鹽酸、硫酸中和選礦堿性廢水的比較試驗

郭勝祥，黃家新，劉 柳

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司城門山銅礦，江西九江 332100)

1 引言

城門山堿性廢水主要來源于選礦磨礦及浮選工序，由于城門山銅礦礦石性質(zhì)復(fù)雜，礦石含泥高，呈酸性，導(dǎo)致石灰添加量較大，選礦廢水pH值非常高，日常監(jiān)測選礦廢水pH值在11.5～12.5之間，隨著新擴(kuò)建的5000t/d處理新系統(tǒng)投入試生產(chǎn)，堿性廢水水量大幅增加，而采礦過程中產(chǎn)生的酸性廢水卻沒有同步增加，未經(jīng)處理，外排廢水無法穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。因此城門山銅礦二期工程設(shè)計了污水處理廠，設(shè)計的污水處理廠打算采用硫酸中和法來中和多余的堿性廢水。但實際情況是江西銅業(yè)股份有限公司德興銅礦采用石灰中和含硫酸根的酸性廢水時易產(chǎn)生結(jié)鈣堵塞管道等問題［1-3］，而城門山銅礦污水處理工藝設(shè)計之初并未設(shè)計沉淀池來解決沉淀和結(jié)鈣等帶來的問題。因此城門山銅礦需要對已經(jīng)完工的污水處理工藝進(jìn)行完善，比較可行的有2種方案:一種是沿用原有的添加硫酸中和工藝，但要新增沉淀池以解決硫酸中和帶來的沉淀和結(jié)鈣問題;另一種方案是維持現(xiàn)有的設(shè)備構(gòu)筑物，改用鹽酸作為中和用酸。在方案選定前，分別用鹽酸、硫酸中和現(xiàn)有的尾礦堿性廢水進(jìn)行試驗。

2 試驗?zāi)康?/h2>

目前堿性廢水的中和處理方法主要采用的中和劑有硫酸、鹽酸以及鍋爐煙道氣(CO2、SO2)等，還應(yīng)盡可能使用一些工業(yè)廢酸(工業(yè)硫酸)，由于城門山銅礦沒有可用的廢煙道氣和工業(yè)廢酸，只能外購硫酸或鹽酸，在工藝改造前，用鹽酸和硫酸進(jìn)行實驗室小型比較試驗。試驗的目的主要是:

(1)鹽酸和硫酸中和是否會產(chǎn)生新的污染物，是否會與水中的懸浮物發(fā)生反應(yīng);

(2)將同一堿性廢水滴定到相同的終點(diǎn)pH值時，2種酸的實際消耗量，與理論計算耗酸量做比較;

(3)總體評價鹽酸、硫酸中和處理選礦堿性廢水的優(yōu)缺點(diǎn)，為城門山銅礦工藝改造提供依據(jù)。

3 試驗過程

取尾礦庫上層清水20L備用，用上海雷磁pH-3c精密pH計測定水樣的pH為11.89;從混勻的水樣中分取4份水樣(均為3000mL)，樣品編號分別為1、2、3、4;樣品 1、2 過濾，濾去懸浮物后加酸中和，設(shè)定滴定終點(diǎn)分別為pH=9.0、8.4、7.4和7.0，鹽酸(AR，36%)和硫酸(AR，98%)稀釋20倍后的分別滴入，記錄不同終點(diǎn)時耗酸量;另外樣品3、4不過濾分別直接滴入鹽酸和硫酸，記錄不同滴定終點(diǎn)時鹽酸與硫酸消耗量。將滴定到達(dá)終點(diǎn)(pH=7.00)后的溶液再進(jìn)行過濾，判斷滴定過程中是否有沉淀產(chǎn)生;根據(jù)實驗結(jié)果與理論鹽酸消耗量作比對(表1)，比較2種酸的理論耗酸量和實際耗酸量(表2)。

表1 試驗結(jié)果對比表

表2 理論耗酸量與實際耗酸量對比分析(以上面水樣不過濾試驗耗酸量為例)

4 試驗結(jié)果分析

通過分析表1和表2數(shù)據(jù)，可以得出:

(1)樣品編號為1、2滴定前過濾的懸浮物重量分別為0.1028g和0.1043g，可以計算出尾礦庫上清水中的懸浮物含量約為34.3～34.8mg/L。

(2)表1中樣品1、3均用鹽酸滴定中和，不同之處在于前處理過濾與不過濾，從滴定終點(diǎn)消耗鹽酸量看，鹽酸耗用基本相同;表1中樣品2、4均用硫酸中和滴定，從滴定終點(diǎn)消耗硫酸量看，硫酸耗用量不過濾滴定明顯要高于過濾后滴定，以上現(xiàn)象說明懸浮物部分能與硫酸反應(yīng)，與鹽酸反應(yīng)不明顯。

(3)硫酸中和堿性廢水產(chǎn)生明顯的白色結(jié)晶顆粒，應(yīng)為硫酸鈣。表2計算數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)硫酸中和實際耗酸量遠(yuǎn)低于理論耗酸量，硫酸實際耗酸量比理論耗酸量偏低很多，主要原因在于生成硫酸鈣后，同離子效應(yīng)和酸效應(yīng)的作用，生成的硫酸鈣微晶體沉淀將氫氧化鈣包裹起來阻止了硫酸與氫氧化鈣進(jìn)一步反應(yīng)。

5 試驗結(jié)論

鹽酸和硫酸中和的優(yōu)缺點(diǎn)可用表3來說明:

表3 鹽酸、硫酸作中和劑優(yōu)缺點(diǎn)對比分析表

按每天外排水5000t、pH中和到7計算實際耗酸量，工業(yè)鹽酸、硫酸價格分別按580元/t、1800元/t計算成本。

通過試驗及各方面綜合比較，城門山銅礦最終在現(xiàn)有處理設(shè)施上選擇了用鹽酸來中和處理堿性廢水，并設(shè)置了廢水在線監(jiān)測裝置，對外排廢水中的pH、COD、Cu等在線監(jiān)測，完全達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)(見表4)。

表4 污水處理設(shè)施運(yùn)行前后排江口監(jiān)測結(jié)果范圍 單位:mg/L，pH無量綱

近些年來，用二氧化碳、管道煙氣以及膜分離技術(shù)等堿性廢水處理方法有些應(yīng)用［4-6］，也取得了一定的實效。城門山銅礦通過“以新帶老”解決了歷史遺留的環(huán)保問題，未來需要更先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用和投入來取得更好的環(huán)保實效。

［1］羅良德.利用HDS技術(shù)處理銅礦山廢水的試驗研究［J］.銅業(yè)工程，2004(2):17-19.

［2］李小生.德興銅礦廢水處理系統(tǒng)的HDS改造［J］.金屬礦山，2010(2):179-181.

［3］陳林.德興銅礦生產(chǎn)廢水的綜合治理［J］.礦業(yè)快報，2006，444(6):450-451.

［4］劉建明，吳叔兵.堿性廢水處理及回收利用進(jìn)展［J］.中國資源綜合利用，2008(9):36-39.

［5］應(yīng)寶華.利用二氧化碳降低堿性廢水pH值工藝實踐［J］.現(xiàn)代冶金，2011，39(6):28-31.

［6］官福元，張曉麗.利用堿性廢水對煙氣脫硫的試驗研究［J］.陜西環(huán)境，1997，4(1):15-17.