鉛、鋅冶煉大量使用高砷國(guó)產(chǎn)精礦，制酸廢酸中砷含量不斷上升，高含砷廢液先送往硫化工序進(jìn)行處理，產(chǎn)生危廢渣砷濾餅。2015年廢酸增加稀貴銦工段萃余液，砷含量高，產(chǎn)出的砷濾餅含砷又較低，極大地增加了砷濾餅渣量，同時(shí)也增加了排放水中砷的處理難度。2016年共產(chǎn)生砷濾餅約670t，均委托有處理資質(zhì)的單位進(jìn)行處理，費(fèi)用高。因此，如何優(yōu)化完善現(xiàn)有廢酸處理工藝流程，減少砷濾餅渣量，對(duì)降低危險(xiǎn)廢物處置費(fèi)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、提高公司整體效益十分必要。

2 除砷工藝現(xiàn)狀

2.1 廢酸廢水除砷工藝介紹

廢酸處理原液主要由硫酸廢液和稀貴廢液組成，其中硫酸廢液處理量約360m3/d，稀貴廢液處理量約60m3/d。主要采用先硫化法工藝去除廢液中大部分的砷［2］，后通過(guò)中和法工藝進(jìn)行中和沉淀去除達(dá)標(biāo)。

廢酸中砷含量最高達(dá)3261 mg/L，最低84 mg/L； 鋅含量最高達(dá)524 mg/L，最低＜0.5 mg/L。

表1 2016年硫酸廢酸主要成分（平均值）

表2 2016年稀貴廢液主要成分（平均值）

稀貴廢液中砷含量最高達(dá)24524 mg/L，最低1118 mg/L；鋅含量最高達(dá)20744 mg/L，最低1681 mg/L；鎘最高達(dá)34420mg/L，最低1475 mg/L。

表3 2016年砷濾餅成分（平均值）

圖1 硫酸分廠廢酸廢水處理工藝流程圖

2.2 處理砷過(guò)程中的難題

在處理砷的過(guò)程中存在諸多如下問(wèn)題：

（1）廢酸原液中含砷高。公司鉛、鋅冶煉不斷提升產(chǎn)能，尤其是鉛、鋅冶煉大量使用高砷國(guó)產(chǎn)精礦，煙氣制酸產(chǎn)生的廢酸中砷含量持續(xù)上升，2016年廢酸中砷含量最高達(dá)到3261 mg/L，增加了砷濾餅的產(chǎn)量。

（2）銦萃取工序產(chǎn)生的廢酸含砷高，難沉降。銦工序，每天集中處理約60m3的萃余液，廢液中砷含量最高達(dá)到24524 mg/L，平均值也有14771 mg/L，鎘、鋅等重金屬含量異常高，超出了硫化工序的設(shè)計(jì)最大處理能力，增加了砷濾餅的產(chǎn)量；萃余液中經(jīng)常含大量的油等有機(jī)物，增加了除砷難度，排放水達(dá)標(biāo)率難以保證。

（3）砷濾餅含砷低。目前砷濾餅渣中砷含量偏低，2016年的砷平均含量左右21.23%。

（4）反應(yīng)酸度低，工藝參數(shù)難控制。送往硫化工序廢酸酸度較低，導(dǎo)致硫化鈉添加難以控制，硫化效果持續(xù)不夠理想［3］。

3 探索性工藝實(shí)驗(yàn)

銦工序產(chǎn)出萃余液（約60m3/d）是一次性送至硫化工序，與廢酸原液混合集中進(jìn)行硫化處理，因萃余液中的雜質(zhì)含量高，是廢酸原液的5～10倍，并且含有少量煤油等有機(jī)物，渣層厚且顆粒細(xì)，懸浮物多，無(wú)法快速沉降，極易導(dǎo)致廢水無(wú)法達(dá)標(biāo)排放。

3.1 原料成份情況

取萃余液和廢酸原液為原料（其化學(xué)成分見(jiàn)表4），模擬硫酸分廠廢酸處理工藝實(shí)驗(yàn)，解決硫酸分廠硫化砷渣漂浮的問(wèn)題。

表4 萃余液和廢酸原液化學(xué)成分mg·L-1

3.2 硫化處理—電石渣中和—硫酸亞鐵沉砷［4］

以表4中的萃余液和廢酸原液為原料，按照硫酸分廠硫化處理工藝條件開(kāi)展硫化實(shí)驗(yàn)，硫化鈉濃度為實(shí)際生產(chǎn)中使用的濃度（濃度約10%）。表5為五組對(duì)比實(shí)驗(yàn)條件，表6為5組實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的硫化濾液化學(xué)成分，圖2為5組硫化實(shí)驗(yàn)的實(shí)物照片。

表5 硫化反應(yīng)條件

硫化實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

（1）廢酸原液渣量少并且沉降速度快，沉降效果好，上清液清澈，5min沉降效果見(jiàn)1#燒杯照片；

（2）萃余液直接硫化處理后渣量特別大，沉降時(shí)間長(zhǎng)而且沉降效果不理想，上清液渾濁，10min沉降效果見(jiàn)2#燒杯照片；

（3）將萃余液用廢酸原液稀釋6、10、15倍后進(jìn)行硫化處理，5min的沉降效果分別見(jiàn)3#、4#、5#燒杯照片，發(fā)現(xiàn)當(dāng)稀釋倍數(shù)達(dá)到10以上時(shí)，就能夠達(dá)到良好沉降效果。

表6 硫化濾液化學(xué)成分mg·L-1

分別以表6中的1#～4#硫化濾液為原料，按硫酸分廠電石渣中和、硫酸亞鐵沉砷工藝條件處理，表7為外排水主要化學(xué)成分，砷的含量都低于0.3 mg/L，達(dá)到了廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。

表7 外排水主要化學(xué)成分mg·L-1

圖2 硫化實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖

3.3 稀貴分廠中浸液直接送硫酸分廠處理的可行性分析

表8中的混和液為萃余液∶中浸液= 2∶1（體積比）的均勻混和液，以混合液和廢酸原液為原料，按不同的體積比（如表9所示），采用硫酸分廠硫化處理工藝條件開(kāi)展硫化實(shí)驗(yàn)，表10為6組硫化濾液化學(xué)成分，其中砷的含量都低于10mg/L，達(dá)到了硫化處理工藝技術(shù)要求。圖3為硫化實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖（10min沉降效果照片）。

硫化實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

以萃余液∶中浸液= 2∶1的混和液為原料，當(dāng)混和液用廢酸原液稀釋倍數(shù)達(dá)到10以上，能夠達(dá)到良好沉降和脫砷效果。

表8 廢液化學(xué)成分 mg·L-1

表9 硫化反應(yīng)條件

表10 硫化濾液化學(xué)成分mg·L-1

圖3 硫化實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖

4 硫化工藝試驗(yàn)結(jié)果及工藝流程調(diào)整和優(yōu)化效果

根據(jù)工藝實(shí)驗(yàn)結(jié)果，針對(duì)硫化工序處理存在硫化渣漂浮的問(wèn)題，提出如下決方案：

萃余液和中浸液先集中收集至儲(chǔ)槽，再用計(jì)量泵均勻配入廢酸原液儲(chǔ)槽與廢酸充分混合，控制混合液的稀釋倍數(shù)在10以上，有效克服了萃余液中的少量有機(jī)物導(dǎo)致的砷沉淀無(wú)法下沉的現(xiàn)象，可以提高砷濾餅中砷含量。

4.1 工藝流程調(diào)整及生產(chǎn)效果

在硫化工序增加100m3的玻璃鋼儲(chǔ)槽，以儲(chǔ)存銦工序間斷送過(guò)來(lái)的萃余液；增加2臺(tái)10m3/h的計(jì)量泵、相應(yīng)的管道及流量計(jì)，以保障24h輸送萃余液至硫化原液槽與廢酸進(jìn)行相應(yīng)比例混合。

硫化工藝流程調(diào)整投入使用，通過(guò)近半年的生產(chǎn)，結(jié)果表明：稀貴萃余液以1.5m3/h與制酸廢酸混合，可以有效地穩(wěn)定原液槽中廢酸的砷含量，減少硫化渣無(wú)法沉降的難題，減少了砷濾餅的產(chǎn)量，提高砷濾餅中砷含量，保障了排放水中砷穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

4.2 調(diào)整工藝參數(shù)、改進(jìn)操作方法，提高砷濾餅砷含量及降低水分

通過(guò)半年來(lái)的生產(chǎn)摸索情況，對(duì)工藝控制參數(shù)指標(biāo)及操作流程進(jìn)行了調(diào)整：

（1）在硫化原液槽上增加混酸器，通過(guò)向廢酸中混合添加濃硫酸以提高反應(yīng)液的酸度，通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)廢酸的酸度在80～120g/L，時(shí)，在保障排放水砷達(dá)標(biāo)的同時(shí)，硫化鈉的消耗可以大幅降低，反應(yīng)充分，可以大大降低砷濾餅的產(chǎn)量；

（2）及時(shí)調(diào)整硫化反應(yīng)的ORP值，避免硫化鈉的過(guò)量添加，當(dāng)硫化鈉的濃度控制在10%左右，硫化鈉可以穩(wěn)定添加；

（3）在硫化壓濾機(jī)吹風(fēng)管道增加蒸汽伴熱，并對(duì)現(xiàn)有壓濾機(jī)操作規(guī)程進(jìn)行修改［5］，提高壓榨、吹風(fēng)時(shí)間，降低砷濾餅的水分。

4.3 研究實(shí)踐結(jié)果

通過(guò)降低砷濾餅渣量的研究，砷濾餅含砷等變化如表11所示，硫酸排放水砷含量月平均值降低至0.021mg/L，遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)［6］，研究取得明顯的效果。

表11 研究前、后砷濾餅成份及量變化

4.4 效益分析

減少了危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生，提升了排放水砷指標(biāo)，改善了生態(tài)環(huán)境，對(duì)公司的可持續(xù)發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)保障。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)降低砷濾餅渣量的研究，優(yōu)化了工藝流程，調(diào)整了工藝參數(shù)及操作規(guī)程，提高了現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施效率，減少了危廢砷濾餅渣量，提升了環(huán)保指標(biāo)，投資少，見(jiàn)效快，是目前較為理想的處理工藝。