銅冶煉污酸污水處理工藝優化探討

摘要：近些年，我國銅冶煉工藝不斷進步，銅冶煉工業規模不斷擴大，而污酸污水處理始終是銅冶煉工藝中的關鍵環節。首先分析某銅冶煉廠現有污酸污水處理工藝，然后基于簡單、經濟、高效的原則，提出了現有污酸污水處理工藝優化措施。

關鍵詞：銅冶煉;污酸污水處理;工藝優化

隨著國家對環境保護的關注，金屬冶煉環保改造成為一大趨勢。目前我國大多數銅冶煉廠的污酸污水處理基本流程包括除鉛過濾、硫化物，石膏制備以及石灰鐵鹽的過濾，最終使廢水達到環保排放標準。根據國家標準，有色金屬工業最終排放的廢水中砷含量不能超過0.5mg/L。某冶煉廠采用二十世紀世紀八十年代從日本引進的工藝方案，“先石膏，后分段硫化”處理污酸，通過石灰加硫酸亞鐵共沉淀法處理污水，污酸污水處理流程復雜，效率不高，同時工藝控制難度大，硫化鈉消耗量大，無法確保處理后的廢水排放穩定達標，同時傳統的銅冶煉酸處理成本相對較高。因此，必須積極創新和優化現有的銅冶煉污酸污水處理工藝，以滿足最新的環境保護要求。

1???? 當前污酸及廢水處理工藝分析

該冶煉廠采用石膏—分段硫化—石灰鐵鹽共沉淀的工藝處理方案，具體如圖1。

1.1? 石膏工序

經過凈化處理的污酸通過沉降處理可以除去其中的鉛、二氧化硫SO2氣體，然后與pH為2.0的石灰石乳液反應形成石膏，并脫去一部分氟。將石膏濾液、上清液輸送到下一個硫化過程以去除銅和砷。

1.2? 分段硫化

將硫化鈉Na2S溶液加到石膏濾液中形成含有銅和砷的硫化物沉淀。通過控制一級反應、二級反應的pH值以及氧化還原電極電勢，根據銅、硫化砷的溶度積存在差異，因此銅、砷被沉淀，諸如鋅和鎘等其他重金屬離子也被沉淀。

1.3? 石灰乳鐵鹽共沉淀法

污酸處理后的溶液與含酸污水混合形成廢水，通過石灰乳鐵鹽共沉淀法處理廢水。通過將第一次中和反應的pH控制7±0.2，第二次中和反應的pH控制在10.0±0.2，同時加入硫酸亞鐵作為砷的共沉淀劑，通過曝氣氧化添加絮凝劑，經過濃縮、澄清、過濾處理后的廢水達到環保排放標準，中和渣在指定地點填埋。

2???? 當前污酸及廢水處理工藝存在的問題及優化措施

著重分析該冶煉廠污酸污水處理工藝在實踐中存在的問題，提出如下優化措施，優化后的工藝流程如圖2所示

2.1? 去掉污酸處理石膏工序

產生的酸量取決于銅精礦原料中砷雜質的含量。在煙氣制酸過程中的污酸主要來自凈化工段，在洗滌煙氣時產生的酸含量的大小主要取決于換水量的大小。另一方面，冶煉廠石膏工藝實踐表明當污酸中的硫酸含量不足50g/L時，石膏工藝無法正常運行，石膏pH值的工藝控制難度大，質量差，難以銷售。石灰石容易堵塞管道。由于煙道氣中三氧化硫的生成量低，污酸中硫酸平均濃度只有29.9g/L，遠低于150g/L的要求。石膏處理工序利用率很低，因此在實操中，只要提高余熱鍋爐的泄漏檢測力度，降低漏氣率，合理控制爐內壓力，就可以將三氧化硫生成量控制在合理范圍，以使污酸中的硫酸濃度小于50g/L。因此，沒有必要設置石膏工藝。

2.2? 一步硫化替代分段硫化

根據銅、砷硫化物溶度積不同，理論上可通過控制硫化反應階段的pH值和氧化還原電極電位，能使銅先沉淀，砷后沉淀，更有利于銅、砷的深度綜合利用。但實際上，由于銅、砷硫化沉淀所需的pH值和氧化還原電極電位（ORP值）較接近：沉淀銅為pH=2.3±0.1，ORP值250～300mV，沉淀砷為pH=2.0±0.5，ORP值-50～ +50mV，加上系統中雜質的干擾、偶然及系統誤差存在等因素的影響，使在分段硫化操作過程中，pH值和ORP難以精確控制，導致實際上銅、砷分段硫化沉淀分離效果差，銅濾餅和砷濾餅中銅砷含量較接近，分段硫化意義不大。

2.3? 使用膜過濾代替壓濾機

污酸和污水處理都包括固液分離。常規的固液分離主要使用圓柱形過濾器和壓濾機。這些設備成本高，輔助設備多，占地大面積大，耐腐蝕性差，例如板框腐蝕、濾布更換頻繁。在污水處理中圓柱形過濾器不是很穩定，爐渣的水含量高達60%，導致中和爐渣的運輸和處置難度加大。隨著膜技術的不斷完善，膜過濾設備的過濾精度高、反沖洗壓力低，能耗少，可以長時間連續過濾，而且過濾膜的使用壽命比其他過濾材料長得多，操作簡便。根據膜過濾的深度可以將過濾后的水循環使用。膜式過濾設備的成本是傳統過濾器成本的5%至10%，并且日常運維成本也低于傳統過濾設備。此外，使用膜過濾器可簡化工藝流程，無需使用沉淀池、計量裝置等設備。

結語

綜上所述，考慮到原有工藝存在的問題和實際需求，取消石膏工序，將分段硫化改為一步硫化，使用膜過濾設備，將不含重金屬離子的酸性廢水引入上流膨脹過濾池處理，以實現簡化工藝流程，降低成本，提高處理效率的目標。

參考文獻：

[1]?? 徐焰.銅冶煉污酸污水處理工藝流程的優化[J].有色金屬（冶煉部分），2013（6）：62-64.

[2]?? 張寶輝.銅冶煉污酸處理工藝及污酸減量化探討與實踐[J].中國金屬通報，2016（12）：83-85.

[3]?? 李慶超，應國民，詹中華，等.銅冶煉污酸除砷工藝比較研究[J].化學工程，2017（4）.

[4]?? 潘力.銅冶煉含砷污酸處理工藝的生產實踐[C]//全國有色金屬工業冶煉煙氣治理專利技術推廣及三廢無害化處置研發技術研討會.2012.

作者簡介：

蔡輝，男（1989年11月）云南羅平，本科，職稱：注冊安全工程師、污水處理技師，主要研究方向銅冶煉污酸污水處理方面的。