云南某金礦含氰廢水處理工藝研究

周吉奎 喻連香

(1.廣州有色金屬研究院;2.稀有金屬分離與綜合利用國家重點實驗室)

氰化法是應用最為廣泛的提金方法，在世界各國的黃金礦山中占有很高的比率，這使得氰化鈉在黃金生產(chǎn)中被大量使用［1］。氰化鈉是一種劇毒的化學品，具有致死量少、作用迅速的毒性特點，是國家嚴格監(jiān)控和管理的化學危險品。我國《生活飲用水衛(wèi)生標準》規(guī)定生活飲用水中氰化物不得超過0.05 mg/L，《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標準》規(guī)定地面水中氰化物的最高容許濃度為0.05 mg/L，《工業(yè)“三廢”排放試行標準》規(guī)定含氰廢水最高容許排放濃度為0.5 mg/L(以游離氰根計)［2-4］。因此，黃金氰化生產(chǎn)中排放的含氰量高的廢水必須回用，含氰量低的廢水應凈化處理達標后排放。

目前處理含氰廢水的方法有自然降解法、液氯法、臭氧法、電解法、亞鐵法等，但電解法費用高，臭氧法耗能大，液氯法在運輸儲存上有不安全因素［5］。本研究采用“次氯酸鈉兩段氧化+活性炭吸附”工藝處理云南某黃金礦山含氰廢水。該礦山采用傳統(tǒng)的常規(guī)氰化工藝生產(chǎn)黃金，生產(chǎn)過程中對廢水進行凈化回用處理，但每年汛期尾礦庫及堆浸廠產(chǎn)生的含氰廢水超標，需要經(jīng)過處理才能達標排放。研究結(jié)果表明，處理后廢水中游離氰根的含量由處理前的45.01 mg/L降低至＜0.05 mg/L，符合《生活飲用水衛(wèi)生標準》和《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標準》的規(guī)定，可以達標排放。

1 試驗材料

(1)水樣:云南某黃金礦山的含氰廢水，氰離子濃度為45.01 mg/L，pH=9.80。

(2)試劑:分析純氧化鈣，天津市致遠化學試劑有限公司生產(chǎn);分析純硫酸，廣州市東紅化工廠生產(chǎn);分析純次氯酸鈉溶液，廣州化學試劑廠生產(chǎn);活性炭，廣州市詳元活性炭有限公司生產(chǎn)。

2 試驗原理和方法

2.1 試驗原理

氯化氧化法破氰的原理是:在一定的pH條件下，利用次氯酸鹽中活性氯的氧化作用，首先使氰化物局部氧化生成氰酸鹽，氰酸鹽再進一步完全氧化生成CO2和N2，其反應式如下［6］:

活性炭吸附脫氰的原理是:活性炭吸附廢水中的O2和氰化物;在活性炭的催化作用下，O2和H2O反應生成H2O2;在廢水中銅離子的作用下，發(fā)生氰化物被H2O2氧化分解的反應［7］

2.2 試驗方法

(1)次氯酸鈉氧化。每次取100 mL含氰廢水裝入200 mL燒杯中，置于XJTⅡ型充氣多功能浸出攪拌機上，在500 r/min攪拌強度下，用氧化鈣調(diào)整好pH，加入一定量次氯酸鈉，攪拌一定時間，完成一段局部氧化反應。然后重新用硫酸或氧化鈣調(diào)整pH，再加入一定量次氯酸鈉，攪拌一定時間，完成二段完全氧化反應。

(2)活性炭吸附。向經(jīng)過兩段氧化反應的廢水中投加200 mg/L活性炭，在500 r/min攪拌強度下攪拌一定時間，完成活性炭吸附。

(3)檢測。采用硝酸銀滴定法測定溶液中游離氰化物的含量［3］，采用pHS－3C型精密酸度計測定溶液的pH值。

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 次氯酸鈉用量對破氰效果的影響

在一、二段氧化反應的pH值均為10.5、反應時間均為15 min的條件下，按不同的次氯酸鈉與廢水中游離氰根的質(zhì)量比m(NaClO)∶m(CN－)投加次氯酸鈉，考察一、二段氧化反應中次氯酸鈉用量對廢水中氰根氧化效果的影響。試驗結(jié)果見圖1、圖2。

圖1 次氯酸鈉用量對一段氧化反應效果的影響

圖2 次氯酸鈉用量對二段氧化反應效果的影響

圖1表明，隨著m(NaClO)∶m(CN－)的提高，一段氧化反應后廢水中氰根離子的濃度逐步降低，但m(NaClO)∶m(CN－)達到2.5后，廢水中游離氰根的濃度降低不明顯，故選擇一段局部氧化反應的m(NaClO)∶m(CN－)為2.5，此時廢水中游離氰根的濃度降低到2.12 mg/L。

局部氧化破氰反應生成氰酸根CNO－，其毒性大大減小，但CNO－在酸性條件下易水解生成氨，氨不僅污染水體，而且容易與氯化合生成毒性較大的氯胺［8］，所以需要進一步對CNO－進行處理。在局部氧化的基礎(chǔ)上，重新調(diào)節(jié)廢水的pH值，再投加一定量的次氯酸鈉，可使CNO－完全氧化為N2和CO2，同時可以進一步氧化廢水中殘余的游離氰根，降低游離氰根的含量。圖2表明，當二段完全氧化反應的m(NaClO)∶m(CN－)達到7時，廢水中游離氰根的濃度由一段處理后的2.12 mg/L降低到0.19 mg/L，繼續(xù)提高m(NaClO)∶m(CN－)，效果改善不明顯，故選擇二段完全氧化反應的m(NaClO)∶m(CN－)為7。

3.2 pH值對二段完全氧化反應效果的影響

據(jù)文獻報道，一段局部氧化反應的最佳pH值為10.5～11.0，但關(guān)于二段完全氧化反應的適宜pH值說法不一［8］。為此，在一段氧化反應的pH值為10.5、m(NaClO)∶m(CN－)為2.5，二段氧化反應的m(NaClO)∶m(CN－)為7，一、二段氧化反應的反應時間均為15 min的條件下，考察了pH值對二段氧化反應效果的影響。試驗結(jié)果見圖3。

圖3 pH值對二段氧化反應效果的影響

由圖3可知，當pH值由7.2提高到9.1時、二段氧化反應后的廢水氰根濃度由0.42 mg/L降低到0.21 mg/L，此后再提高pH值，二段氧化反應后的廢水氰根濃度穩(wěn)定在0.20～0.21 mg/L，故選擇二段完全氧化反應的pH值為9.1。

3.3 反應時間對次氯酸鈉破氰效果的影響

控制一段局部氧化反應的pH值為10.5、m(NaClO)∶m(CN－)為2.5，二段完全氧化反應的pH值為9.1、m(NaClO)∶m(CN－)為7，考察一、二段氧化反應的反應時間對次氯酸鈉破氰效果的影響。試驗結(jié)果見圖4、圖5。

圖4 反應時間對一段氧化反應效果的影響

圖5 反應時間對二段氧化反應效果的影響

圖4表明，在一段局部氧化反應過程中，隨著反應時間的延長，廢水中游離氰根的濃度逐步降低，當反應時間達到15 min時，氰根濃度由處理前的45.01 mg/L降低到2.12 mg/L，繼續(xù)延長反應時間，廢水中游離氰根的濃度不再明顯降低，表明次氯酸鈉對廢液中氰根的氧化速度很快，經(jīng)15 min即可達到理想的除氰效果。

調(diào)節(jié)一段局部氧化后廢水的pH值為9.1，再次投加次氯酸鈉，使CNO－完全氧化為N2和CO2，并進一步降低廢水中游離氰根的含量。圖5表明，二段完全氧化反應的反應時間為15 min時，廢水中游離氰根的殘留濃度已降低到0.19 mg/L，此后氰根殘留濃度不再變化，說明二段完全氧化反應的反應時間取15 min也已足夠。

3.4 “次氯酸鈉兩段氧化+活性炭吸附”除氰效果

通過以上試驗，確定了次氯酸鈉兩段氧化的合適條件為一段局部氧化反應pH=10.5、m(NaClO)∶m(CN－)=2.5、反應時間15 min，二段完全氧化反應pH=9.1、m(NaClO)∶m(CN－)=7、反應時間15 min。在此條件下，處理后廢水的游離氰根含量下降到0.19 mg/L(見圖6)，符合《工業(yè)“三廢”排放試行標準》中含氰廢水最高容許排放濃度為0.5 mg/L(以游離氰根計)的規(guī)定。但由于礦山處于飲用水源地區(qū)，按《生活飲用水衛(wèi)生標準》和《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標準》，排放廢水中的氰化物含量必須≤0.05 mg/L，所以經(jīng)過次氯酸鈉兩段氧化的廢水還不能直接排放，還必須經(jīng)過進一步處理。

圖6 次氯酸鈉兩段氧化除氰效果

采用活性炭吸附工藝對兩段氧化后的廢水進行深度處理，在200 mg/L的活性炭用量下，廢水中殘留氰根濃度隨吸附時間的變化見圖7。

圖7 活性炭吸附除氰效果

從圖7可知，隨著活性炭吸附時間的延長，廢水中游離氰根的含量逐步降低，當吸附時間達到1 h時，廢水中游離氰根已無法檢出。因此，采用“次氯酸鈉兩段氧化+活性炭吸附”聯(lián)合工藝處理該類含氰廢水，處理后廢水的氰化物含量完全符合《生活飲用水衛(wèi)生標準》和《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標準》的規(guī)定，可以安全排放。

4 結(jié)論

(1)優(yōu)化試驗結(jié)果表明，次氯酸鈉氧化破氰的合適工藝條件為一段局部氧化反應pH=10.5、m(NaClO)∶m(CN－)=2.5、反應時間15 min，二段完全氧化反應pH=9.1、m(NaClO)∶m(CN－)=7、反應時間15 min。

(2)通過一段局部氧化反應，廢水中游離氰根的含量由處理前的45.01 mg/L下降到2.12 mg/L;通過二段完全氧化反應，廢水中游離氰根的含量下降到0.19 mg/L。進一步采用活性炭吸附工藝處理次氯酸鈉兩段氧化后的廢水，可使廢水的游離氰根含量達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》和《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標準》的要求，實現(xiàn)安全排放。

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