處理鋅電解沖洗廢水的新工藝

陳 陽(yáng),林文軍

(株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司,湖南株洲 412004)

處理鋅電解沖洗廢水的新工藝

陳 陽(yáng),林文軍

(株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司,湖南株洲 412004)

針對(duì)株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司濕法煉鋅每年約產(chǎn)生15萬(wàn)m3含鋅濃度8～15 g/L的鋅電解沖洗廢水,并根據(jù)鋅電解沖洗廢水和長(zhǎng)株潭“兩型”社會(huì)建設(shè)的特點(diǎn),從工藝技術(shù)角度提出了處理該廠鋅電解沖洗廢水的新工藝即溶劑萃取處理沖洗廢水,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和連續(xù)擴(kuò)大試驗(yàn),得到含鋅濃度80 g/L以上的反萃液,反萃液經(jīng)活性炭吸附進(jìn)入鋅浸出系統(tǒng),而萃余液經(jīng)脫有機(jī)相處理直接返回系統(tǒng)使用。新工藝處理該公司鋅電解沖洗廢水具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

處理;鋅電解廢水;新工藝;“兩型”社會(huì);溶劑萃取

隨著長(zhǎng)株潭城市群于2007年12月被國(guó)務(wù)院批為“全國(guó)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)綜合配套改革試驗(yàn)區(qū)”(簡(jiǎn)稱“兩型”社會(huì)),對(duì)此地區(qū)的資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)被提上了新議程。株洲清水塘循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)區(qū)作為株洲“兩型”社會(huì)建設(shè)的突破口,正加快推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)建設(shè)。株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司(簡(jiǎn)稱株冶)坐落在清水塘工業(yè)區(qū),作為該區(qū)的企業(yè)老大,同時(shí)作為國(guó)家首批循環(huán)經(jīng)濟(jì)試點(diǎn)單位,一直以來(lái)積極響應(yīng)“兩型”社會(huì)建設(shè)的號(hào)召,從廢水、廢氣、廢渣入手,努力構(gòu)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型企業(yè)。

據(jù)統(tǒng)計(jì),株冶每年產(chǎn)生的電解沖洗廢水總量達(dá)15萬(wàn)m3,該廢水含鋅8～15 g/L,Mn 1～2 g/L, H2SO410～30 g/L,其他雜質(zhì)含量極微。但由于鋅濃度較低,若直接返回浸出系統(tǒng)使用,將導(dǎo)致系統(tǒng)體積膨脹,影響生產(chǎn)正常運(yùn)行。因此,目前只好將其直接排至工廠廢水綜合處理系統(tǒng),采用石灰乳中和沉淀的方法處理,處理后廢水外排,廢水中的鋅則進(jìn)入中和沉淀得到的石膏渣中。這樣不僅廢水處理成本高,而且因中和渣量大、固含量低,其中的鋅無(wú)法得到經(jīng)濟(jì)有效的回收,處理后廢水外排,造成了鋅金屬和水資源的白白流失。

本文從工藝技術(shù)角度入手,根據(jù)株冶建設(shè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)實(shí)施方案,電解沖洗廢水必須循環(huán)利用的特點(diǎn),提出了處理株冶鋅電解沖洗廢水的新工藝即溶劑萃取處理沖洗廢水,不僅使廢水中的有價(jià)金屬鋅得到最大程度的回收,而且回收鋅后的廢水可達(dá)到循環(huán)使用的目的,進(jìn)而推動(dòng)株冶循環(huán)經(jīng)濟(jì)和“兩型”社會(huì)建設(shè),具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

1 株冶電解廢水成分分析

通過(guò)對(duì)鋅一電解、鋅二電解和鋅電解七系列電解廢水池廢水取樣分析,主要成分見(jiàn)表1。

表1 鋅電解廢水主要成分

2 實(shí)驗(yàn)原理及工藝流程

2.1 實(shí)驗(yàn)原理

2.1.1 堿中和及除雜

由于電解廢水中酸度較高,且三價(jià)鐵離子的濃度也較高,在進(jìn)行萃取前需經(jīng)堿中和及除雜步驟,常用氨水或石灰乳調(diào)節(jié)電解廢水的pH值至4.5,此時(shí)絕大部分鐵以沉淀的方式被除去,可能發(fā)生的反應(yīng)如下:

2.1.2 萃取機(jī)理

溶劑萃取法是利用有機(jī)溶劑從基本上與其不相混溶的溶液中把某種物質(zhì)提取出來(lái)的方法。本試驗(yàn)研究選用已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的萃取劑P204,P204是一種酸性磷酸型萃取劑,通常以二聚體存在。由于其水溶性小、穩(wěn)定,具有合適的結(jié)構(gòu),它與被萃取金屬生成的萃合物,在稀釋劑中有較大的溶解度,而且價(jià)廉易得,故在提取冶金中,應(yīng)用最為廣泛。

萃取時(shí)有機(jī)相為P204和磺化煤油的混合物,其萃取金屬鋅反應(yīng)為陽(yáng)離子交換反應(yīng): Zn2+(A)+2(HA)2(O)=2H++Zn(HA2)2(O)為了能使P204再生循環(huán)使用,必須用再生劑進(jìn)行預(yù)處理。

2.2 工藝流程

確定的工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 鋅電解沖洗廢水溶劑萃取處理循環(huán)利用工藝流程

3 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 堿中和及除雜

往從鋅一電解、鋅二電解和鋅電解七系列電解廢水池取來(lái)的廢水分別緩慢地加入適量石灰乳,控制終點(diǎn)pH值至4.5。主要成分見(jiàn)表2。

表2 鋅電解沖洗廢水經(jīng)堿中和及除雜后的主要成分

3.2 萃 取

經(jīng)過(guò)多次萃取條件試驗(yàn),得到最佳萃取試驗(yàn)條件為:(1)萃取級(jí)數(shù):三級(jí)逆流;(2)有機(jī)相濃度:40% P204+60%200#煤油;(3)萃取相比:O/A=1.2∶1; (4)pH(料液):4.5;(5)混合時(shí)間:3～5 min;(6)平衡時(shí)間:8 min;(7)溫度:35～40℃。

以40%的P204煤油溶液分別萃取上述三種經(jīng)堿中和及除雜后的電解廢水中的鋅,三次試驗(yàn)萃取情況見(jiàn)表3。

表3 萃余液分析結(jié)果

從表3可以看出:用40%的P204為萃取劑,在最佳萃取條件下鋅的萃取率高達(dá)98%。

3.3 反 萃

用廢電解液對(duì)洗滌后的有機(jī)相進(jìn)行反萃取,鋅的反萃率在99%以上,而鐵和其它進(jìn)入有機(jī)相的雜質(zhì)離子反萃率極低。反應(yīng)式如下:

經(jīng)過(guò)多次反萃條件試驗(yàn),得到最佳反萃試驗(yàn)條件為:(1)反萃級(jí)數(shù):三級(jí)逆流;(2)反萃劑濃度:廢電解液;(3)萃取相比:O/A=4∶1;(4)混合時(shí)間:5 min;(5)平衡時(shí)間:15 min;(6)溫度:35～40℃。

以廢電解液分別反萃上述三次萃取試驗(yàn)得到的鋅的負(fù)載有機(jī)相,三次試驗(yàn)的反萃情況見(jiàn)表4。

表4 廢電解液和反萃液分析結(jié)果

從表4可以看出:用廢電解液為反萃劑,在最佳反萃條件下,鋅的反萃率高達(dá)99%以上。

3.4 小 結(jié)

實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明,用40%P204為萃取劑和廢電解液為反萃劑分別對(duì)電解廢水和負(fù)載有機(jī)相進(jìn)行萃取和反萃,鋅的萃取率和反萃率分別達(dá)98%和99%以上,并得到了最佳萃取和反萃條件。在P204萃取鋅的過(guò)程中,雜質(zhì)Cu、Cd、Ni、As和Mg基本上不被萃取進(jìn)入有機(jī)相,雜質(zhì)Fe、Co和Ca僅有極少量進(jìn)入有機(jī)相。

4 擴(kuò)大連續(xù)試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)原料

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件試驗(yàn)結(jié)果,并考慮現(xiàn)場(chǎng)情況,擴(kuò)大連續(xù)試驗(yàn)采用P204作萃取劑,用200#煤油作稀釋溶劑,試驗(yàn)中有機(jī)相組成為40%P204+60%煤油。電解廢水采用廢電解液做反萃劑,酸洗劑采用廢電解液與純水按1∶2比例配制的溶液,其成分組成見(jiàn)表5。

表5 試驗(yàn)原料組成成分

4.2 試驗(yàn)操作條件及其運(yùn)行

4.2.1 試驗(yàn)設(shè)備

擴(kuò)試采用小型的多級(jí)箱式萃取槽,單級(jí)混合室尺寸為60 mm×60 mm×70 mm,容積252 mL,單級(jí)澄清室尺寸為60 mm×120 mm×305 mm,除去調(diào)整井占用空間,容積2 300 mL;為便于觀察,槽體全部采用有機(jī)玻璃制作。另外配套設(shè)備有恒流泵、聚丙烯塑料儲(chǔ)槽、量筒、容量瓶、取樣用注射器、秒表、溫度計(jì)及多種規(guī)格的塑料桶若干。

4.2.2 試驗(yàn)條件

基于實(shí)驗(yàn)室條件試驗(yàn)結(jié)果,并考慮擴(kuò)大連續(xù)試驗(yàn)原料組成的特點(diǎn),確定萃取工藝條件見(jiàn)表6。

4.2.3 試驗(yàn)操作方法

試驗(yàn)按照給出的連續(xù)逆流萃取試驗(yàn)操作規(guī)程進(jìn)行。試驗(yàn)中,填槽是混合澄清萃取操作的重要步驟,試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)首先進(jìn)行填槽,其中試驗(yàn)的萃取段,即1～3級(jí)的一半體積用純凈水填充;酸洗段,即4～6級(jí)的一半體積用酸洗劑填充;反萃段,即7～9級(jí)的一半體積用反萃劑填充;整個(gè)萃取槽有效體積的一半,即1～9級(jí)的一半體積用有機(jī)相40%P204-200#煤油填充。

表6 連續(xù)試驗(yàn)的工藝條件

4.3 連續(xù)試驗(yàn)結(jié)果

按照上述擴(kuò)大連續(xù)試驗(yàn)條件,得到連續(xù)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7和表8。

表7 連續(xù)萃取物料成分分析結(jié)果

表8 萃取平衡后鋅金屬投入產(chǎn)出平衡表

從表7和表8可以看出,用40%P204為萃取劑和廢電解液為反萃劑分別對(duì)電解廢水和負(fù)載有機(jī)相進(jìn)行了萃取和反萃擴(kuò)大連續(xù)試驗(yàn),鋅的萃取率和反萃率分別可達(dá)92%和99%,其效果較為理想。

4.4 小 結(jié)

擴(kuò)大連續(xù)試驗(yàn)的萃取率與前面實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)相比結(jié)果偏低,可能是以下方面原因造成:(1)試驗(yàn)溫度偏低,前面實(shí)驗(yàn)室搖瓶試驗(yàn)已證實(shí)了溫度是影響鋅萃取率的一個(gè)主要因素,最適宜的溫度應(yīng)該在35～40℃;(2)擴(kuò)大連續(xù)試驗(yàn)受現(xiàn)場(chǎng)條件限制。

5 結(jié) 論

1.鋅電解沖洗廢水含鋅濃度適中、其他雜質(zhì)含量極微,適宜于采用溶劑萃取工藝回收其中的鋅,含鋅10.65 g/L的沖洗廢水用生石灰中和至pH值4.5,過(guò)濾后濾液進(jìn)行連續(xù)萃取試驗(yàn),鋅的萃取實(shí)際回收率達(dá)90%以上;用含鋅40%左右的廢電解液作反萃劑,反萃后液含Zn達(dá)80 g/L左右、H2SO4140 g/L左右,很適于鋅電解配液使用。

2.與現(xiàn)有技術(shù)相比,鋅電解沖洗廢水溶劑萃取處理工藝具有以下優(yōu)點(diǎn):既有效回收了其中的金屬鋅資源,又消除和減少了環(huán)境污染,實(shí)現(xiàn)了廢水的循環(huán)利用;與現(xiàn)有濕法煉鋅系統(tǒng)可很好銜接,沖洗廢水、廢電解液、萃余液、有機(jī)萃取劑等物料在整個(gè)工藝中循環(huán)使用,既保證了主系統(tǒng)體積平衡,沖洗廢水循環(huán)利用處理系統(tǒng)又有較強(qiáng)的靈活性;工藝簡(jiǎn)單、成本低、能廣泛適用于各濕法煉鋅廠鋅電解沖洗廢水的處理。

3.株冶電解沖洗廢水溶劑萃取處理循環(huán)利用項(xiàng)目,是名副其實(shí)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目,也是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型企業(yè)的重要項(xiàng)目。據(jù)數(shù)字統(tǒng)計(jì)每年可回收鋅1 200 t,經(jīng)濟(jì)效益達(dá)1500萬(wàn)元,而且有良好的環(huán)保效益。

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Abstract:In Zhuzhou semlter,about 150,000 m3per year of zinc concentration of 8～15 g/L zinc-electrolytic rinse waste-water were produced.According to the features of zinc-electrolytic rinse waste-water and Changsha, Zhuzhou,Xiangtan“two types”of community-building,it proposed a new process to deal with the zinc-electrolytic rinse waste-water,which is solvent extraction method.Laboratory tests and continuous extension of the trial were carried out,and the zinc concentration of above 80 g/L the stripping fluid wasobtained,the stripping fluid by activated carbon adsorption entered into the zinc leaching system,and stripping off the organic liquid phase directly returned to the system.The new process to deal with Zhuzhou smelter zinc-electrolytic rinse waste-water has significant economic and environmental benefits.

Key words:deal with;zinc-electrolytic rinse waste-water;new process;two types of community;solvent extraction

The New Process to Deal with Zinc-electrolytic Rinse Waste-water

CHEN Yang,LIN Wen-jun
(Zhuzhou S melter Group Co.Ltd.,Zhuzhou412004,China)

X703

A

1003-5540(2012)04-0058-04

2012-06-10

陳陽(yáng)(1976-),男,工程師,主要從事有色金屬冶煉技術(shù)和生產(chǎn)管理工作。