利用煤系硫铁矿粉处理含重金属离子酸性废水的工艺试验研究

摘要：冶炼烟气制酸系统所产生的酸性废水治理是铜生产企业面临的技术难题。本文研究利用廉价的煤系硫铁矿粉替代硫化钠、硫酸亚铁处理含重金属离子酸性废水，可大幅度降低水处理成本，使处理后的水达到国家标准。

关键词：煤系硫铁矿；重金属；酸水处理；研究

1.概述

随着铜产能的扩大，制酸烟气净化装置所产生的含重金属离子的废水量也随之增加，因酸性废水中含有砷、铜、铅、镍、铬、氟等有害元素，直接排放会严重污染环境。因此，含重金属离子的酸性废水的处理，做到达标回用，保护环境，显得尤为重要。

目前，国内外大部分企业采用加石灰中和处理工艺，或“石灰乳+硫化钠+硫酸亚铁氧化”处理工艺，使废水中的重金属离子与硫化钠反应生成难溶的重金属硫化物沉淀去除。该种工艺的缺点是流程长、设备复杂、占地面积大、渣量大，投资、运行费用高，金属回收率低，出水不易达标，特别是投加硫化钠容易产生硫化氢有毒有害气体，易造成事故。同时，硫化钠、硫酸亚铁价格昂贵，占到运行成本的60％，是造成酸性废水处理运行费用高的主要因素。

2.铜冶炼烟气制酸系统的酸性废水水质

铜冶炼烟气制酸系统的酸性废水中含有As、Cu、Pb、Zn、Ni、F、SS等污染物，含As、Pb、Ni三种一类污染物，如不加处理，直接外排，严重污染环境。

3.煤系硫铁矿粉处理酸性废水

3.1硫铁物处理去除重金属离子的机理

由于大多数金属硫化物的溶解度一般比其氢氧化物的要小很多，采用硫化物可使金属得到更完全地去除。通常采用的沉淀剂有H2S、Na2S、NaHS、CaSX、（NH4）2S、MnS、FeS等。采用硫化物产生法处理重金属废水，去除率高，可分步沉淀，泥渣中金属品位高，便于回收利用，适用PH值范围大。但H2S有恶臭，又是一种无色剧毒气体，但过量S2-造成二次污染，因此使用时必须注意安全。当PH值降低时，可产生H2S。有时金属硫化物的颗粒很小，分离困难，此时可投加适量絮凝剂（如聚丙烯酰胺）进行共沉。

3.2煤系硫铁矿粉处理去除重金属离子的机理

煤系硫铁矿粉的主要成分是FeS2 33%、C 64%和钙等，去除酸水中重金属离子的机理是：将煤系硫铁矿粉（200目粒径）制成20％浓度的浆体，投加到酸性废水中，在酸性条件下FeS2分解成Fe2+和S2-离子，S2-与水中的重金属在一定的PH条件下生成难溶于水的金属硫化物沉淀被去除。金属硫化物依次沉淀析出次序为：Hg2+、Ag2+、As3+、Cu2+、Pb2+、Cd2+、Ni2+。金属硫化物的溶解度通常比金属氢氧化物低几个数量级。硫化对PH的适应范围大，产生的重金属硫化物溶解度更小，去除率高，泥中的金属品位高，便于回收利用。

主要的化学反应：FeS2 + H+ → Fe2+ + S2-

4工艺试验

4.1工艺说明

将煤系硫铁矿粉加水制成20％浓度的浆体后输送至高位槽计量，加入到反应桶与酸水充分混合反应，同时鼓风曝气，反应0.25小时后加石灰，调pH大于3，进入下一级反应，调pH到6，进入静置吸附沉槽2小时，上层清液检测合格后排放。

硫铁矿粉加入量按去除各重金属离子的含量及反应时间及反应温度综合因素确定，本试验所确定的最佳消耗量为26kg/吨水。机械搅拌反应时间：0.25小时，累计鼓风曝气时间：0.5小时，静置沉淀吸附时间：控制在2小时。净化后的水达到《铜、镍、钴工业污染物排放标准》（GB25467-2010）排放标准。

4.2工艺试验流程图

工艺流程示意图

4.3实验数据及分析

从下表中煤系硫铁矿去除酸水重金属离子工艺实验数据中不难看出，当酸度PH≤3时，As、Cu、Pb、氟化物的去除率分别是92.5%、97%、96%、93%，但As、Cu、Pb、氟化物仍然不能达到排放标准要求。这是因为生成的As2S3、Cu S、PbS颗粒细小，悬浮性好，不易沉淀。当酸度PH≤5时，鼓风曝气，利用Fe3+盐形成氢氧化物胶体吸附絮凝沉淀，使As、Cu、铅、Zn、Ni、氟化物去除率均在90%以上，As2、Cu、铅、氟化物能够达到《铜、镍、钴工业污染物排放标准》（GB25467-2010）排放标准。当酸度PH≤3时，砷去除率为92.5%，PH≥5时，除砷率明显升高。PH在5～6时，砷去除率最高，酸度增加，砷去除率逐渐递减。

煤系硫铁矿去除酸水重金属离子工艺实验数据

4.4处理成本比较分析

煤系硫铁矿粉和传统的“硫化钠+硫酸亚铁”处理工艺的比较。

1）煤系硫铁矿粉法：吨水消耗煤系硫铁矿粉26Kg，成本为 7.8元；处理成本低50％；由于炭的吸附作用，处理后的水质好，重金属易达标，不产生硫化氢有毒气体，不需要气体除害装置，安全性高；但是渣量大，约25％。

2）硫化钠+硫酸亚铁法：吨水消耗硫化钠6.5 Kg，费用为11.7元，消耗硫酸亚铁5.2 Kg，费用为4.2元，总药剂费15.9元；处理成本高，出水水质不易控制，产生硫化氢有毒气体，易发生安全事故；但是渣量少。（煤系硫铁矿粉每吨按300元计，硫化钠每吨按1800元计，硫酸亚铁每吨按600元计。）

5.结论

煤系硫铁矿粉是一种新型的硫化剂，用于处理含重金属离子酸性废水处理效果好，可实现酸性废水达标回用。煤系硫铁矿资源丰富，价格低廉，并具备铁氧体的絮凝作用，还具备C吸附作用。既可以避免硫化沉淀过程中产生的H2S，降低酸性废水处理运行费用，又可在酸性废水处理工程中成功应用，具有良好的应用价值。在国内同行业中具有良好的推广应用前景。