处理锌电解冲洗废水的新工艺

陈 阳,林文军

(株洲冶炼集团股份有限公司,湖南株洲 412004)

处理锌电解冲洗废水的新工艺

陈 阳,林文军

(株洲冶炼集团股份有限公司,湖南株洲 412004)

针对株洲冶炼集团股份有限公司湿法炼锌每年约产生15万m3含锌浓度8～15 g/L的锌电解冲洗废水,并根据锌电解冲洗废水和长株潭“两型”社会建设的特点,从工艺技术角度提出了处理该厂锌电解冲洗废水的新工艺即溶剂萃取处理冲洗废水,并进行了实验室试验和连续扩大试验,得到含锌浓度80 g/L以上的反萃液,反萃液经活性炭吸附进入锌浸出系统,而萃余液经脱有机相处理直接返回系统使用。新工艺处理该公司锌电解冲洗废水具有显著的经济效益和环保效益。

处理;锌电解废水;新工艺;“两型”社会;溶剂萃取

随着长株潭城市群于2007年12月被国务院批为“全国资源节约型和环境友好型社会建设综合配套改革试验区”(简称“两型”社会),对此地区的资源节约和环境保护被提上了新议程。株洲清水塘循环经济工业区作为株洲“两型”社会建设的突破口,正加快推进循环经济建设。株洲冶炼集团股份有限公司(简称株冶)坐落在清水塘工业区,作为该区的企业老大,同时作为国家首批循环经济试点单位,一直以来积极响应“两型”社会建设的号召,从废水、废气、废渣入手,努力构建资源节约型、环境友好型企业。

据统计,株冶每年产生的电解冲洗废水总量达15万m3,该废水含锌8～15 g/L,Mn 1～2 g/L, H2SO410～30 g/L,其他杂质含量极微。但由于锌浓度较低,若直接返回浸出系统使用,将导致系统体积膨胀,影响生产正常运行。因此,目前只好将其直接排至工厂废水综合处理系统,采用石灰乳中和沉淀的方法处理,处理后废水外排,废水中的锌则进入中和沉淀得到的石膏渣中。这样不仅废水处理成本高,而且因中和渣量大、固含量低,其中的锌无法得到经济有效的回收,处理后废水外排,造成了锌金属和水资源的白白流失。

本文从工艺技术角度入手,根据株冶建设循环经济实施方案,电解冲洗废水必须循环利用的特点,提出了处理株冶锌电解冲洗废水的新工艺即溶剂萃取处理冲洗废水,不仅使废水中的有价金属锌得到最大程度的回收,而且回收锌后的废水可达到循环使用的目的,进而推动株冶循环经济和“两型”社会建设,具有显著的经济效益和环保效益。

1 株冶电解废水成分分析

通过对锌一电解、锌二电解和锌电解七系列电解废水池废水取样分析,主要成分见表1。

表1 锌电解废水主要成分

2 实验原理及工艺流程

2.1 实验原理

2.1.1 碱中和及除杂

由于电解废水中酸度较高,且三价铁离子的浓度也较高,在进行萃取前需经碱中和及除杂步骤,常用氨水或石灰乳调节电解废水的pH值至4.5,此时绝大部分铁以沉淀的方式被除去,可能发生的反应如下:

2.1.2 萃取机理

溶剂萃取法是利用有机溶剂从基本上与其不相混溶的溶液中把某种物质提取出来的方法。本试验研究选用已经实现工业化应用的萃取剂P204,P204是一种酸性磷酸型萃取剂,通常以二聚体存在。由于其水溶性小、稳定,具有合适的结构,它与被萃取金属生成的萃合物,在稀释剂中有较大的溶解度,而且价廉易得,故在提取冶金中,应用最为广泛。

萃取时有机相为P204和磺化煤油的混合物,其萃取金属锌反应为阳离子交换反应: Zn2+(A)+2(HA)2(O)=2H++Zn(HA2)2(O)为了能使P204再生循环使用,必须用再生剂进行预处理。

2.2 工艺流程

确定的工艺流程见图1。

图1 锌电解冲洗废水溶剂萃取处理循环利用工艺流程

3 实验室试验结果与分析

3.1 碱中和及除杂

往从锌一电解、锌二电解和锌电解七系列电解废水池取来的废水分别缓慢地加入适量石灰乳,控制终点pH值至4.5。主要成分见表2。

表2 锌电解冲洗废水经碱中和及除杂后的主要成分

3.2 萃 取

经过多次萃取条件试验,得到最佳萃取试验条件为:(1)萃取级数:三级逆流;(2)有机相浓度:40% P204+60%200#煤油;(3)萃取相比:O/A=1.2∶1; (4)pH(料液):4.5;(5)混合时间:3～5 min;(6)平衡时间:8 min;(7)温度:35～40℃。

以40%的P204煤油溶液分别萃取上述三种经碱中和及除杂后的电解废水中的锌,三次试验萃取情况见表3。

表3 萃余液分析结果

从表3可以看出:用40%的P204为萃取剂,在最佳萃取条件下锌的萃取率高达98%。

3.3 反 萃

用废电解液对洗涤后的有机相进行反萃取,锌的反萃率在99%以上,而铁和其它进入有机相的杂质离子反萃率极低。反应式如下:

经过多次反萃条件试验,得到最佳反萃试验条件为:(1)反萃级数:三级逆流;(2)反萃剂浓度:废电解液;(3)萃取相比:O/A=4∶1;(4)混合时间:5 min;(5)平衡时间:15 min;(6)温度:35～40℃。

以废电解液分别反萃上述三次萃取试验得到的锌的负载有机相,三次试验的反萃情况见表4。

表4 废电解液和反萃液分析结果

从表4可以看出:用废电解液为反萃剂,在最佳反萃条件下,锌的反萃率高达99%以上。

3.4 小 结

实验研究结果表明,用40%P204为萃取剂和废电解液为反萃剂分别对电解废水和负载有机相进行萃取和反萃,锌的萃取率和反萃率分别达98%和99%以上,并得到了最佳萃取和反萃条件。在P204萃取锌的过程中,杂质Cu、Cd、Ni、As和Mg基本上不被萃取进入有机相,杂质Fe、Co和Ca仅有极少量进入有机相。

4 扩大连续试验

4.1 试验原料

根据实验室条件试验结果,并考虑现场情况,扩大连续试验采用P204作萃取剂,用200#煤油作稀释溶剂,试验中有机相组成为40%P204+60%煤油。电解废水采用废电解液做反萃剂,酸洗剂采用废电解液与纯水按1∶2比例配制的溶液,其成分组成见表5。

表5 试验原料组成成分

4.2 试验操作条件及其运行

4.2.1 试验设备

扩试采用小型的多级箱式萃取槽,单级混合室尺寸为60 mm×60 mm×70 mm,容积252 mL,单级澄清室尺寸为60 mm×120 mm×305 mm,除去调整井占用空间,容积2 300 mL;为便于观察,槽体全部采用有机玻璃制作。另外配套设备有恒流泵、聚丙烯塑料储槽、量筒、容量瓶、取样用注射器、秒表、温度计及多种规格的塑料桶若干。

4.2.2 试验条件

基于实验室条件试验结果,并考虑扩大连续试验原料组成的特点,确定萃取工艺条件见表6。

4.2.3 试验操作方法

试验按照给出的连续逆流萃取试验操作规程进行。试验中,填槽是混合澄清萃取操作的重要步骤,试验开始时首先进行填槽,其中试验的萃取段,即1～3级的一半体积用纯净水填充;酸洗段,即4～6级的一半体积用酸洗剂填充;反萃段,即7～9级的一半体积用反萃剂填充;整个萃取槽有效体积的一半,即1～9级的一半体积用有机相40%P204-200#煤油填充。

表6 连续试验的工艺条件

4.3 连续试验结果

按照上述扩大连续试验条件,得到连续试验结果见表7和表8。

表7 连续萃取物料成分分析结果

表8 萃取平衡后锌金属投入产出平衡表

从表7和表8可以看出,用40%P204为萃取剂和废电解液为反萃剂分别对电解废水和负载有机相进行了萃取和反萃扩大连续试验,锌的萃取率和反萃率分别可达92%和99%,其效果较为理想。

4.4 小 结

扩大连续试验的萃取率与前面实验室试验相比结果偏低,可能是以下方面原因造成:(1)试验温度偏低,前面实验室摇瓶试验已证实了温度是影响锌萃取率的一个主要因素,最适宜的温度应该在35～40℃;(2)扩大连续试验受现场条件限制。

5 结 论

1.锌电解冲洗废水含锌浓度适中、其他杂质含量极微,适宜于采用溶剂萃取工艺回收其中的锌,含锌10.65 g/L的冲洗废水用生石灰中和至pH值4.5,过滤后滤液进行连续萃取试验,锌的萃取实际回收率达90%以上;用含锌40%左右的废电解液作反萃剂,反萃后液含Zn达80 g/L左右、H2SO4140 g/L左右,很适于锌电解配液使用。

2.与现有技术相比,锌电解冲洗废水溶剂萃取处理工艺具有以下优点:既有效回收了其中的金属锌资源,又消除和减少了环境污染,实现了废水的循环利用;与现有湿法炼锌系统可很好衔接,冲洗废水、废电解液、萃余液、有机萃取剂等物料在整个工艺中循环使用,既保证了主系统体积平衡,冲洗废水循环利用处理系统又有较强的灵活性;工艺简单、成本低、能广泛适用于各湿法炼锌厂锌电解冲洗废水的处理。

3.株冶电解冲洗废水溶剂萃取处理循环利用项目,是名副其实的循环经济项目,也是建设资源节约型、环境友好型企业的重要项目。据数字统计每年可回收锌1 200 t,经济效益达1500万元,而且有良好的环保效益。

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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

陈阳(1976-),男,工程师,主要从事有色金属冶炼技术和生产管理工作。