基于混凝沉淀法的某磷礦反浮選回水中Ca2+及Mg2+處理

溫 馨宋國平關(guān)洪亮何東升

（1.武漢工程大學化學與環(huán)境工程學院；2.孝感市生態(tài)環(huán)境局應(yīng)城市分局；3.武漢工程大學興發(fā)礦業(yè)學院）

我國磷礦資源豐富，儲量居世界第二位，但P2O5含量大于30%的富礦少，約90%的磷礦資源為難以直接利用的中低品位磷礦，其中大部分為極難選的膠磷礦，同時帶有含量較高的鐵、鋁、鎂、硅等有害雜質(zhì)［1］，需經(jīng)過各種選礦工藝處理后才能達到使用標準?？偟膩碚f，磷礦選礦方式主要有浮選法、重選法、磁選法、焙燒消化法和有機酸浸出法等［2-8］。其中，浮選法是應(yīng)用最為廣泛的選礦方法，但浮選過程中會產(chǎn)生大量的選礦廢水，若直接排放，不僅嚴重浪費水資源，還會對周邊環(huán)境造成嚴重污染。處理這些廢水最合適的方式就是將其回用，但廢水經(jīng)多次回用后，會累積大量的固體懸浮物、無機物以及藥劑等，不僅對浮選過程產(chǎn)生較大影響，而且在廢水循環(huán)輸送過程中，還會造成管道結(jié)垢，甚至腐蝕設(shè)備等，嚴重時會影響生產(chǎn)正常進行［9］。研究表明，Ca2+、Mg2+對磷礦浮選影響較大，當水中Ca2+、Mg2+濃度超過100 mg/L 時，需進行去除處理后才能回用［10-11］。因此，降低廢水中Ca2+、Mg2+的濃度，是廢水循環(huán)利用的關(guān)鍵。

目前，選礦廢水的處理方法主要有化學沉淀法、混凝沉淀法、電化學法和吸附法等［12-14］?；炷恋矸ㄒ蚱鋬r格低廉、處理效果好、操作簡單等優(yōu)點，是目前應(yīng)用最為廣泛的廢水處理方法之一。為此，以湖北宜昌某磷礦選廠實際反浮選回水為研究對象，以CaO 和Na2CO3為基礎(chǔ)處理藥劑，PAM 為絮凝劑，探究并確定處理該磷礦選廠反浮選回水中Ca2+、Mg2+的最佳工藝參數(shù)。

1 試驗部分

1.1 化學試劑與材料

1.1.1 廢水水質(zhì)

試驗水樣為湖北宜昌某磷礦選廠反浮選回水，主要水質(zhì)指標見表1。

1.1.2 試劑與儀器

試驗所用藥劑有氧化鈣、碳酸鈉和聚丙烯酰胺，均為分析純。試驗所用設(shè)備主要有85-2A 數(shù)顯恒溫磁力攪拌器和PHS-3C酸度計。

1.2 試驗方法

配制濃度為3‰的PAM 溶液待用。取1 個100 mL 燒杯加入70 mL 水樣，再依次加入氧化鈣和碳酸鈉，使用磁力攪拌器攪拌一段時間后，再加入配好的PAM 溶液，使用磁力攪拌器以300 r/min 快速攪拌40 s，70 r/min 慢速攪拌6 min。攪拌結(jié)束后靜置20 min，取上清液過濾，測Ca2+、Mg2+濃度并計算其去除率，篩選得到氧化鈣、碳酸鈉最佳投加量以及最佳反應(yīng)時長。進一步優(yōu)化PAM 投加量、混凝攪拌強度、混凝攪拌時間、反應(yīng)溫度等影響因素，確定最佳的磷礦反浮選回水混凝處理試驗參數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 CaO用量的影響

配制濃度為3‰的PAM 溶液待用。每組取70 mL 實際廢水，試驗時先投加CaO，設(shè)置不同的投加量，再加入3 000 mg/L Na2CO3，反應(yīng)溫度室溫，以磁力攪拌器攪拌40 min。攪拌結(jié)束后添加4 mL PAM 溶液，再次開啟磁力攪拌器，在室溫下先以300 r/min 快速攪拌40 s，再以70 r/min 慢速攪拌6 min。攪拌結(jié)束后靜置20 min，取上清液用濾紙過濾，測Ca2+、Mg2+濃度并計算其相對原液Ca2+、Mg2+去除率，通過Ca2+、Mg2+去除率，確定適宜的CaO用量。試驗結(jié)果見圖1。

由圖1可見，隨著CaO投加量的增加，廢水中Ca2+的去除率呈先增加后降低的趨勢，Mg2+去除率呈上升趨勢，Ca2++Mg2+總?cè)コ食噬仙厔?；當CaO 用量為7 500 mg/L 時，Ca2+去除率達最大值86.1%，但此時Mg2+殘留還較多，去除率僅有79.5%，此時Ca2++Mg2+總?cè)コ蕿?1.3%；繼續(xù)增大CaO用量，Mg2+去除率逐漸增大，當CaO 用量為8 500 mg/L 時，Mg2+去除率可達95.4%，Ca2+去除率為77.9%，Ca2++Mg2+總?cè)コ蕿?0.8%；考慮Ca2++Mg2+總?cè)コ剩珻aO 最佳投加量為8 500 mg/L（此時Ca2+、Mg2+總量為168.0 mg/L）。

2.2 Na2CO3用量的影響

控制CaO 投加量8 500 mg/L，加入不同量的Na2CO3，反應(yīng)溫度為室溫，其他條件不變，通過Ca2+、Mg2+離子去除率，確定適宜的Na2CO3用量。試驗結(jié)果見圖2。

由圖2 可見，隨著Na2CO3投加量的增加，廢水中Ca2+、Mg2+去除率都呈現(xiàn)上升趨勢；當Na2CO3投加量為3 500 mg/L 時，Ca2+、Mg2+去除率分別為87.7%、99.3%，Ca2++Mg2+總?cè)コ室堰_96.2%，再增大Na2CO3用量，Ca2+、Mg2+去除率增長不大；因此，Na2CO3最佳投加量為3 500 mg/L（此時Ca2+、Mg2+總量為68.5 mg/L）。

2.3 攪拌時長的影響

固定CaO 和Na2CO3用量分別為8 500 mg/L 和3 500 mg/L，反應(yīng)溫度為室溫，用磁力攪拌器攪拌不同時長，其他條件不變，通過Ca2+、Mg2+去除率，確定適宜的反應(yīng)時長。試驗結(jié)果見圖3。

由圖3可見，隨著攪拌時長的增加，Ca2+去除率呈輕微上升后大幅下降趨勢，Mg2+去除率先上升后趨于平緩，Ca2++Mg2+總?cè)コ食氏仍黾雍蠼档挖厔?；當攪拌時長為40 min 時，Ca2+、Mg2+去除率分別為87.7%、99.3%，Ca2++Mg2+總?cè)コ蔬_最大值96.2%；因此，40 min為最佳攪拌時長（此時Ca2+、Mg2+總量為68.5 mg/L）。

2.4 PAM用量的影響

固定CaO 和Na2CO3用量分別為8 500 mg/L 和3 500 mg/L，磁力攪拌器攪拌40 min，其他條件不變，改變PAM 溶液投加量，確定適宜的PAM 溶液投加量。試驗結(jié)果見圖4。

由圖4 可見，隨著PAM 投加量的增加，Ca2+、Mg2+去除率和Ca2++Mg2+總?cè)コ识汲氏仍黾雍蠼档挖厔?；當PAM 用量為2 mL 和4 mL 時，Ca2+、Mg2+總?cè)コ史謩e為95.9%和96.2%，相差不大；出于經(jīng)濟性考慮，3‰PAM 最佳投加量為2 mL，此時Ca2+、Mg2+去除率分別為85.3%和99.6%。

2.5 快速攪拌時間的影響

固定CaO 和Na2CO3用量分別為8 500 mg/L 和3 500 mg/L，磁力攪拌40 min，投加2 mL PAM 溶液，其他條件不變，改變快速攪拌時間。試驗結(jié)果見圖5。

由圖5 可知，隨著快速攪拌時間的增加，Ca2+、Mg2+去除率和Ca2++Mg2+總?cè)コ识汲氏仍黾雍蠼档挖厔?；當快速攪拌時長為40 s 時，Ca2+、Mg2+去除率和Ca2++Mg2+總?cè)コ识歼_到最大值；因此，快速攪拌最佳時長為40 s，此時Ca2+、Mg2+去除率分別為85.3%、99.6%，Ca2++Mg2+總?cè)コ蔬_95.9%。

2.6 慢速攪拌時間的影響

固定CaO 和Na2CO3用量分別為8 500 mg/L 和3 500 mg/L，磁力攪拌40 min，投加2 mLPAM 溶液，快速攪拌40 s，其他條件不變，改變慢速攪拌時間。試驗結(jié)果見圖6。

由圖6 可見，隨著慢速攪拌時間的增加，Ca2+、Mg2+去除率和Ca2++Mg2+總?cè)コ收w都呈先增加后降低趨勢；當慢速攪拌時間為6 min時，Ca2+、Mg2+去除率和Ca2++Mg2+總?cè)コ识歼_到最大值；因此，慢速攪拌最佳時長為6 min，Ca2+、Mg2+去除率分別為85.3%、99.6%，Ca2++Mg2+總?cè)コ蔬_95.9%。

2.7 快速攪拌速度的影響

固定CaO 和Na2CO3用量分別為8 500 mg/L 和3 500 mg/L，磁力攪拌40 min，投加2 m LPAM 溶液，快速攪拌40 s，慢速攪拌6 min，其他條件不變，改變快速攪拌速度。試驗結(jié)果見圖7。

由圖7 可見，隨著快速攪拌速度的增加，Mg2+去除率基本保持不變，而Ca2+去除率和Ca2++Mg2+總?cè)コ收w都呈下降趨勢；當快速攪拌速度為200 r/min時，Ca2+、Mg2+去除率和Ca2++Mg2+總?cè)コ识歼_到最大值；因此，最佳快速攪拌速度為200 r/min，此時Ca2+、Mg2+去除率分別為90.0%、99.8%，Ca2++Mg2+總?cè)コ蔬_97.2%。

2.8 混凝溫度的影響

固定CaO 和Na2CO3用量分別為8 500 mg/L 和3 500 mg/L，在室溫下以磁力攪拌器攪拌40 min，添加2 mLPAM 溶液，再次開啟磁力攪拌器，在不同的溫度下，先以200 r/min快速攪拌40 s，再以70 r/min慢速攪拌6 min。試驗結(jié)果見圖8。

由圖8 可見，隨著混凝溫度的增加，Mg2+去除率基本保持不變，而Ca2+去除率和Ca2++Mg2+總?cè)コ收w都呈先增加后降低趨勢；當混凝溫度為40 ℃時，Ca2+、Mg2+去除率和Ca2++Mg2+總?cè)コ识歼_到最大值；因此，最佳混凝溫度為40 ℃，此時Ca2+、Mg2+去除率分別為94.2%、99.8%，Ca2++Mg2+總?cè)コ蔬_98.3%。

3 結(jié) 語

采用混凝沉淀法對湖北宜昌某選磷礦廠實際反浮選廢水進行處理，在依次加入8 500 mg/L CaO和3 500 mg/L Na2CO3后，用磁力攪拌器攪拌40 min。攪拌結(jié)束后，加入2 mL 3‰PAM 溶液，再次開啟磁力攪拌器，在40℃下先以200 r/min 快速攪拌40 s，再以70 r/min 慢速攪拌6 min，反應(yīng)結(jié)束后靜置20 min。此時廢水處理效果達到最佳，Ca2+、Mg2+去除率和Ca2++Mg2+總?cè)コ史謩e為94.2%、99.8%和98.1%，出水Ca2+、Mg2+濃度分別為28.1 mg/L和2.4 mg/L。